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2022/01/16 21:27:09瀏覽24|回應0|推薦0 | |
摘 要:以溶液共混的方法制備超高分子量聚乙烯(UHMWPE)與三種低分子量的聚乙烯(LMWPE,即HDPE,LDPE和LLDPE)的凝膠,進行凝膠紡絲,制備了不同質量比例的復合纖維,重點考察了三種復合纖維的牽伸能力,比較了三種復合纖維的強度和斷裂伸長率等力學性能。研究表明,UHMWPE與LDPE的復合纖維表現出好的力學性能。采用XRD測試研究了三種復合纖維的結晶性能。 超高分子量聚乙烯纖維以其低密度、高強度、高模量的特點,與芳綸和碳纖維并稱為三大高性能纖維材料,在防御裝備、航天航空、復合材料、體育器材等領域得到了廣泛應用。 1 實驗部分 1.1 原料與試劑 1.2 復合纖維的制備 2 結果與討論 2.1 三種復合纖維力學性能對比 由圖1可以看出,在130℃下,三種復合凝膠均具有70倍以上的拉伸能力,其中UHMWPE/LDPE復合凝膠更是可達110倍以上,LDPE占50%時的大拉伸倍數比20%時更高,主要原因是LDPE比HDPE和LLDPE有較大的支化度,具有較長的側鏈,可以與UHMWPE形成有效纏結,使復合凝膠在拉伸時牽伸力得到有效傳遞。 從圖2可以看出,三種纖維之中,UL55復合纖維的強度和模量明顯大于其他兩種,而其斷裂伸長率明顯小于其他兩種。三種復合纖維斷裂伸長率均較大,可以進一步拉伸。 圖3為有代表性的應力應變曲線,由圖可以看出,比較三種復合纖維,以UHMWPE/LDPE復合纖維的拉伸強度大,這種差異主要是由于三種LMWPE分子和UHMWPE分子之間的作用不同造成的,由于超高分子量聚乙烯本身強度很高,且分子鏈長,UHMWPE分子在復合纖維中起到骨架的作用,低分子量聚乙烯填充其中,故在低分子量聚乙烯大量添加時,復合纖維的強度主要取決于低分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯之間的結合力,對于LDPE,由于其分子中存在著一定數量的長支鏈,容易和UHMWPE分子形成纏結,使分子在受到外力作用時,不易滑脫,而對于HDPE和LLDPE,由于分子上的支鏈太少或者太短,與UHMWPE分子間纏結少甚至不能形成纏結,使得復合纖維的強度較低。 表中,I110是以UH初生纖維為標準計算出的110面結晶衍射峰的相對強度,由此可以表征纖維相對結晶度的大小,I110越大,則相對結晶度越高。由上表可以看出,LDPE中支鏈的存在增大了分子之間的距離,加入LDPE后纖維中聚乙烯的結晶度有所降低。 當LDPE添加量在90%時,由于LDPE分子量小,所形成的復合凝膠在室溫下強度很低,不能被夾住拉伸,故沒有測試結果。從圖中可以看出,隨著LDPE比例的增加,復合纖維的拉伸強度由1.75GPa下降到約0.7GPa,斷裂伸長率由11%增加到55%,對其斷裂功計算的結果表明加入少量LDPE(<20%)的加入可以提高凝膠材料對沖擊的吸收,但繼續增大LDPE比例,斷裂功有所下降,當LDPE添加量大于80%時由于蠕變作用其斷裂功大大增加。拉伸強度的變化趨勢在圖5(b)上表現的更為明顯,即在LDPE含量為50%時迅速下降,但是即使在LDPE含量在50%時,其強度仍可以達到約1GPa,可以滿足民用纖維的要求。值得說明的是,測試所用的復合纖維僅為研究室小試樣品,直徑較粗,可能存在一些缺陷,導致拉伸強度偏低,進一步優化工藝,有望制備出性能更優異的復合纖維。 如我們所想,復合凝膠絲的拉伸強度隨其拉伸倍數的增加而大幅上升,當拉伸125倍時,其強度超過1.2GPa,具備成為中高強纖維的條件。進一步優化工藝,有望制備出強度更高的復合纖維。 3 結論 以白油為溶劑制備了三種復合纖維,拉伸測試的結果表明,UHMWPE/LDPE表現出優力學性能;LDPE添加比例從20%增加到80%的復合纖維拉伸100倍后,拉伸強度從1.75GPa下降到約0.7GPa,50%時復合纖維的拉伸強度仍可達1GPa;對不同拉伸倍數下UHMWPE/LDPE=5/5的復合纖維拉伸強度測試,結果表明增大拉伸倍數可以有效提高復合纖維的拉伸強度,進一步優化工藝,有望制備出強度更高的復合纖維。 透過上述文章的介紹 無論是碳纖維板材還是其他複合材料,產品的後加工品質,一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵 因為好的加工品質才能讓客戶的產品精細度更好 過去以量取勝的策略在現在的環境上,對於一般產品可能還適用~ 但是對於精密產業與複合材料的廠商而言 「質大於量」這是不爭的事實 為了讓後加工的品質更上一層樓,切割機臺的選擇就非常重要 瑞士ZUND數位切割機為全球最頂尖數位切割機品牌,也是世界知名品牌指定合作的切割機臺 鋁板及發泡材質切割: 19mm厚度的發泡型PVC材質與3mm鋁合金材質皆可快速切割 皮革切割: 厚度為2mm的皮革材料,影片中切割速度為1000mm/s 在極短的時間內即可完成複雜的圖型切割 確實的完全切斷,輕鬆取下切割完成的部件 預浸布與碳纖維材料: 工程師於電腦前繪製出要切割圖形與各部件標示記號或料號 三層碳纖維編織乾布裁切: 碳纖維重量僅鋼鐵的五分之一,但強度卻是鐵的10倍 蜂巢板切割: 蜂巢板是一種相當輕且透氣的材料,使用覆蓋一層塑膠布料在蜂巢板上幫助固定 ZUND切割機不僅可以穩定物件,銑刀模組更能讓確實完成銑切斷差製程 朝安科技協助您擁有四大服務 最完整的教育訓練:解析ZUND切割機所有設定 讓ZUND在臺灣的夥伴們想有最完整與專業的技術服務. 聯繫方式
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