超高分子量聚乙烯纤维非晶结构的固体核磁共振研究

超高分子量聚乙烯纤维的力学性能与样品中非晶结构、含量密切相关。本课题拟通过各类先进的固体高分辨核磁共振技术，对超高分子量聚乙烯纤维中的非晶结构和相关动力学进行系统性的研究。通过探测各类非晶结构与结晶结构的空间连接关系，加深对纤维结构的应力传递机制的理解；通过研究纤维内部非晶/结晶之间的长程分子链迁移行为，加深对纤维蠕变行为来源的理解；在此基础上，研究不同制备工艺、纺丝前体和拉伸比等因素对聚乙烯纤维强度的影响。本课题研究将为我们进一步提升现有纤维的强度、进行新型超高强度纤维的分子结构设计提供必要的理论基础，对于我们理解高分子体系微观结构和分子运动与材料宏观性能的关系也具有普遍意义。

超高分子量聚乙烯纤维的力学性能与其非晶结构含量、类型和分布密切相关。本课题通过各类先进的固体核磁共振技术，重点研究了几种超高分子量聚乙烯纤维中非晶结构的含量、性质和分布，以及非晶结构对材料中非晶/结晶相之间的长程分子链迁移运动的影响。结果表明：1. 聚乙烯纤维材料的加工/制备方式、聚乙烯原料的化学性质等因素能显著影响其非晶结构的存在形式；2. 聚乙烯纤维存在受限的非晶结构和分子运动较为活泼的非晶结构，这两类非晶结构的含量与聚乙烯纤维材料的强度和模量密切相关；3. 聚乙烯纤维材料中广泛存在着非晶相与结晶相之间的长程分子链迁移运动，这一运动与聚乙烯纤维的蠕变行为相关。这些研究结果加深了我们对聚乙烯纤维材料中应力传递机制、蠕变行为来源的理解。本项目的研究结果为我们进一步提升聚乙烯纤维的强度提供必要的理论基础。.此外，我们在本课题研究过程中还发展了一些固体核磁共振方法，其中包括：.1. 通过13C化学位移各项异性研究和测量样品中基团/分子链取向度和分子运动的方法；.2. 通过2H 核磁共振实验并结合计算机理论模拟，研究基团/分子链运动的方法；.本课题发展的这些固体核磁方法已被成功的应用于其他先进功能材料体系，并取得了较好的研究结果。