目前,工业上制备超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)纤维的方法为凝胶纺丝法[1-2]。凝胶纺丝法虽然可以制备出高强度和高模量的PE-UHMW纤维(其强度可以达到3.0 GPa),但是其缺点是在生产过程中大量使用溶剂且生产成本很高,环境安全性差[3-4]。熔体纺丝是一种工艺简单、无溶剂、环境友好的纺丝方法[4-6]。与凝胶纺丝法相比,熔体纺丝法制备PE-UHMW纤维最根本的区别在于其初生纤维的制备过程。凝胶纺丝法首先将PE-UHMW粉料溶解到适合的溶剂中(一般为十氢萘或矿物油)配成一定浓度的纺丝原液,使其具有流动性和可纺性,同时降低或解除了大分子链之间的缠结密度[7-8],经喷丝孔喷出后,获得凝胶初生纤维。超高分子量聚乙烯树脂由于是柔性链且分子量大,大分子链之间相互缠结,所以流动性和加工性能极差,不能像低分子量的聚烯烃一样进行熔体纺丝。但近年来,随着研究者对PE-UHMW树脂流动性改性的研究的不断深入和制备低缠结PE-UHMW技术的发展,制备出了多种可用于熔体纺丝的PE-UHMW树脂[9-13],这就为进行PE-UHMW的熔体纺丝研究提供了原料基础。熔体纺丝法和凝胶纺丝法制备出的初生纤维强度都较低,都要经过拉伸才能成为成品纤维。对柔性聚合物纤维而言,超高倍拉伸是获得高强度高模量纤维的必备途径[14-16]。纤维的有效拉伸倍率越高其力学性能也越高。超倍拉伸的目的是最大限度地将初生纤维中的低结晶度、低取向的折叠链片晶转变为高度结晶、高度取向的伸直链结晶,从而获得高强度的PE-UHMW纤维 。因此 ,选择合适的拉伸工艺条件,获得最大的有效拉伸倍率是制备高强度纤维的前提条件。笔者采用熔体纺丝法,以高流动性、低缠结密度的PE-UHMW为原料制备出具有可拉伸性的初生丝 ,以获得最大拉伸倍率和最大拉伸强度的PE-UHMW纤维为目标,对熔体纺丝制备出的PE-UHMW初生丝纤维进行一级超倍拉伸做初步的研究,对影响纤维超倍拉伸的因素,如拉伸温度、拉伸介质、拉伸速度等进行分析
1、实验部分
1. 1 主要原材料改性高流动性PE-UHMW树脂 :B1600,黏均分子量为150万,熔体流动速率为5 g/10 min (温度190 °C,负荷2.16 kg)
1.2 仪器及设备转矩流变仪:RM-200A 型,哈尔滨哈普电气技术有限责任公司;万能电子材料试验机:GT-AI7000S型,中国台湾高铁检测仪器有限公司;场发射扫描电子显微镜(FESEM) :FEI Nano SEM450型,美国赛默飞世尔公司;拉伸实验设备主要有送丝机、溶剂(水或硅油)浴槽 、牵引机和收丝机组成。其中浴槽由箱体、加热设备和温控设备组成。初生丝在溶剂浴槽内完成高倍热拉伸,浴槽内部加热介质温度可调且保持温度上、下波动不超过0.1 °C,由牵引机和收丝机控制拉伸速度。