超倍热拉伸超高分子量聚乙烯的结构及性能研究

发布时间：2020-08-23 20:08

【摘要】：高分子材料因技术的进步而向着高性能化的方向发展,其中超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)以其优异的综合性能备受人们青睐,且其在纺织、管材、生物医学、国防、化工、体育等领域应用广泛。然而,对开发和制备高性能UHMWPE材料的研究相对较少,且目前的研究中对UHMWPE的结构、结构演变机理及其与性能的关系的认识尚未完全清楚。本文选用不同的UHMWPE粉末原料,研究了多种不同聚合方法制备的、不同分子量的初生态UHMWPE粉末原料的形貌、孔洞结构、热性能、初始晶体结构以及变温下的结构变化;探究不同的热压条件(温度、压力、时间)对UHMWPE热压薄片的形态、结构及致密度和平整度的影响;通过不同的测试方法和表征手段,分析了聚合条件、分子量、温度及拉伸倍数对各超倍热拉伸UHMWPE薄膜力学性能、热性能、结晶性能及结构和链缠结的影响。初生态UHMWPE的热稳定性很好,其熔融焓、结晶焓以及结晶度随分子量的增大而减小。UHMWPE熔体的结晶温度随等温时间的延长而略有下降。在高于UHMWPE平衡熔点熔融时,初生态UHMWPE平行无贯穿的伸直链结构绝大部分被完好地保留下来了。初生态UHMWPE粉料结构中包含直径在数十微米以内的次级粒子,微粒之间有一定的间隙,并且有纤维状的结构相连,次级微粒内部还具有更细的结构,基本形成了尺寸不同的多级孔洞结构。在拉伸倍数为10时,UHMWPE热拉伸薄膜的拉伸强度和杨氏模量随着分子量的增大而增大;不同聚合条件制备的初生态UHMWPE粒子的粒径、分子链缠结程度和结晶程度不同,对模压成型制备的UHMWPE薄片有较大的影响,热拉伸UHMWPE薄膜的力学性能相差较大。分子量越高,熔融温度、结晶温度、熔融焓、结晶焓以及结晶度越低,可能是因为分子量越大,分子链缠结越多,其排列规整度越低。两个热拉伸温度下,所选UHMWPE薄膜的拉伸强度均随拉伸倍数的增大而增大。在较低拉伸倍数(5×和10×)下,UHMWPE热拉伸薄膜的拉伸强度相差不大,拉伸到高倍(50×和100×)后,各样品的拉伸强度相差越来越大。随着热拉伸倍数的增大以及时间的延长,kebab晶体的横向尺寸快速减小,shish-kebab结构逐渐转变为微纤(不完美的shish)结构。最后,所有shish-kebab结构都转变成微纤结构。随着在较高温度下拉伸倍数的增大,少量的shish-kebab晶体逐渐转变为微纤,同时一部分已有的微纤转化为伸直链晶体(完美的shish)。最后,热拉伸薄膜结构中仅含有微纤和伸直链晶体。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.12
【图文】：

UHMWPE的聚集态结构示意图

超高分子量聚乙烯的应用Fig.1-2Applicationofultra-highmolecularweightpolyethylene

高聚物分子链缠结示意图

【参考文献】

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本文编号：2801966