富含取向串晶的超高分子量聚乙烯薄膜及串晶聚集体纤维的制备与表征

发布时间：2017-10-09 19:30

  本文关键词：富含取向串晶的超高分子量聚乙烯薄膜及串晶聚集体纤维的制备与表征

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【摘要】：首先采用自制的装置通过剪切溶液诱导结晶的方法制备了超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)薄膜。分析讨论并最终确定了制备富含取向串晶的UHMWPE薄膜的参数。扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)结果显示,富含取向串晶的UHMWPE薄膜(film-300)由大量规整排列的串晶以及少量的无定形部分组成,说明film-300富含取向串晶结构。随后,本文对film-300的形成机理进行了阐述。为了研究剪切力的有无对于制品微观结构和力学性能的影响,本文通过溶液浇注的方法制备了UHMWPE溶液浇注薄膜(film-0),并以扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、二维广角X射线衍射(two dimension wide angle X-ray diffraction,2D-WAXD)、二维小角X射线散射(two dimension small angle X-ray scattering,2D-SAXS)、差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry,DSC)、拉伸测试表征了两种薄膜力学性能以及微观结构。结果显示,film-0由大量的片晶和无定形物质组成;film-300的拉伸强度、取向度、结晶度、熔点、晶片厚度、晶粒的大小均较大,而晶粒数量、断裂伸长率却相对较低。其次,通过另外一种自制的装置,由剪切诱导溶液结晶的方法制备了UHMWPE纤维。SEM结果显示这种纤维完全由串晶组成,说明这种纤维是串晶的聚集体,并且串晶平行于纤维轴向方向规整排列。该串晶聚集体纤维具有较好的柔韧性,在打结位置并没有发现明显的断裂。随后,对该串晶聚集体纤维的形成机理进行阐述。拉伸实验结果表明该纤维的拉伸强度能够达到111MPa。为了研究完全由串晶组成的制品与不含串晶的制品的微观结构的不同,本文制备了未受剪切力的UHMWPE薄膜(film)。并利用2D-WAXD、DSC研究了串晶聚集体纤维与未受剪切力薄膜的微观结构。结果说明串晶聚集体纤维拥有较高的取向度(0.95)以及较高的结晶度(91.7%),而不含串晶的薄膜的取向度和结晶度分别为0和68.7%。
【关键词】：超高分子量聚乙烯 剪切诱导结晶 串晶 聚集体 力学性能 薄膜 纤维
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O632.12;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 前言12
• 1.2 聚合物的晶体结构和晶体形貌12-15
• 1.2.1 聚合物的晶体结构12-13
• 1.2.2 聚合物的晶体形貌13-15
• 1.3 串晶的结构和形成机理15-19
• 1.3.1 串晶的结构16-17
• 1.3.2 串晶的形成机理17-19
• 1.4 串晶对于聚合物制品力学性能影响19-24
• 1.4.1 串晶对于聚合物纤维力学性能的影响19-22
• 1.4.2 串晶对于注塑制品力学性能的影响22-24
• 1.5 本论文的目的和主要工作24-26
• 1.5.1 主要目的24
• 1.5.2 主要工作24-26
• 2 富含取向串晶的UHMWPE薄膜的制备与表征26-45
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-33
• 2.2.1 实验原料及仪器26-27
• 2.2.2 剪切诱导结晶法制备UHMWPE薄膜的装置及流程27
• 2.2.3 富含取向串晶的UHMWPE薄膜制备工艺的确定27-31
• 2.2.3.1 转速对于制品拉伸强度的影响28-29
• 2.2.3.2 PTFE棒与石英管内壁间距对于制品拉伸强度的影响29
• 2.2.3.3 PTFE棒表面温度对于制品拉伸强度的影响29-31
• 2.2.4 富含取向串晶的UHMWPE薄膜与溶液浇注薄膜的制备31-32
• 2.2.5 样品的表征32-33
• 2.2.5.1 扫描电子显微镜（SEM）32
• 2.2.5.2 二维广角X射线衍射（2D-WAXD）及二维小角X射线散射（2D-SAXS）32-33
• 2.2.5.3 差示扫描量热（DSC）测试33
• 2.2.5.4 拉伸性能测试33
• 2.3 结果与讨论33-43
• 2.3.1 富含取向串晶的UHMWPE薄膜的微观形貌与形成机理33-36
• 2.3.1.1 富含取向串晶的UHMWPE薄膜的微观形貌33-35
• 2.3.1.2 富含取向串晶的UHMWPE薄膜形成机理35-36
• 2.3.2 浇注薄膜的微观形貌36-37
• 2.3.3 富含取向串晶的UHMWPE薄膜与浇注薄膜的结晶结构37-43
• 2.3.3.1 富含取向串晶的UHMWPE薄膜与浇注薄膜的分子链取向及晶体参数37-40
• 2.3.3.2 富含取向串晶的UHMWPE薄膜与浇注薄膜的长周期及晶片厚度40-43
• 2.3.4 富含取向串晶的UHMWPE薄膜与浇注薄膜的力学性能43
• 2.4 结论43-45
• 3 UHMWPE串晶聚集体纤维的制备与表征45-57
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验部分46-48
• 3.2.1 实验材料与仪器46
• 3.2.2 UHMWPE串晶聚集体的制备46-47
• 3.2.2.1 UHMWPE串晶聚集体制备装置46-47
• 3.2.2.2 UHMWPE串晶聚集体及溶液浇注薄膜的制备47
• 3.2.3 表征47-48
• 3.2.3.1 扫描电子显微镜47
• 3.2.3.2 二维广角X射线衍射（2D-WAXD）47
• 3.2.3.3 差示扫描量热（DSC）测试47-48
• 3.2.3.4 拉伸性能测试48
• 3.3 结果与讨论48-56
• 3.3.1 UHMWPE串晶聚集体纤维的微观形貌48-50
• 3.3.2 UHMWPE串晶聚集体纤维的形成机理50-51
• 3.3.3 UHMWPE串晶聚集体纤维的力学性能51-53
• 3.3.4 UHMWPE串晶聚集体纤维及溶液浇注薄膜的微观结构53-56
• 3.4 结论56-57
• 4 结论与展望57-59
• 4.1 结论57
• 4.2 展望57-59
• 参考文献59-66
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果66-67
• 个人简历66
• 在学期间发表的的学术论文66-67
• 致谢67

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本文编号：1002013