馬 林，王新威，于俊榮，王 彥，胡祖明，諸 靜

(1. 東華大學(xué) 纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620； 2. 上?；ぱ芯吭壕巯N催化技術(shù)與高性能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200031；3. 上海化工研究院聚烯烴催化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200031)

UHMWPE凍膠紡絲中的降解行為及其對(duì)纖維性能的影響

馬 林1,2，王新威2,3，于俊榮1*，王 彥1，胡祖明1，諸 靜1

(1. 東華大學(xué) 纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620； 2. 上?；ぱ芯吭壕巯N催化技術(shù)與高性能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200031；3. 上海化工研究院聚烯烴催化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200031)

采用雙螺桿混煉擠出機(jī)溶脹、溶解和擠出紡絲技術(shù)制備超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)凍膠纖維，經(jīng)熱管拉伸得到UHMWPE纖維，研究了凍膠紡絲工藝及后續(xù)熱拉伸對(duì)UHMWPE纖維黏均相對(duì)分子質(zhì)量(Mη)的影響，以及Mη與UHMWPE成品纖維力學(xué)性能、熱性能、抗蠕變性能及耐磨性能的關(guān)系。結(jié)果表明：螺桿轉(zhuǎn)速、溶解溫度及溶液濃度變化引起的物料高溫停留時(shí)間和受剪切強(qiáng)度變化對(duì)UHMWPE分子降解程度有很大的影響，超倍熱拉伸工藝對(duì)UHMWPE分子降解影響不大；在UHMWPE溶解均勻的情況下，纖維強(qiáng)度、抗蠕變及耐磨性能隨凍膠纖維Mη的增大而增大，且纖維結(jié)晶度增加，熔點(diǎn)升高；而UHMWPE溶解條件不佳時(shí)，凍膠纖維Mη最高，但纖維表面呈現(xiàn)不均勻凸起，纖維綜合性能也變差。

超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維 凍膠紡絲 高分子降解 相對(duì)分子質(zhì)量 結(jié)構(gòu) 性能

超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能及其他性能，被廣泛應(yīng)用于軍事防彈、安全防護(hù)、海洋工程和漁業(yè)等領(lǐng)域[1]。隨著世界各國(guó)對(duì)海洋資源的重視和開(kāi)發(fā)，船用纜繩對(duì)UHMWPE纖維的需求快速增長(zhǎng)。然而現(xiàn)有的UHMWPE纖維單絲較細(xì)，單纖維斷裂強(qiáng)力較低，使用過(guò)程中易磨毛磨斷。UHMWPE纖維主要是采用凍膠紡絲-超拉伸法制備，可以通過(guò)提高紡絲溶液濃度制備單絲較粗的纖維[2]，在纖維強(qiáng)度略有降低的情況下，大大提高單纖維的斷裂強(qiáng)力，以提高纖維的耐磨性能。此外，高濃度凍膠紡絲可大大降低UHMWPE纖維的制備成本[3]，制得單絲粗旦纖維用于編制纜繩時(shí)還有利于提高纖維的強(qiáng)度利用率。

在UHMWPE纖維的制備過(guò)程中，普遍采用雙螺桿擠出機(jī)的高溫剪切作用促進(jìn)UHMWPE的溶脹溶解，而高溫和螺桿的強(qiáng)剪切均會(huì)造成其分子降解[4]。楊新革等[5]曾研究過(guò)黏均相對(duì)分子質(zhì)量(Mη)為5.5×105的聚乙烯在凍膠紡絲過(guò)程中的降解行為，而對(duì)于UHMWPE在高濃度凍膠紡絲過(guò)程中的降解行為及其對(duì)纖維性能的影響還未見(jiàn)報(bào)道。

作者以Mη為1.3×106的UHMWPE為原料，研究了高濃度UHMWPE凍膠紡絲-超倍熱拉伸過(guò)程中纖維分子的降解行為以及纖維的Mη對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

UHMWPE：Mη為1.3×106，上海聯(lián)樂(lè)化工科技有限公司產(chǎn)；抗氧劑1076：優(yōu)締貿(mào)易(上海)有限公司產(chǎn)；白油：70#，上海山洋潤(rùn)滑油有限公司產(chǎn)；二氯甲烷：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)。

1.2 儀器與設(shè)備

TSH-高扭矩同向平行雙螺桿混煉擠出機(jī)：螺桿直徑為25 mm，長(zhǎng)徑比為48，江蘇誠(chéng)盟裝備股份有限公司制；熱拉伸機(jī)：拉伸甬道長(zhǎng)度為2.2 m，自制；ME204E型電子天平：稱量分度值0.1 mg，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司制；SB3200型超聲波清洗器：功率120 W，上海必能信超聲有限公司制；SCY-Ⅲ型聲速取向測(cè)量?jī)x：上海東華凱利化纖高科技有限公司制；GN020型高溫黏度測(cè)定儀：上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司制；DXLL-20000型強(qiáng)力儀：上?；C(jī)械四廠制；JSM-5600LV掃描電子顯微鏡(SEM)：日本電子株式會(huì)社制；Q20型差示掃描量熱(DSC)儀：美國(guó)Perkin-Elmer公司制；Zweigle G522型耐磨儀：自制。

1.3 UHMWPE纖維試樣的制備

采用TSH-高扭矩同向平行雙螺桿混煉擠出紡絲機(jī)制備UHMWPE凍膠纖維。按一定比例將UHMWPE粉末加入到溶劑白油中，其中UHMWPE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%,20%,30%，并加入抗氧劑(相對(duì)UHMWPE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%)，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤氲缴猎O(shè)定溫度的雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速和溶解輸送段溫度，完成UHMWPE的溶脹和溶解 ，形成均勻溶液，之后通過(guò)直徑為0.9 mm的噴絲孔擠出，進(jìn)入到冷水浴中驟冷凝固成UHMWPE凍膠纖維。紡絲時(shí)雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)溫度如下: 加料溶脹段一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)溫度分別為90，130，180，230 ℃，溶解輸送段五～七區(qū)為290 ～ 310 ℃，擠出段八區(qū)為290 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為3.6～18.0 r/min。

將制備的凍膠纖維放置平衡24 h后置于浴比為20:1的二氯甲烷萃取劑中，在超聲波清洗儀中超聲萃取6 min，重復(fù)萃取3次后將纖維張緊纏繞在紙筒管上，置于通風(fēng)櫥室溫干燥。最后采用自制熱管拉伸機(jī)分別在80,100,110 ℃對(duì)纖維進(jìn)行三級(jí)拉伸，對(duì)應(yīng)拉伸倍數(shù)分別為15.0,2.0,1.5，最終得到UHMWPE纖維試樣。

1.4 測(cè)試與表征

Mη：采用GN020型高溫黏度測(cè)定儀，按GB/T 1632.3—2010測(cè)定UHMWPE凍膠纖維的特性黏數(shù)([η])，按式(1)計(jì)算Mη：

Mη=5.37×104[η]1.49

(1)

力學(xué)性能與抗蠕變性能：采用DXLL-20000型強(qiáng)力儀測(cè)定。力學(xué)性能測(cè)試條件：夾距為200 mm，拉伸速度為200 mm/min，測(cè)10次取平均值；抗蠕變性能測(cè)試張力為纖維斷裂應(yīng)力的30%，首先以120 mm/min的速度使纖維張力達(dá)到測(cè)試蠕變力，之后開(kāi)始計(jì)時(shí)測(cè)試20 min內(nèi)纖維的蠕變伸長(zhǎng)變化。

表面形態(tài)結(jié)構(gòu)：纖維表面噴金后，采用SEM觀察纖維的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)。

熱性能：采用DSC儀測(cè)試，溫度70～ 200℃，升降溫速率均為10 ℃/min，氮?dú)獗Ｗo(hù)。

耐磨性：參考Zweigle G522型耐磨儀[6]測(cè)試原理，自制纖維耐磨性能測(cè)試裝置，將纖維繞過(guò)包覆600目金相砂紙的摩擦輥，一端固定，另一端通過(guò)砝碼給纖維施加0.44 cN/dtex的張力，固定摩擦輥兩端纖維夾角為110°，然后開(kāi)啟摩擦輥以400 r/min的轉(zhuǎn)速對(duì)纖維進(jìn)行恒速摩擦，記錄纖維受摩擦至斷裂所需的時(shí)間，計(jì)算纖維的磨斷轉(zhuǎn)數(shù)(n)和單位線密度的磨斷轉(zhuǎn)數(shù)(N)。

2 結(jié)果與討論

2.1 紡絲工藝對(duì)UHMWPE纖維Mη的影響

采用雙螺桿擠出機(jī)完成UHMWPE的高溫熔脹、溶解及擠出，高溫和螺桿的強(qiáng)剪切雖然有助于短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)UHMWPE在溶劑中的溶脹和均勻溶解，但高溫作用下會(huì)發(fā)生不同程度的分子熱降解，同時(shí)雙螺桿的強(qiáng)剪切作用也會(huì)使其發(fā)生機(jī)械降解，從而影響成品纖維的性能。

2.1.1 螺桿轉(zhuǎn)速

設(shè)定UHMWPE溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、擠出溫度固定為290 ℃，改變雙螺桿溶解輸送段溫度分別為290，300，310 ℃時(shí)，得到不同螺桿轉(zhuǎn)速下制得UHMWPE凍膠纖維的Mη變化曲線。由圖1可以看出，Mη為1.3×106的UHMWPE在經(jīng)雙螺桿擠出紡絲之后，Mη降低了10%～70%。螺桿轉(zhuǎn)速提高時(shí)，一方面剪切力增強(qiáng)加劇了UHMWPE的機(jī)械降解，另一方面螺桿速度提高也會(huì)使物料在雙螺桿擠出機(jī)中的停留時(shí)間變短，降低其高溫?zé)峤到獬潭龋虼寺輻U轉(zhuǎn)速對(duì)纖維Mη影響具有雙面性。

圖1 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)UHMWPE凍膠纖維Mη的影響Fig.1 Effect of screw speed on Mη of UHMWPE gel fiber■—290 ℃；●—300 ℃；▲—310 ℃

從圖1還可看出，在雙螺桿溶解輸送段溫度為290 ℃時(shí)，纖維Mη隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增大，說(shuō)明此階段由雙螺桿轉(zhuǎn)速增大引起的物料高溫停留時(shí)間變短而使UHMWPE分子熱降解變緩的效果更明顯，因此纖維Mη隨螺桿轉(zhuǎn)速的增大而逐漸增大；直至螺桿轉(zhuǎn)速增大為15 r/min以上時(shí)，螺桿強(qiáng)剪切而造成的機(jī)械降解程度開(kāi)始變得更大，而使纖維Mη有所降低。在螺桿溶解輸送段溫度為300 ℃及310 ℃時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速增加，纖維Mη呈現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象，說(shuō)明在低轉(zhuǎn)速時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)速增大引起的機(jī)械降解增大程度高于停留時(shí)間變短引起的熱降解減緩程度，此時(shí)纖維Mη會(huì)降低，但隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增大，后者的影響程度開(kāi)始增大，直至高于前者，最后導(dǎo)致UHMWPE降解程度變低，纖維Mη增大。

2.1.2 溶解輸送溫度

根據(jù)圖1對(duì)比螺桿溶解輸送段溫度對(duì)纖維Mη的影響，發(fā)現(xiàn)不同螺桿轉(zhuǎn)速下溫度對(duì)Mη的影響不同。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為3.6 r/min時(shí)，溶解輸送溫度高時(shí)制得纖維的Mη反而最高。這是由于溫度低時(shí)，溶液黏度相對(duì)較高，流動(dòng)性差，在螺桿中停留時(shí)間變長(zhǎng)，并且高黏度時(shí)物料受剪切作用也相對(duì)變強(qiáng)，因此在較高溫度下紡絲制得的纖維Mη反而高。UHMWPE在高溫下的降解過(guò)程基于時(shí)溫等效機(jī)理，較低螺桿轉(zhuǎn)速下不同溫度的物料在螺桿中的停留時(shí)間相差較大，時(shí)間影響因素占據(jù)首位。而當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速提高到7 r/min之后，高剪切作用下促使不同溫度下的物料黏度均有不同程度的降低，在螺桿中的停留時(shí)間變短，290～ 300 ℃時(shí)溫度因素對(duì)UHMWPE分子的降解程度影響較大，使得290 ℃時(shí)的Mη高于300 ℃時(shí)的Mη，而在較高溫度下還是停留時(shí)間影響因素占據(jù)首位，使得310 ℃制得纖維的Mη最高。這些結(jié)果表明，經(jīng)雙螺桿溶脹溶解并擠出紡絲后纖維Mη的變化是各個(gè)工藝參數(shù)共同作用的結(jié)果。

2.1.3 紡絲溶液濃度

固定雙螺桿溶解輸送段溫度為310 ℃，擠出溫度為290 ℃，考察UHMWPE凍膠纖維的Mη隨溶液濃度的變化。

由圖2可以看出，纖維Mη隨溶液濃度增加有明顯下降趨勢(shì)，且當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速提高時(shí)，這種下降趨勢(shì)更加明顯。這是因?yàn)楫?dāng)溶液濃度增加時(shí)，單位體積溶液內(nèi)受剪切的分子增多，使其機(jī)械降解程度增大，同時(shí)溶液濃度變大導(dǎo)致物料黏度增大，在螺桿中的停留時(shí)間變長(zhǎng)，也加劇了熱降解程度，總體導(dǎo)致了纖維Mη的降低。

圖2 紡絲溶液濃度對(duì)UHMWPE凍膠纖維Mη的影響Fig.2 Effect of spinning solution concentration on Mη of UHMWPE gel fiber■—14.4 r/min；●—18.0 r/min

2.1.4 拉伸工藝

由圖3可以看出，在相同轉(zhuǎn)速條件下，超倍熱拉伸過(guò)程對(duì)纖維Mη的影響不大。這是由于拉伸溫度較低，纖維在拉伸過(guò)程停留時(shí)間也相對(duì)較短，因此纖維Mη只有少量降低。

圖3 超倍拉伸前后UHMWPE纖維Mη的變化Fig.3 Change of Mη of UHMWPE fiber before and after ultra-drawing■—凍膠纖維；●—三級(jí)拉伸纖維

以上分析表明，在UHMWPE纖維制備過(guò)程中約有50%以上的分子降解發(fā)生在雙螺桿溶解紡絲階段，而在拉伸階段降解很小，可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶解紡絲工藝以盡量減輕纖維分子的降解。

2.2Mη對(duì)拉伸纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響

2.2.1 力學(xué)性能

由表1可以看出，隨凍膠纖維Mη的增大，UHMWPE纖維強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有明顯提高。這是由于隨凍膠纖維Mη的增加，纖維內(nèi)由分子鏈末端產(chǎn)生的缺陷減少，連接纖維晶區(qū)與非晶區(qū)的縛結(jié)分子數(shù)增加，從而增大了纖維強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。但當(dāng)凍膠纖維的Mη增大到9.131×105時(shí)，纖維的強(qiáng)度反而降低。這是由于在該紡絲工藝條件下UHMWPE分子沒(méi)有實(shí)現(xiàn)充分溶解，盡管此時(shí)UHMWPE降解程度最低，但溶解、解纏結(jié)程度不夠會(huì)導(dǎo)致纖維的拉伸性能變差，致使纖維強(qiáng)度降低。

表1 Mη對(duì)拉伸纖維力學(xué)性能的影響Tab.1 Effect of Mη on mechanical properties of drawn fiber

2.2.2 表觀形態(tài)

由圖4可看出，未拉伸的萃取干燥纖維表面較為粗糙，隨拉伸的進(jìn)行纖維表面變得光滑，溝壑逐漸變細(xì)，出現(xiàn)具有一定取向的條紋結(jié)構(gòu)。對(duì)比不同Mη的纖維，Mη為9.131×105的纖維表面出現(xiàn)凹凸不均的現(xiàn)象，在其一級(jí)拉伸纖維表面更趨明顯。這是由于UHMWPE溶解、解纏結(jié)程度不夠造成的，這也是該纖維力學(xué)性能下降的主要原因。

圖4 不同Mη及拉伸條件下UHMWPE纖維表面的SEM照片F(xiàn)ig.4 Surface SEM images of UHMWPE fiber at different Mη and drawing conditions

2.2.3 熱性能及結(jié)晶性能

在纖維制備過(guò)程中，首先在紡絲驟冷成凍膠纖維的過(guò)程中會(huì)形成大部分的結(jié)晶[7]，萃取干燥之后這部分結(jié)晶會(huì)保留在纖維中；隨后在多級(jí)熱拉伸過(guò)程中，拉伸應(yīng)力和拉伸溫度的雙重作用會(huì)使部分非晶分子逐漸砌入晶格，使結(jié)晶度增大，也會(huì)使不規(guī)整結(jié)晶部分發(fā)生熔融變形并重結(jié)晶，從而使結(jié)晶結(jié)構(gòu)更加緊密。因此，從圖5可以看出，纖維熔融過(guò)程會(huì)有多峰出現(xiàn)，體現(xiàn)的是不同規(guī)整程度UHMWPE結(jié)晶部分的熔融。UHMWPE的Mη越大，紡絲驟冷過(guò)程中形成的結(jié)晶越多，拉伸過(guò)程中承受拉伸應(yīng)力的分子越多，也利于形成更多更緊密的結(jié)晶，因此纖維最終熔融峰溫升高，熔融峰變寬，結(jié)晶度變大。

圖5 不同Mη的UHMWPE拉伸纖維的升溫及降溫DSC曲線Fig.5 DSC endotherms and exotherms of drawn UHMWPE fiber with different Mη1—5.667×105；2—6.975×105；3—7.640×105；4—8.306×105；5—9.131×105

而在降溫過(guò)程中，UHMWPE的Mη越大，熔體黏度越高，分子間纏結(jié)越多，使得纖維結(jié)晶峰溫降低，結(jié)晶峰變寬。由圖5還可以看出，當(dāng)纖維Mη變大時(shí)，降溫結(jié)晶峰開(kāi)始往低溫方向運(yùn)動(dòng)，這是由于纖維Mη大時(shí)，體系黏度增大，分子鏈擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的能力下降，從而使得纖維結(jié)晶速率變低，結(jié)晶峰變寬。UHMWPE纖維的熱性能及結(jié)晶性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 不同Mη的UHMWPE拉伸纖維的熔點(diǎn)及結(jié)晶度Tab.2 Melting point and crystallinity of drawn UHMWPE fiber with different Mη

2.2.4 蠕變性能及耐磨性能

由表3可知，蠕變初始階段的蠕變速率及20 min蠕變率均隨纖維Mη的增大而減小，Mη為8.306×105的纖維抗蠕變性能最好。這是由于纖維Mη增大時(shí)UHMWPE分子間纏結(jié)點(diǎn)密度增大，連接晶區(qū)和非晶區(qū)的縛結(jié)分子數(shù)增多，減緩了纖維內(nèi)UHMWPE微纖間或UHMWPE分子間的滑移，使纖維抗蠕變性能變好。但當(dāng)纖維Mη增大到9.131×105時(shí)，由于溶解解纏結(jié)程度降低使得纖維內(nèi)縛結(jié)分子減少，抗蠕變性能則急劇下降。

表3 不同Mη的UHMWPE拉伸纖維的抗蠕變性能和耐磨性能Tab.3 Creep resistance and wear resistance of drawn UHMWPE fiber with different Mη

從表3還可看出，隨Mη的提高，纖維強(qiáng)度增大，UHMWPE分子在纖維中形成鏈纏結(jié)，抑制了微纖間的相對(duì)滑移，纖維耐磨性能提高[8]。相比于Mη為6.975×105的纖維，Mη為9.131×105的纖維的強(qiáng)度較低，但其耐磨性能要高得多，這一方面是后者線密度較大使其斷裂力較大，另一方面后者結(jié)晶度也要大得多，從而使其具有更高的耐磨性能。Mη為8.306×105的UHMWPE纖維耐磨性能最好，也主要是由于該纖維具有較高的強(qiáng)度和結(jié)晶度，并且該纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)更為致密。因此，除纖維強(qiáng)度之外，纖維線密度和結(jié)晶度也對(duì)UHMWPE纖維的耐磨性能有較大貢獻(xiàn)。

3 結(jié)論

a. UHMWPE纖維制備過(guò)程中，Mη降解不可忽視，降解過(guò)程主要發(fā)生在溶解紡絲階段，超倍拉伸過(guò)程中纖維Mη降低趨勢(shì)不明顯。

b. 隨螺桿轉(zhuǎn)速的提高，螺桿剪切作用增強(qiáng)加劇了UHMWPE分子的降解，而物料在螺桿中停留時(shí)間變短則減輕了UHMWPE分子的高溫?zé)峤到獬潭?，同時(shí)，UHMWPE分子的熱降解程度還受其溶解溫度的影響，三者綜合作用下使得螺桿轉(zhuǎn)速和溶解溫度對(duì)纖維Mη的影響較為復(fù)雜；而隨著紡絲液濃度增加，UHMWPE降解趨勢(shì)增大，且螺桿轉(zhuǎn)速提高時(shí)，濃度影響更加明顯。

c. 制得UHMWPE凍膠纖維Mη越高，UHMWPE纖維斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗蠕變性能及耐磨性能均提高，纖維熔融峰和結(jié)晶峰變寬，最終熔融溫度、結(jié)晶度變大，結(jié)晶溫度降低；當(dāng)UHMWPE溶解解纏結(jié)程度不夠使得其分子降解程度較低時(shí)，纖維拉伸性能變差，各項(xiàng)綜合性能也變差。

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?國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)?

2017年全國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)在京召開(kāi)

2017年6月3～4日，由中國(guó)化工信息中心和中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司聯(lián)合主辦的2017年全國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)在京召開(kāi)，與會(huì)專家和代表共同探討了當(dāng)前我國(guó)碳纖維及復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀，以及其在航空航天、軌道交通以及車(chē)用材料等方面的應(yīng)用進(jìn)展等熱點(diǎn)話題。目前，我國(guó)T300級(jí)碳纖維已經(jīng)能夠達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，T700級(jí)碳纖維已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，T800 級(jí)碳纖維已經(jīng)突破工程化技術(shù)，且正在加快應(yīng)用驗(yàn)證，高強(qiáng)高模型碳纖維M50J的生產(chǎn)技術(shù)也已經(jīng)有所突破。同時(shí)，國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)品基本滿足了體育休閑等民用領(lǐng)域的應(yīng)用，初步滿足國(guó)防軍工、航空航天領(lǐng)域的急需。中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司總經(jīng)理孟凡君指出，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)碳纖維行業(yè)仍存在技術(shù)創(chuàng)新能力弱、工藝裝備不完善、產(chǎn)品種類單一、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本高、下游應(yīng)用開(kāi)發(fā)嚴(yán)重不足等諸多問(wèn)題，尤其是占碳纖維市場(chǎng)份額60%以上的工業(yè)領(lǐng)域用低成本碳纖維奇缺。從企業(yè)、市場(chǎng)、產(chǎn)品以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式角度解析了我國(guó)碳纖維及符合材料發(fā)展的總體態(tài)勢(shì)，造成我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的下游應(yīng)用市場(chǎng)培育不足的原因包括：第一，部分企業(yè)技術(shù)沒(méi)有吃透，裝備精度不高；第二，上下游脫節(jié)，下游應(yīng)用培育不足；第三，低水平重復(fù)建設(shè)問(wèn)題突出；第四，國(guó)外低價(jià)碳纖維不斷擠壓國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

(通訊員 馬祥林)

Degradation behavior and its effect on properties of UHMWPE fiber during gel spinning process

Ma Lin1,2, Wang Xinwei2,3, Yu Junrong1, Wang Yan1, Hu Zuming1, Zhu Jing1

(1.State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, Donghua University, Shanghai 201620; 2. State Key Laboratory of Polyolefins Catalysis Technology and High-performance Materials, Shanghai Research Institute of Chemical Industry, Shanghai 200031; 3. Shanghai Key Laboratory of Catalysis Technology for Polyolefins, Shanghai Research Institute of Chemical Industry, Shanghai 200031 )

Ultrahigh-relative molecular mass polyethylene (UHMWPE) gel fibers were prepared through swelling, dissolving and extruding stages on a twin-screw mixing extruder, which was produced into UHMWPE fibers after hot drawing process. The effects of the gel spinning process and hot drawing process on the viscose average relative molecular mass (Mη) of UHMWPE fiber were discussed. The relationship betweenMηand the mechanical properties, thermal property, creep and wear resistance of UHMWPE fiber was also studied. The results showed that the change of shearing strength and high-temperature residence time of feedstocks with the screw rotation rate, dissolution temperature and solution concentration gave a great effect on the degradation degree of UHMWPE molecule while the hot ultra-drawing process had a little effect on the UHMWPE degradation; the strength and creep and wear resistance of the fiber were increased and the melting point and crystallinity were also increased with the increase ofMηof the gel fiber as UHMWPE uniformly dissolved;Mηof the gel fiber was maximized, the fiber surface was not neat and the comprehensive properties became worse as the poor dissolution of UHMWPE happened.

ultrahigh-relative molecular mass polyethylene fiber; gel spinning; macro molecule degradation; relative molecular mass; structure; properties

2017- 04-22； 修改稿收到日期：2017- 05-25。

馬林(1992—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楦邚?qiáng)高模聚乙烯纖維。E-mail：charlesma163@163.com。

上海市自然科學(xué)基金(15ZR1401100)，上海市聚烯烴催化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(LCTP-201502)。

TQ342+.69

A

1001- 0041(2017)04- 0005- 06

*通訊聯(lián)系人。E-mail：yjr@dhu.edu.cn。