在多因素耦合作用下超高分子量聚乙烯纤维的凝聚结构与力学性能的改善

《Journal of Applied Polymer Science》：Improvement of Condensed Structure and Mechanical Properties of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Fibers Under Multi-Factor Coupling

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的异常特性源于其压缩态结构，包含结晶区、无定形区和过渡区。通过多阶段热拉伸实验发现温度促进分子链运动和结晶完善，适当温度与应力可提升结晶度，降低拉伸速度和应力能提高最大拉伸比，应力促使分子链跨结晶区与无定形区取向。三阶段热拉伸使纤维结构从折叠链层状转变为延伸链和纤维状结构，增强结构规律性和密度，从而优化力学性能。

　　

摘要

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的优异性能源于其独特的凝聚态结构，该结构由结晶区域、非晶区域以及它们之间的过渡区组成。这种结构的形成是一个非平衡过程，受到温度和拉伸应力等多种因素的共同影响。最初，人们设计并制造了UHMWPE纤维热拉伸设备，以便在应力和温度的共同作用下，对纺制出的纤维进行多阶段、多倍数的拉伸测试。这些实验使我们能够研究温度、拉伸应力和拉伸速度等多种因素对纤维凝聚态结构及力学性能的影响规律。实验结果表明，温度不仅促进了分子链的运动和解缠，还有助于完善晶体结构。适当的温度和特定的拉伸应力可以提高纤维的结晶度。较低的拉伸速度和拉伸应力可以显著提高纺制纤维的最大拉伸比。拉伸应力的增加有助于增强纤维内部结晶区域和非晶区域中分子链的取向。值得注意的是，通过三阶段热拉伸并优化每个阶段的条件，UHMWPE纤维可以从折叠链层状晶体转变为伸展链层状和纤维状晶体结构，从而提高其凝聚态结构的规整性和密度。这一过程对于改善纤维的力学性能非常有益。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。