【摘要】：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有耐磨、抗沖擊、耐腐蝕、自潤滑等良好性能,在國防、醫(yī)療、長距離輸運管道等領域有著極大的應用前景。本文以共焦拉曼光譜為主要研究手段,構建了不同工藝、不同分子量、不同停留時間的UHMWPE拉伸流場加工體系,并與剪切流場加工體系進行對比,探討了拉伸流場下UHMWPE聚集態(tài)結構演變規(guī)律,主要研究工作和實驗結果如下。(1)探討不同分子量初生UHMWPE粉末的聚集態(tài)結構特性,摸索共焦拉曼光譜測試UHMWPE聚集態(tài)結構的最優(yōu)條件。結果表明,初生UHMWPE粉末聚集態(tài)微納結構中的微纖維部分的結晶性能高于其非微纖維部分;在-120～120℃溫度區(qū)間,初生UHMWPE粉末聚集態(tài)結構相對穩(wěn)定,但當溫度超過140℃時,初生UHMWPE粉末大顆粒中的小顆粒出現(xiàn)溶脹并開始吞噬微纖維結構。(2)以分子量為300萬的UHMWPE為研究對象,分別研究其在拉伸流場和剪切流場作用下的構效關系。結果表明,在200℃加工條件下,在剪切流場作用下,UHMWPE的分子量降低40.3%,而在拉伸流場作用下,其分子量僅下降5%。這說明,相對于剪切流場,拉伸流場能夠有效減少UHMWPE加工過程中的分子鏈斷裂程度,降低UHMWPE的熱氧化降解。實驗結果還表明,在拉伸流場作用下,基于拉伸流場作用的UHMWPE樣品具有顯著的取向作用,但UHMWPE的結晶度卻明顯低于剪切流場下作用下的樣品。(3)分別研究了不同分子量UHMWPE在拉伸流場作用下,不同停留時間對分子運動及結晶行為的影響。結果表明,在拉伸流場作用下,雖然UHMWPE的分子量大小對其熔融塑化效果的影響不大,但隨著UHMWPE分子量的增加,UHMWPE分子量的保持率顯著減小,分子鏈的活動能力增加,結晶度增大;隨著停留時間增加,UHMWPE樣品熔融缺陷逐漸減少。這可能是因為,在拉伸流場作用下,UHMWPE分子鏈的相互擴散能力增大,分子間融合程度提高,材料的殘余應力降低。
【圖文】：

變溫拉曼光譜可用于研宄材料在不同溫度下的拉曼光譜變化規(guī)律，闡明逡逑ＵＨＭＷＰＥ初生粉未在熔融轉(zhuǎn)變過程中結構變化的規(guī)律，為ＵＨＭＷＰＥ的加工工藝、逡逑配方設計和應用領域的確定提供理論指導。圖１－８是ＵＨＭＷＰＥ初生粉末的變溫拉曼逡逑光譜圖。逡逑（ａ）邋｜邐似。⑴。￣￣Ｉ１２９５邐測（ｂ）邐Ｉ逡逑Ｉ邋＿＿逡逑翌＿￡＿，丨N．？邋．邋＇邋／ｆｊ、－．，邋邋、－Ｊ邐—￣￣７邐￣１２￣逡逑１０００邐１１００邐１３００邐１４００邐１５００邐２６００邐２７００邐２８００邐２９００邋ｉ邋３０００邐３１００逡逑Ｒａｍａｎ邋ｓｈｉｆｔ邋（ｃｍ－１）邐Ｒａｍａｎ邋ｓｈｉｆｔ邋（ｃｍ＇１）逡逑圖１－８邋ＵＨＭＷＰＥ初生粉末的變溫拉曼光譜逡逑Ｆｉｇ．邋１－８邋Ｖａｒｉａｂｌｅ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋Ｒａｍａｎ邋Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ邋ｏｆ邋ＵＨＭＷＰＥ邋Ｐｒｉｍａｒｙ邋Ｐｏｗｄｅｒｓ逡逑從圖１－８可以看出，在變溫熱臺上進行升溫和降溫處理，－１２０邋°Ｃ至１２０邋°Ｃ之間逡逑樣品的峰強幾近無變化，也就是說ＵＨＭＷＰＥ初生粉末在－１２０邋°Ｃ至１２０邋°Ｃ之間的聚集逡逑態(tài)結構是相對穩(wěn)定的，由于ＵＨＭＷＰＥ制品在此溫度范圍內(nèi)的聚集態(tài)結構幾乎不產(chǎn)生逡逑變化，間接說明了在此溫度范圍內(nèi)，溫度對ＵＨＭＷＰＥ制品性能影響不大，說明逡逑ＵＨＭＷＰＥ制品在－１２０°Ｃ至１２０°Ｃ之間可以穩(wěn)定使用，既印證了ＵＨＭＷＰＥ在低溫下的逡逑良好穩(wěn)定性

Ｆｉｇ．邋１－９邋Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ邋Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ邋ｏｆ邋ＵＨＭＷＰＥ邋Ｎａｓｃｅｎｔ邋Ｐｏｗｄｅｒｓ逡逑１．３．５動態(tài)流變對ＵＨＭＷＰＥ初生粉末的流變行為研究逡逑圖１－１０是不同溫度下的ＵＨＭＷＰＥ樣品的儲能模量（Ｇ’）和耗散因子（ｔａｎＳ）。從逡逑圖１－１０可以看出，當體系的溫度低于１４０Ｔ：時，隨著溫度的升高，樣品的Ｇ’快速下降；逡逑但當體系的溫度在１４０？１８ＣＴＣ范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，體系的Ｇ’呈緩慢增大趨勢；逡逑而但溫度超過１８０°Ｃ時，體系的Ｇ＇隨著溫度升高又呈下降趨勢。這是由于ＵＨＭＷＰＥ逡逑初生粉未在成型過程中沒有足夠的松弛時間［６２］，當對ＵＨＭＷＰＥ初生粉未施加溫度逡逑時，在低溫（＜１００邋°Ｃ）成型過程，Ｇ’幾乎不變；而當溫度從１００邋°Ｃ升溫到１４０°Ｃ逡逑（ＵＨＭＷＰＥ高彈態(tài)轉(zhuǎn)化溫度）時，ＵＨＭＷＰＥ初生粉未由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)化，在逡逑此過程中，ＵＨＭＷＰＥ分子鏈段間的纏結產(chǎn)生松動，出現(xiàn)應力松弛，進而儲能模量降逡逑低；當溫度從１４０°Ｃ升至１８０°Ｃ時
【學位授予單位】：福建師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O657.37;TQ325.12

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本文編號：2607146