【摘要】：高分子材料因技術(shù)的進步而向著高性能化的方向發(fā)展,其中超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)以其優(yōu)異的綜合性能備受人們青睞,且其在紡織、管材、生物醫(yī)學、國防、化工、體育等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而,對開發(fā)和制備高性能UHMWPE材料的研究相對較少,且目前的研究中對UHMWPE的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)演變機理及其與性能的關(guān)系的認識尚未完全清楚。本文選用不同的UHMWPE粉末原料,研究了多種不同聚合方法制備的、不同分子量的初生態(tài)UHMWPE粉末原料的形貌、孔洞結(jié)構(gòu)、熱性能、初始晶體結(jié)構(gòu)以及變溫下的結(jié)構(gòu)變化;探究不同的熱壓條件(溫度、壓力、時間)對UHMWPE熱壓薄片的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及致密度和平整度的影響;通過不同的測試方法和表征手段,分析了聚合條件、分子量、溫度及拉伸倍數(shù)對各超倍熱拉伸UHMWPE薄膜力學性能、熱性能、結(jié)晶性能及結(jié)構(gòu)和鏈纏結(jié)的影響。初生態(tài)UHMWPE的熱穩(wěn)定性很好,其熔融焓、結(jié)晶焓以及結(jié)晶度隨分子量的增大而減小。UHMWPE熔體的結(jié)晶溫度隨等溫時間的延長而略有下降。在高于UHMWPE平衡熔點熔融時,初生態(tài)UHMWPE平行無貫穿的伸直鏈結(jié)構(gòu)絕大部分被完好地保留下來了。初生態(tài)UHMWPE粉料結(jié)構(gòu)中包含直徑在數(shù)十微米以內(nèi)的次級粒子,微粒之間有一定的間隙,并且有纖維狀的結(jié)構(gòu)相連,次級微粒內(nèi)部還具有更細的結(jié)構(gòu),基本形成了尺寸不同的多級孔洞結(jié)構(gòu)。在拉伸倍數(shù)為10時,UHMWPE熱拉伸薄膜的拉伸強度和楊氏模量隨著分子量的增大而增大;不同聚合條件制備的初生態(tài)UHMWPE粒子的粒徑、分子鏈纏結(jié)程度和結(jié)晶程度不同,對模壓成型制備的UHMWPE薄片有較大的影響,熱拉伸UHMWPE薄膜的力學性能相差較大。分子量越高,熔融溫度、結(jié)晶溫度、熔融焓、結(jié)晶焓以及結(jié)晶度越低,可能是因為分子量越大,分子鏈纏結(jié)越多,其排列規(guī)整度越低。兩個熱拉伸溫度下,所選UHMWPE薄膜的拉伸強度均隨拉伸倍數(shù)的增大而增大。在較低拉伸倍數(shù)(5×和10×)下,UHMWPE熱拉伸薄膜的拉伸強度相差不大,拉伸到高倍(50×和100×)后,各樣品的拉伸強度相差越來越大。隨著熱拉伸倍數(shù)的增大以及時間的延長,kebab晶體的橫向尺寸快速減小,shish-kebab結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒗w(不完美的shish)結(jié)構(gòu)。最后,所有shish-kebab結(jié)構(gòu)都轉(zhuǎn)變成微纖結(jié)構(gòu)。隨著在較高溫度下拉伸倍數(shù)的增大,少量的shish-kebab晶體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒗w,同時一部分已有的微纖轉(zhuǎn)化為伸直鏈晶體(完美的shish)。最后,熱拉伸薄膜結(jié)構(gòu)中僅含有微纖和伸直鏈晶體。
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ325.12
【圖文】：

UHMWPE的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖

超高分子量聚乙烯的應(yīng)用Fig.1-2Applicationofultra-highmolecularweightpolyethylene

高聚物分子鏈纏結(jié)示意圖

【參考文獻】

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本文編號：2801966