Page 234 - 《水产学报》2026年第3期

3 期 陈逸鸿，等：紫外辐照对渔用中高强 UHMWPE 纤维结构与性能的影响 50 卷

过 14 d 后都显著下降 (P＜0.05)。所有辐照时间梯 UHMWPE 纤维表面的裂痕较少，破损口和破损面
度中，3 种不同线密度中高强 UHMWPE 纤维结节 积更少，表面粗糙度也相对较低，原纤化和剥层
断裂伸长率均显著高于普通 UHMWPE 纤维和低 现象较轻，紫外辐照对其表面产生的刻蚀作用更
蠕变 UHMWPE 纤维 (P＜0.05)。与紫外辐照前对 小，说明其在试验条件下抗紫外老化性能较好；
比，1600D 普通、1600D 低蠕变和 1600D 中高强 三种不同线密度中高强 UHMWPE 纤维受紫外辐
UHMWPE 纤维在辐照 28 d 后，断裂伸长率分别 照后表面破损口的数量均较少，破损面积差距不
下降了 0.60%、0.29% 和 0.10%；说明紫外辐照对 大，粗糙度无显著差异，即紫外辐照对三种纤维
中高强 UHMWPE 纤维的柔韧性能和弹性影响显 产生的刻蚀作用程度接近，表明紫外辐照对纤维
著小于普通 UHMWPE 纤维和低蠕变 UHMWPE 表面的刻蚀作用与其线密度无关。
纤维 (P＜0.05)。从三种中高强 UHMWPE 纤维的
3.2 UHMWPE 的红外光谱分析
测试结果来看，线密度与纤维的断裂伸长率呈显
图 1 红外光谱图显示，经过紫外辐照后所有
著正相关 (P＜0.05)。
样品均有 4 处吸收峰，且位置无变化，说明紫外
1600D 普通 1600D ordinary 辐照没有改变 纤维的主体化学结构。

2.4 1600D 低蠕变 1600D low creep UHMWPE
1600D 中高强 1600D medium and high 所有样品均在 1 653 cm 出现 C=C 伸缩振动，表
–1
2.1 3000D 中高强 3000D medium and high 明 UHMWPE 纤维结构受到了一定程度的破坏，
6000D 中高强 6000D medium and high
断裂伸长率/% elongation at break 1.5 分子链发生断裂产生双键 。UHMWPE 纤维是
1.8
[19-20]
一种半结晶的高分子聚合物，常态下它的内部结
构稳定，分子排列整齐紧密，呈网络状。在紫外
1.2
0.9 辐照老化过程中，UHMWPE 分子链断裂，内部的
网络结构受到破坏，分子排列堆叠松散，致密度
0 5 10 15 20 25 30 低的非晶区较密，为氧化反应提供了主要场所。
时间/d 根据自由基反应机理，氧化反应过程产生的羰基、
time 过氧化物等含氧官能团破坏了分子链的规整性，
图 5 不同紫外辐照周期 UHMWPE 纤维的
导致结晶度降低，进一步扩大了非晶区比例，加
结节断裂伸长率
速氧化反应，形成一种自催化效应 [21-22] 。氧化反
Fig. 5 Elongation at nodule break of UHMWPE fibers
应与结晶度降低二者之间形成相互反馈的循环机
with different UV irradiation cycles [23]
制，使分子降解 。微观结构的变化显著影响材
料的模量、屈服强度及断裂韧性等宏观力学性能，
3 讨论 表现在 UHMWPE 纤维的力学性能在不同紫外辐
照时间梯度下发生变化 。随着紫外辐照周期延
[24]
3.1 不同 UHMWPE 的微观形貌差异 长，光谱图中共轭双键吸收峰逐渐增强，说明材
料氧化降解程度加深，分子链断裂加剧。中高强
紫外辐照会对 UHMWPE 纤维表面产生刻蚀
–1
UHMWPE 纤维在 1 653 cm 处吸收峰振动强度变
作用。刻蚀作用表现在纤维表面的裂痕和损伤缺
化小于普通 UHMWPE 纤维和低蠕变 UHMWPE
陷，这导致纤维表面由光滑变得粗糙，增大丝束
纤维，说明其发生的氧化反应程度相对更低，抗
间摩擦力，降低纤维的断裂强力、柔韧性等力学
紫 外 老 化 性 能 较 好 。 三 种 不 同 线 密 度 中 高 强
性能。刻蚀作用的程度越深，纤维表面的裂痕和
UHMPWE 纤维在此处吸收峰未出现显著差异，说
[18]
损伤缺陷越多，也越粗糙 。图版Ⅰ的扫描电镜
明三者受到的氧化反应程度相近，抗紫外老化性
图片显示，受紫外辐照后，纤维表面的裂纹主要
能与纤维线密度无显著相关。
沿纤维轴向扩展，表明紫外辐照可能优先损伤分
3.3 紫外辐照对 UHMWPE 纤维热稳定性的影响
子链间的薄弱环节，导致链段断裂；表面变粗糙
可能是刻蚀作用导致纤维出现了原纤化迹象，即 从图 2 TGA 曲线可以看出，所有 UHMWPE
更细的微纤开始从主体上剥离。与普通 UHM- 纤维的热解失重可以分为 3 个阶段。第一阶段为
WPE 纤维和低蠕变 UHMWPE 纤维相比，中高强 温度在 0~300 ℃，所有样品质量无显著变化，这

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