基于拉伸流场作用的UHMWPE分子运动和结晶行为的拉曼光谱研究

发布时间：2020-03-30 05:58

【摘要】：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有耐磨、抗冲击、耐腐蚀、自润滑等良好性能,在国防、医疗、长距离输运管道等领域有着极大的应用前景。本文以共焦拉曼光谱为主要研究手段,构建了不同工艺、不同分子量、不同停留时间的UHMWPE拉伸流场加工体系,并与剪切流场加工体系进行对比,探讨了拉伸流场下UHMWPE聚集态结构演变规律,主要研究工作和实验结果如下。(1)探讨不同分子量初生UHMWPE粉末的聚集态结构特性,摸索共焦拉曼光谱测试UHMWPE聚集态结构的最优条件。结果表明,初生UHMWPE粉末聚集态微纳结构中的微纤维部分的结晶性能高于其非微纤维部分;在-120～120℃温度区间,初生UHMWPE粉末聚集态结构相对稳定,但当温度超过140℃时,初生UHMWPE粉末大颗粒中的小颗粒出现溶胀并开始吞噬微纤维结构。(2)以分子量为300万的UHMWPE为研究对象,分别研究其在拉伸流场和剪切流场作用下的构效关系。结果表明,在200℃加工条件下,在剪切流场作用下,UHMWPE的分子量降低40.3%,而在拉伸流场作用下,其分子量仅下降5%。这说明,相对于剪切流场,拉伸流场能够有效减少UHMWPE加工过程中的分子链断裂程度,降低UHMWPE的热氧化降解。实验结果还表明,在拉伸流场作用下,基于拉伸流场作用的UHMWPE样品具有显著的取向作用,但UHMWPE的结晶度却明显低于剪切流场下作用下的样品。(3)分别研究了不同分子量UHMWPE在拉伸流场作用下,不同停留时间对分子运动及结晶行为的影响。结果表明,在拉伸流场作用下,虽然UHMWPE的分子量大小对其熔融塑化效果的影响不大,但随着UHMWPE分子量的增加,UHMWPE分子量的保持率显著减小,分子链的活动能力增加,结晶度增大;随着停留时间增加,UHMWPE样品熔融缺陷逐渐减少。这可能是因为,在拉伸流场作用下,UHMWPE分子链的相互扩散能力增大,分子间融合程度提高,材料的残余应力降低。
【图文】：

变温拉曼光谱可用于研宄材料在不同温度下的拉曼光谱变化规律，阐明逡逑ＵＨＭＷＰＥ初生粉未在熔融转变过程中结构变化的规律，为ＵＨＭＷＰＥ的加工工艺、逡逑配方设计和应用领域的确定提供理论指导。图１－８是ＵＨＭＷＰＥ初生粉末的变温拉曼逡逑光谱图。逡逑（ａ）邋｜逦似。⑴。￣￣Ｉ１２９５逦测（ｂ）逦Ｉ逡逑Ｉ邋＿＿逡逑翌＿￡＿，丨N．？邋．邋＇邋／ｆｊ、－．，邋邋、－Ｊ逦—￣￣７逦￣１２￣逡逑１０００逦１１００逦１３００逦１４００逦１５００逦２６００逦２７００逦２８００逦２９００邋ｉ邋３０００逦３１００逡逑Ｒａｍａｎ邋ｓｈｉｆｔ邋（ｃｍ－１）逦Ｒａｍａｎ邋ｓｈｉｆｔ邋（ｃｍ＇１）逡逑图１－８邋ＵＨＭＷＰＥ初生粉末的变温拉曼光谱逡逑Ｆｉｇ．邋１－８邋Ｖａｒｉａｂｌｅ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋Ｒａｍａｎ邋Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ邋ｏｆ邋ＵＨＭＷＰＥ邋Ｐｒｉｍａｒｙ邋Ｐｏｗｄｅｒｓ逡逑从图１－８可以看出，在变温热台上进行升温和降温处理，－１２０邋°Ｃ至１２０邋°Ｃ之间逡逑样品的峰强几近无变化，也就是说ＵＨＭＷＰＥ初生粉末在－１２０邋°Ｃ至１２０邋°Ｃ之间的聚集逡逑态结构是相对稳定的，由于ＵＨＭＷＰＥ制品在此温度范围内的聚集态结构几乎不产生逡逑变化，间接说明了在此温度范围内，温度对ＵＨＭＷＰＥ制品性能影响不大，说明逡逑ＵＨＭＷＰＥ制品在－１２０°Ｃ至１２０°Ｃ之间可以稳定使用，既印证了ＵＨＭＷＰＥ在低温下的逡逑良好稳定性

Ｆｉｇ．邋１－９邋Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ邋Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ邋ｏｆ邋ＵＨＭＷＰＥ邋Ｎａｓｃｅｎｔ邋Ｐｏｗｄｅｒｓ逡逑１．３．５动态流变对ＵＨＭＷＰＥ初生粉末的流变行为研究逡逑图１－１０是不同温度下的ＵＨＭＷＰＥ样品的储能模量（Ｇ’）和耗散因子（ｔａｎＳ）。从逡逑图１－１０可以看出，当体系的温度低于１４０Ｔ：时，随着温度的升高，样品的Ｇ’快速下降；逡逑但当体系的温度在１４０？１８ＣＴＣ范围内，随着温度的升高，体系的Ｇ’呈缓慢增大趋势；逡逑而但温度超过１８０°Ｃ时，体系的Ｇ＇随着温度升高又呈下降趋势。这是由于ＵＨＭＷＰＥ逡逑初生粉未在成型过程中没有足够的松弛时间［６２］，当对ＵＨＭＷＰＥ初生粉未施加温度逡逑时，在低温（＜１００邋°Ｃ）成型过程，Ｇ’几乎不变；而当温度从１００邋°Ｃ升温到１４０°Ｃ逡逑（ＵＨＭＷＰＥ高弹态转化温度）时，ＵＨＭＷＰＥ初生粉未由玻璃态向高弹态转化，在逡逑此过程中，ＵＨＭＷＰＥ分子链段间的缠结产生松动，出现应力松弛，进而储能模量降逡逑低；当温度从１４０°Ｃ升至１８０°Ｃ时
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.37;TQ325.12

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本文编号：2607146