聚乙烯是當(dāng)前漁業(yè)上使用最多的材料之一,在捕撈作業(yè)過(guò)程中,漁具材料會(huì)直接影響到漁具性能以至于影響漁獲的產(chǎn)出。材料的力學(xué)性能、蠕變性能、抗老化性能直接影響到漁具的壽命。因此,漁具的生產(chǎn)不光要注重漁具的設(shè)計(jì),漁具材料的選擇也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)。石墨烯由于具有高的拉伸模量和強(qiáng)度,并且具有較大的比表面積、質(zhì)量輕、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn),一直受材料學(xué)界的高度關(guān)注,因此石墨烯/聚合物復(fù)合材料具有良好的應(yīng)用前景。但在漁用領(lǐng)域方面,石墨烯改性繩網(wǎng)材料少有研究及應(yīng)用。本論文利用石墨烯(GR)與超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料進(jìn)行熔融紡絲制備改性單絲及其漁網(wǎng),并對(duì)其熱性能、力學(xué)性能、蠕變性能、抗老化性能、水動(dòng)力性能等進(jìn)行研究,結(jié)果如下:(1)采用熔融紡絲法制備了漁用UHMWPE/GR納米復(fù)合纖維,研究了GR含量對(duì)UHMWPE纖維結(jié)構(gòu)、熱性能、力學(xué)性能與抗蠕變性能的影響。結(jié)果顯示,GR在UHMWPE纖維基體中的以納米級(jí)分散為主,當(dāng)GR含量為1‰和3‰時(shí),GR在UHMWPE纖維基體中分散均勻,與純UHMWPE纖維相比,UHMWPE/GR納米復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度和結(jié)節(jié)強(qiáng)度均有顯著提高,而同時(shí)蠕變率下降。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析表明UHMWPE/GR纖維中納米粒子和聚乙烯鏈段相互作用力增強(qiáng),晶區(qū)附近受限的非晶區(qū)鏈段增多,α轉(zhuǎn)變峰逐漸增強(qiáng)增寬。通過(guò)納米改性技術(shù)引入石墨烯之后,可以顯著提高超高分子量聚乙烯纖維的力學(xué)性能和抗蠕變性能,為實(shí)現(xiàn)漁用材料的高性能化提供了理論依據(jù)。(2)利用紫外老化試驗(yàn)研究了GR的引入對(duì)UHMWPE纖維抗老化性能的影響。紅外分析結(jié)果顯示,與純UHMWPE纖維相比,UHMWPE/GR的羰基指數(shù)增加量從82%下降到了63%。從力學(xué)性能的結(jié)果來(lái)看,經(jīng)過(guò)紫外老化試驗(yàn)后,UHMWPE、UHMWPE/GR復(fù)合纖維試樣的強(qiáng)力保持率分別為33.6%、37.1%,UHMWPE/GR復(fù)合纖維具有更優(yōu)異的耐老化性能。結(jié)果表明,在UHMWPE纖維中引入石墨烯,可以較為顯著的提高超高分子量聚乙烯纖維的耐老化性能。(3)以UHMWPE纖維和UHMWPE/GR-3‰納米復(fù)合纖維為基體,編制成漁網(wǎng)(60tex×2×3-25mm),研究了改性前后的UHMWPE漁網(wǎng)的力學(xué)性能和網(wǎng)片的水動(dòng)力性能。結(jié)果表明,UHMWPE/GR復(fù)合纖維網(wǎng)片的水阻力低于純UHMWPE網(wǎng)片的水阻力,GR改性漁網(wǎng)的力學(xué)性能也得到了顯著改善。(4)采用熔融紡絲法制備超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、GR共混纖維(UHMWPE/HDPE/GR),研究了GR含量對(duì)UHMWPE/HDPE纖維結(jié)構(gòu)、熱性能、力學(xué)性能與抗蠕變性能的影響。結(jié)果顯示,GR在UHMWPE/HDPE纖維基體中的分散基本均勻。與純UHMWPE/HDPE纖維相比,適當(dāng)含量的石墨烯引入可以大幅度提高其斷裂強(qiáng)強(qiáng)力、結(jié)節(jié)強(qiáng)力和抗蠕變性能,但當(dāng)石墨烯含量增至1%以上時(shí),可能出現(xiàn)了團(tuán)聚導(dǎo)致斷裂強(qiáng)力和抗蠕變性能的下降。此外,石墨烯的加入可以有效提高UHMWPE/HDPE纖維的儲(chǔ)能模量,體現(xiàn)為纖維剛性的增加,力學(xué)性能的增強(qiáng)。
【學(xué)位單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：S971
【部分圖文】：

圖 1-1 新型 UHMWPE 增養(yǎng)殖設(shè)施Fig.1-1 Newly UHMWPE farming facilities1.2.3 UHMWPE 改性研究進(jìn)展在目前高分子纖維合成材料的發(fā)展情況下，研制另外一種高性能的新合成材料的難度十分大，所以研究者們就將目標(biāo)放在了現(xiàn)有材料的改性上[25]。改性在目前的材料工業(yè)中所占的地位越來(lái)越重要，作用也越來(lái)越突出，優(yōu)點(diǎn)如下：（1）改性是獲得所需的特定屬性的材料的成本較低的方法；（2）改性是在保證滿(mǎn)足要求的情況下降低材料制造成本的有效方法。作為合成纖維新材料之一，UHMWPE纖維雖然擁有很多其他材料不具有的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺陷，例如抗蠕變性差、熔體粘度大以及加工性能差等，與其他工程塑料相比還有表面硬度較低、抗磨粒磨損能力差和熱變形溫度低等缺點(diǎn)[9-11,26]。為了能使 UHMWPE 在漁業(yè)領(lǐng)域得到更加廣泛的運(yùn)用，突破其局限性，需要對(duì)其進(jìn)行改性研究[27]。下面介紹漁用超高分子量聚乙烯纖維改性的相關(guān)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展。

(c)圖 2-1 不同石墨烯含量的 UHMWPE/GR 復(fù)合纖維電鏡照片F(xiàn)ig. 2-1 Transmission electron microscopy for nanocomposite monofilament with differentgraphene content2.3.2 UHMWPE/GR 復(fù)合纖維的熱性能采用 DSC 對(duì)純 UHMWPE 纖維和經(jīng)過(guò)石墨烯改性的復(fù)合纖維進(jìn)行熱性能分析，圖2-2給出了不同納米石墨烯含量的 UHMWPE/GR 復(fù)合纖維的DSC 分析曲線(xiàn)，根據(jù)熔融峰面積計(jì)算得到的纖維樣品中的聚乙烯結(jié)晶度見(jiàn)圖 2-3。不同石墨烯含量的UHMWPE的熔點(diǎn)變化不大，這說(shuō)明UHMWPE基體的片晶厚度不受石墨烯含量的影響。 從結(jié)晶度變化曲線(xiàn)可以看到，石墨烯的加入可以提高UHMWPE 纖維的結(jié)晶度，進(jìn)而提高改性后納米復(fù)合纖維的剛性，其中石墨烯含量為 3‰的樣品結(jié)晶度提高較為顯著。在 DSC 熱分析結(jié)果中可以明顯看出，經(jīng)過(guò)石墨烯改性后的 UHMWPE 復(fù)合纖維的結(jié)晶度有了顯著提高，當(dāng)石墨烯含量為 3‰時(shí)結(jié)晶度提高了 10.6%，這可能是由于石墨烯的引入造成了聚乙烯大分子

5.3 結(jié)果與討論5.3.1 UHMWPE/HDPE/GR 復(fù)合纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)圖5-1是UHMWPE/HDPE/GR納米復(fù)合纖維的電鏡圖。未添加石墨烯的UHMWPE/HDPE的斷面較為平整（圖5-1a），石墨烯的加入改變了UHMWPE的形貌。由圖5-1b可知，石墨烯在UHMWPE/HDPE纖維基體中達(dá)到了納米級(jí)厚度分散，分散較為均勻。團(tuán)聚石墨微片易導(dǎo)致紡絲過(guò)程中纖維形成應(yīng)力集中點(diǎn)，熔體流動(dòng)不穩(wěn)定，噴頭拉伸比下降，影響纖維的可紡性，并降低石墨烯的增強(qiáng)效果。UHMWPE/HDPE/GR-2%納米復(fù)合纖維在紡絲過(guò)程中出現(xiàn)毛絲、斷絲。因此，本文主要研究質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2％的石墨烯對(duì)納米復(fù)合纖維的影響。

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本文編號(hào)：2834891