纳米Cu改性渔用高密度聚乙烯单丝及其弛豫行为研究

Polyethylene is widely used in fishery because of its high strength, lightweight and cost-effectiveness. However, there are also the problems such as easy to damage and marine fouling for ordinary polyethylene fiber net in aquaculture. High density polyethylene (HDPE) nanocomposite monofilaments are prepared by melt-spinning and multistage drawing process. The effect of nanoparticle content, the type of modified agent for nano-Cu and nano-Cu/Ni and the processing conditions on the morphology, structure and property of HDPE nanocomposite monofilaments is investigated by dynamic mechanical analysis and a combination of other advancing testing methods. It is important to identify the releasing characteristics of copper ion and molecular relaxation for HDPE nanocomposite monofilaments. The structures and properties of HDPE nanocomposite monofilaments can be adjusted by establishing a relationship between morphological structure-molecular relaxation behavior-properties. Hence, the result of this study will play an important role in further understanding of the nature for nanocomposite fibers, which is favored to provide guidance and auspice on structure design to advance the development of novel high-performance fiber for fisheries.

聚乙烯树脂以其强度高、重量轻及性价比高等优点，已广泛应用于渔用领域，但目前水产养殖用普通聚乙烯纤维网衣材料仍存在易于破损和海洋污损等主要问题。本课题以纳米Cu粒子、纳米Cu/Ni粒子复合改性渔用高密度聚乙烯（HDPE）单丝为研究对象，经熔融纺丝-多级牵伸工艺制备HDPE纳米复合单丝。采用动态力学分析、宽频介电谱仪、扫描电镜等主要测试方法，系统研究纳米Cu粒子含量、表面改性剂种类、分散状态和纺丝加工工艺条件对纳米复合单丝的形态结构与性能影响规律；探明纳米Cu、纳米Cu/Ni复合改性HDPE单丝的Cu离子释放特征；并通过分子弛豫特征及其规律的研究，建立纳米复合单丝体系的结构形态-弛豫行为-宏观性能之间的关联，实现对纳米Cu粒子、纳米Cu/Ni复合填充渔用HDPE单丝体系的结构调控及性能优化。通过纳米粒子改性渔用HDPE单丝及其弛豫行为研究可望为开发新型高性能渔用纤维材料提供技术支持和理论指导。

聚乙烯树脂以其强度高、重量轻及性价比高等优点，已广泛应用于渔用领域，但目前水产养殖用普通聚乙烯纤维网衣材料仍存在易于破损和海洋污损等主要问题。本课题以纳米Cu粒子（CuNP）、纳米Cu/Ni粒子复合（CuNP/NiNP）改性渔用高密度聚乙烯（HDPE）单丝为研究对象，系统研究了CuNP含量、分散状态和纺丝加工工艺条件对纳米复合单丝的形态结构与性能影响规律，揭示了CuNP/HDPE纳米复合单丝的分子驰豫特征及其规律，探明了纳米Cu、纳米Cu/Ni复合改性HDPE单丝的Cu离子释放特征，建立了复合单丝结构与性能间的关联机制。研究结果表明采用表面修饰剂（吐温系列）对CuNP进行有机表面改性后，CuNP的分散性有很大的提高。当CuNP含量为0.5 ~1.0 wt%时，CuNP在HDPE单丝基体中呈纳米级尺度且分布均匀，CuNP粒子产生显著的纳米增强、增韧效果，CuNP /HDPE纳米复合单丝的断裂强度和结节强度均优于HDPE单丝。随CuNP含量的增加，CuNP/HDPE纳米复合单丝的玻璃化转变温度升高，最大损耗因子减小，CuNP/HDPE纳米复合单丝的α峰转变温度变化不大。当CuNP含量为2wt%时，tan峰显著变宽，这表明纳米复合单丝中的非晶结构增加，CuNP对聚乙烯的结晶结构具有破坏作用，链段相互作用降低，力学强度降低。CuNP/HDPE二元和CuNP/NiNP /HDPE三元纳米复合单丝的铜离子释放试验结果表明NiNP的引入可以减缓纳米复合单丝的铜离子释放。经海水挂片试验探明了CuNP/HDPE纳米复合网衣对海洋附着生物具有一定的驱避作用。放置同一时间段下，与HDPE网片相比，CuNP/HDPE纳米复合网片增重减少。