双向拉伸超高分子量聚乙烯薄膜的制备研究

发布时间：2020-08-22 21:34

【摘要】：UHMWPE作为一种热塑性工程塑料,具有较高的抗冲击性、耐磨性、自润滑性、抗老化性等,综合性能优异。UHMWPE薄膜兼具了 UHMWPE优异的物理化学性能,将其双向拉伸后薄膜变薄,力学强度和光学性能得到明显改善,顺应了“以塑代钢”的可持续发展理念。鉴于UHMWPE分子链结构的特殊性,本文在课题组前期改性成果的基础上,对UHMWPE流动改性工艺进行了优化,研究发现双螺杆挤出机的螺杆组合情况对UHMWPE改性料流动性影响很大,TE-20挤出机螺杆组合中剪切块的总长度占螺杆长度的21.24%,TE-35的占33.03%,对改性剂UL的利用率和混炼效果大大提高。以TE-35挤出机的螺杆组合,UL添加量为1份时即可满足要求,制备的UHMWPE改性颗粒料熔体流动速率为2.44g/10min,熔点为135.65℃,结晶度为39.9%,与未改性原料相比晶体的微观结构没有发生太大改变,结晶相仍然是由折叠链构成,结晶度略有提高。然后,本文采用管膜法,以UHMWPE改性颗粒料为原料,由单螺杆挤出机熔融挤出,经过课题组自行设计的锥形模具,在牵引机的牵引下实现了薄膜的同步双向拉伸,通过实验确定最优工艺条件:薄膜横纵向拉伸倍率均为4、拉伸温度为138℃、挤出机螺杆转速为7rpm,所制备的薄膜宽幅约为500mm,厚度约为0.06mm。与未拉伸片膜相比,横向拉伸强度提高了 30.2%,纵向拉伸强度提高了 39.8%,结晶度提高了 11.1%,分子链的规整度大大提高,晶体的取向明显,晶粒尺寸变小,证明了管膜法制备UHMWPE薄膜的方案是可行性的。最后,本文采用平膜法,研究了拉伸温度、拉伸倍率、拉伸速率对薄膜力学性能和晶体结构的影响。研究发现采用平膜法可以通过控制工艺条件制备出各向同性和各向异性的双向拉伸UHMWPE薄膜。当拉伸倍率为2.5×2.5时,与未拉伸片膜相比,薄膜的拉伸强度提高了 220.57%,微观结构中出现了横纵取向相近的网格结构;当拉伸倍率为2×3时,薄膜的横向拉伸强度提高了 206.26%,纵向提高了 591.89%,纵向取向程度大于横向,微观结构中出现了约5μm×15μm的网格结构。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ325.12;TB383.2
【图文】：

同步双向拉伸包括平膜法双向拉伸和管膜法双向拉伸，均需要在双向拉伸逡逑机上实现。拉伸机主要包括伸曲链条式、线型磁电传动式、螺杆传动式、辊组逡逑纵向拉伸－导辊横向拉伸组合式。如图１．１和图１．２所示［５９］，分别为管膜法双向逡逑拉伸工艺图和平膜法双向拉伸工艺图。平膜法双向拉伸和管膜法双向拉伸相比，逡逑平膜法生产效率高，拉伸比较大，产品性能高，而管膜法投资较少、操作简单、逡逑所需厂房面积小，生产过程不产生边角料，环保节能。逡逑／／逦「＿邋】邋Ｐｒｅｈｅａｔｅｒ逡逑／／逦１」１Ｍ邋ｎｉｐ邋ｒｏｌｌｓ逡逑／／逡逑／，0邋ＦＴ邋ｊ邋Ｐｒｅｈｅａｔｅｒ逡逑ｌｊ逦Ｉ—１逦—｜邋Ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ邋ｕｎｉｔ逡逑Ｉ逦＊＝＝ｒ逦！＝＝逡逑ｆ逦§逦ｉ逡逑／／逦Ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ邋ｂｏａｒｄｓ逡逑ｌｊ逦２０４邋ｎｉｐ邋ｒｏｌｌｓ逡逑ｊ逦ｒ＞邋ｃ－邋＼ｚ，逦Ａｎｎｅａｌｌｔｎｇ邋ｏｖｅｎ逡逑ｒ—７邋Ｅｘｔｒｕｄｅｒ逦ｊ逦—邋一。逡逑／邋ＷａｌＣＴ邋ｂａｔｈ逡逑１邋Ｉ逡逑＿＿＿＿＿＿＿＿逦Ｏ邋Ｗｉｎｄ邋ｕｐ邋ｕｎｉｔ邋Ｏ逡逑图１．１管膜法双向拉伸工艺图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｂｉ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ邋ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏ

逦ＵＨＭＷＰＥ改性颗粒料的制备逡逑如图２．１为制备ＵＨＭＷＰＥ改性颗粒料的工艺流程图，图２．２为制备逡逑ＵＨＭＷＰＥ改性料的实际设备图。逡逑图２．２制备ＵＨＭＷＰＥ改性料的设备图逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｔｈｅ邋ａｃｔｕａｌ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ邋ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ邋ｏｆ邋ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ＵＨＭＷＰＥ邋ｒｅｓｉｎｓ逡逑２．２．３．２性能测试与表征逡逑（１）逦ＭＦＲ性能测试逡逑将制备的ＵＨＭＷＰＥ改性颗粒料放入ＭＩ４００熔融指数仪料筒，设定测试温逡逑度２３０°Ｃ，负荷２．１６ｋｇ，测定熔体的流动速率指数（ＭＦＲ），取样条３次，并逡逑求取平均值。ＭＦＲ的计算公式为：逡逑Ｗ逡逑ＭＦＲ邋＝邋６００ｘ——逦式（２．１）逡逑ｔ逡逑式中：ＭＦＲ为熔体流动速率，ｇ／１０ｍｉｎ；逡逑Ｗ为切取样条的质量，ｇ；逡逑ｔ为切取样条的时间间隔，ｓ。逡逑（２）

用中小导程螺纹元件，螺杆的混炼效果越强。如表２．４所示为两组双螺杆挤出逡逑机的螺杆组合情况，表２．５所示为两组双螺杆挤出机造粒的熔体的ＭＦＲ。逡逑由图２．３可知，用ＴＥ－２０和ＴＥ－３５双螺杆挤出机造粒时发现：随着流动改逡逑性剂ＵＬ添加量增多，熔体的ＭＦＲ逐渐增大。这是因为ＵＬ能够进入ＵＨＭＷＰＥ逡逑微粒内部，渗入到互相缠结的ＵＨＭＷＰＥ的分子链之间，在分子链之间起到润逡逑滑作用，使得内摩擦减小，分子链灵活性增强，分子链间的缠结点在分子链的逡逑无规热运动下不断解缠，缠结点密度下降，流动性增强。逡逑２２逡逑

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本文编号：2801175