熔纺PE⁃UHMW/PE⁃HD共混纤维的力学性能和晶体结构研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.007

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (1): 47-52.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.007

熔纺PE⁃UHMW/PE⁃HD共混纤维的力学性能和晶体结构研究

王非¹, 刘丽超², 薛平²()

^1.北京工商大学人工智能学院，北京 100048
^2.北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2021-06-24 出版日期:2022-01-26 发布日期:2022-01-21
基金资助:
北京市自然科学基金资助项目(2204078)

Study on mechanical properties and crystal structure of melt⁃spun PE⁃UHMW/PE⁃HD fibers

WANG Fei¹, LIU Lichao², XUE Ping²()

^1.School of Artificial Intelligence，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2021-06-24 Online:2022-01-26 Published:2022-01-21
Contact: XUE Ping E-mail:xueping@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

通过熔融纺丝工艺制备了拉伸强度为1.13 GPa的超高分子量聚乙烯（PE?UHMW）/高密度聚乙烯（PE?HD）共混纤维。采用差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、声速取向测试、纤维强度测试等方法研究了初生丝和纤维的晶体结构及力学性能。结果表明，将PE?UHMW与低熔体流动速率（MFR）的PE?HD共混后，提高了共混纤维的分子链取向度、结晶度及力学性能；由高度取向的分子链形成的晶粒可以在轴向上被有效拉伸，形成更规则和致密的晶体结构，从而提高了纤维的力学性能。

关键词: 超高分子量聚乙烯, 熔融纺丝, 共混纤维, 晶体结构

Abstract:

Ultra?high molecular weight polyethylene （PE?UHMW） and high?density polyethylene （PE?HD） blend fibers with tensile strength of 1.13 GPa were prepared via a melt spinning process. The crystal structure and mechanical pro?perties of the as?spun filaments and fibers were investigated using differential scanning calorimetry （DSC）， scanning electron microscopy （SEM）， X?ray diffraction （XRD）， sound velocity orientation test and tensile strength test. The results indicated that the degree of molecular chain orientation， crystallinity， and mechanical properties of the blend fibers were improved by blending with PE?HD having a low melt flow index （MFR）. For this type of blend fibers， their crystal grains formed by more highly oriented molecular chains could be stretched more effectively in the drawing direction， resulting in an improvement in mechanical properties due to a more regular and compact crystal structure.

Key words: ultra?high molecular weight polyethylene, melt spinning, blend fiber, crystal structure

中图分类号:

TQ325.1⁺2

王非, 刘丽超, 薛平. 熔纺PE⁃UHMW/PE⁃HD共混纤维的力学性能和晶体结构研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 47-52.

WANG Fei, LIU Lichao, XUE Ping. Study on mechanical properties and crystal structure of melt⁃spun PE⁃UHMW/PE⁃HD fibers[J]. China Plastics, 2022, 36(1): 47-52.

图/表 10

样品编号	PE?UHMW/PE?HD的质量比	PE?HD的熔体流动速率/ g·（10 min）^-1
U/H1	6∶4	20.0
U/H2	6∶4	8.0
U/H3	6∶4	0.9
U	10∶0	-

表1 PE?UHMW/PE?HD共混物的参数

Tab. 1 Parameters of PE?UHMW/PE?HD blends

图1 初生丝的声速取向测试结果

Fig.1 Results of sound velocity test

图2 纤维的声速取向测试结果

Fig.2 Results of the sound velocity test

图3 初生丝样品的SEM照片

Fig.3 SEM of the as?spun filament samples

图4 纤维的SEM照片

Fig.4 SEM of the fibers

图5 初生丝及纤维样品的结晶度

Fig.5 Crystallinity of as?spun filament samples and fiber samples

初生丝样品	晶粒尺寸/nm
初生丝样品	L₁₁₀	L₂₀₀	L₀₂₀	L₀₀₂
U/H1	28.3	21.8	23.7	13.4
U/H2	26.9	21.4	22.4	12.7
U/H3	25.6	21.1	22.0	12.5
U	25.3	21.9	22.5	11.9

表2 初生丝样品的晶粒尺寸

Tab.2 Grain size of as?spun filament samples

纤维样品	晶粒尺寸/nm
纤维样品	L₁₁₀	L₂₀₀	L₀₂₀	L₀₀₂
U/H1	13.6	12.4	12.7	34.2
U/H2	13.5	11.2	11.5	35.6
U/H3	13.4	10.2	10.5	37.8
U	15.2	12.5	10.3	35.7

表3 纤维样品的晶粒尺寸

Tab.3 Grain size of fiber samples

图6 初生丝及纤维样品的晶体取向度

Fig.6 Crystal orientation of as?spun filament samples and fiber samples

图7 纤维样品的拉伸试验结果

Fig.7 Results of tensile test

参考文献 14

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熔纺PE⁃UHMW/PE⁃HD共混纤维的力学性能和晶体结构研究

Study on mechanical properties and crystal structure of melt⁃spun PE⁃UHMW/PE⁃HD fibers

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