【摘要】：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是典型的半晶聚合物,由于其獨特的化學結構,使其具有特殊功能和用途,如耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑、吸收沖擊能等特殊性能。因此,UHMWPE大量應用于國防軍工、航天航空、化工、運動器材、紡織、石油天然氣輸送等領域。本文主要通過分子動力學模擬,研究了半晶UHMWPE在拉伸過程中結構的演變。在此基礎上,進一步研究了半晶UHMWPE微孔結構在熱處理過程中的結構演變。本文主要開展了以下工作:(1)采用粗�；肿觿恿W模擬半晶UHMWPE在拉伸中結構的演變,討論了溫度、拉伸速率和馳豫時間對應力應變的影響,通過微觀結構演變圖、取向度、數(shù)密度、徑向分布函數(shù)等方法觀察拉伸過程中結構的變化;最后,通過能量演變圖分析拉伸過程中的主要驅動力。研究結果表明:半晶UHMWPE拉伸的應力應變曲線是一個典型的拉伸行為,即由彈性階段、屈服階段、應變軟化和應變硬化過程組成。隨著拉伸溫度的升高,楊氏模量、屈服應力逐漸減小;隨著拉伸速率降低,楊氏模量、屈服應力也表現(xiàn)出明顯的降低;馳豫時間對應力應變行為沒有太大的影響。在彈性變形階段,半晶UHMWPE中非晶區(qū)域的分子鏈發(fā)生取向,使得取向度增加,纏結度下降,徑向分布函數(shù)峰值升高,由于沒有明顯的微孔形成,Z軸數(shù)密度沒有太大變化;在屈服階段,半晶UHMWPE的片晶開始發(fā)生滑移,取向度沒有明顯的變化,纏結度、徑向分布函數(shù)有一定程度的增加,由于微孔開始形成,可以觀察Z軸數(shù)密度有些區(qū)域開始下降;在應變軟化階段,半晶UHMWPE的片晶開始破碎,使取向度、纏結度有一定程度的降低,徑向分布函數(shù)的長程有序度降低,同時,微孔開始逐漸變大,從Z軸數(shù)密度可以觀察到數(shù)密度降低區(qū)域開始變大;在應變硬化階段,UHMWPE分子鏈開始再次取向,取向度增加,纏結度下降,徑向分布函數(shù)峰值升高、峰數(shù)量增多,此時,微孔繼續(xù)生長成大的孔洞,從Z軸數(shù)密度可以觀察到數(shù)密度降低區(qū)域繼續(xù)擴大。最后,從能量角度可以看出,在應變軟化階段之前,非鍵作用能是發(fā)生UHMWPE結構變化的主要驅動力,而在應變硬化階段,鍵能是拉伸過程結構變化的主要驅動力。(2)為了研究熱處理方法對UHMWPE微孔結構的影響,我們通過V-T方式測定了初始結構的熔化溫度,并基于該溫度對UHMWPE微孔結構進行了熱處理。熱處理的方法有等溫、降溫、升溫三種。等溫處理時,從Z軸數(shù)密度值變化可以得知,有些微孔會發(fā)生愈合,有些微孔會逐漸生長成更大的孔洞;從徑向分布函數(shù)演變圖可以推測,在300K、350K下等溫處理時,UHMWPE結構變化主要是由于低溫處理使體系發(fā)生緩慢的重結晶,在400K等溫處理時,UHMWPE結構變化主要是高溫使體系熔融態(tài)靠近造成粒子的無序運動;降溫處理時,從Z軸數(shù)密度可以看出,UHMWPE微孔會發(fā)生愈合,有些微孔則變?yōu)榇蟮目锥?從徑向分布函數(shù)變化趨勢可以推測,降溫過程UHMWPE微孔結構變化主要是重結晶造成的。升溫處理時,我們同樣可以從Z軸數(shù)密度得知,升溫處理會使微孔愈合,也同樣會有微孔生長成大的孔洞;從徑向分布函數(shù)圖可以知道,在升溫過程,UHMWPE結構的變化主要原因可歸結于體系向熔融態(tài)靠近以及粒子無序運動。最后,從能量角度分析,等溫過程,鍵合作用能和非鍵作用能度沒有太大變化,由此推測是孔洞表面能起主要作用;降溫過程,非鍵能起主要作用,而對于升溫方式,快速升溫是動能和勢能起主要作用,對于緩慢的升溫過程,推測是孔洞表面能起主要作用。
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分子動力學模擬超高分子量聚乙烯第 1 章 緒論1.1 聚乙烯聚乙烯 (PE) 是目前最常用的熱塑性聚合物之一，被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領域[1]。圖 1.1 為 PE 的化學結構式。聚乙烯是由 C、H 原子組成的長鏈聚合物[2]，具有質量密度低、耐磨、耐有機溶劑、電絕緣、抗疲勞等特性。

聚乙烯聚乙烯 (PE) 是目前最常用的熱塑性聚合物之一，被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、工 1.1 為 PE 的化學結構式。聚乙烯是由 C、H 原子組成的長鏈聚合物[2]，低、耐磨、耐有機溶劑、電絕緣、抗疲勞等特性。圖 1.1 A 為乙烯的化學結構式；B 為聚乙烯的化學結構式Fig 1.1 A is the structure of ethylene; B is the structure of polyethylene市場上按照密度將聚乙烯分成高密度聚乙烯 (HDPE)、中密度聚乙烯 (M低密度聚乙烯 (LLDPE) 和低密度聚乙烯 (LDPE)[3]，不同密度聚乙烯的模如圖 1.2 所示。
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O632.12

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

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相關博士學位論文 前1條

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本文編號：2702205