本文關(guān)鍵詞：超高分子量聚乙烯結(jié)晶行為及其結(jié)構(gòu)性能關(guān)系的研究

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【摘要】：對于半結(jié)晶聚合物超高分子量聚乙烯(UHMWPE)來說,晶體的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)決定了材料的性能和用途,而晶體微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)是可以通過結(jié)晶過程進(jìn)行調(diào)控的,同時分子量也是影響UHMWPE結(jié)晶行為的一個重要因素。所以,揭示分子量對UHMWPE結(jié)晶行為的影響,同時建立起材料性能與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、鏈結(jié)構(gòu)等多層次結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系對于UHMWPE的高性能化具有重要的指導(dǎo)意義。本文首先采用Avrami方程和Caze法分別對不同分子量的UHMWPE的等溫和非等溫結(jié)晶行為及其動力學(xué)進(jìn)行了研究。研究表明,隨著UHMWPE分子量的不斷增加,結(jié)晶峰值溫度(Tc)和t1/2隨著UHMWPE分子量的增大呈現(xiàn)上升的趨勢。同時,利用Caze法對不同結(jié)晶度范圍內(nèi)的UHMWPE非等溫結(jié)晶行為進(jìn)行分段擬合,結(jié)果表明,隨著結(jié)晶度(Xc)的不斷增加,n值從3左右(Xc=0～30%)逐步降低至0.5(Xc=60～80%),表明隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行,晶體生長逐步受限�？疾炝朔肿恿繉HMWPE力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,隨著分子量的增加,沖擊強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢,斷裂伸長率逐漸降低,拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度變化不大。其次研究了兩種分子量相近的UHMWPE(分別是上海聯(lián)樂化工科技有限公司的SLL-5和德國Ticona公司的GUR 4150)的力學(xué)性能和耐磨性能,結(jié)果表明,兩者在拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、屈服模量以及耐磨性能上差異不大,但GUR 4150的簡支梁沖擊強(qiáng)度是SLL-5的3.3倍之多。為了揭示宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系,我們通過差示掃描量熱儀(DSC)、流變儀和拉曼光譜(Raman)對UHMWPE的分子量分布、片晶厚度和中間相含量進(jìn)行了分析。DSC結(jié)果表明,GUR 4150分子量分布較寬,導(dǎo)致片晶尺寸分布加寬,進(jìn)而提高了沖擊性能。流變研究表明,GUR 4150的平衡儲能模量(G0’)要比SLL-5小近一個數(shù)量級,表明GUR 4150纏結(jié)度較小,進(jìn)而促進(jìn)了粒子間的相互融合,減小界面缺陷,并且導(dǎo)致在結(jié)晶過程形成的片晶厚度和晶粒尺寸較小,形成更多的晶界,從而阻礙了材料的形變,提高了沖擊性能。Raman結(jié)果表明,GUR 4150中間相含量和中間相中的縛結(jié)分子含量明顯大于SLL-5,極大提高了沖擊性能。最后,研究了模壓條件和添加成核劑對改善SLL-5沖擊性能的影響。不同模壓條件的研究表明,隨著模壓溫度的不斷增大,SLL-5沖擊強(qiáng)度先減小后增大；隨著壓力的增加,SLL-5沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢；較大的冷卻速率有利于SLL-5沖擊強(qiáng)度的提高。這說明通過優(yōu)化模壓條件可以達(dá)到改善UHMWPE沖擊性能的效果。添加0.2%wt的聚乙烯成核劑HPN-20E后,SLL-5的結(jié)晶溫度僅提高了1℃,并且SLL-5的沖擊性能并未提高,反而下降了近20%,這說明添加成核劑無助于UHMWPE沖擊性能的改善。
【關(guān)鍵詞】：超高分子量聚乙烯 分子量 結(jié)晶行為 結(jié)構(gòu)性能
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O632.12
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 超高分子量聚乙烯概述11-12
• 1.2 UHMWPE加工工藝研究進(jìn)展12-16
• 1.2.1 模壓成型12-13
• 1.2.2 柱塞式擠出成型13
• 1.2.3 螺桿擠出成型13-14
• 1.2.4 雙螺桿擠出14
• 1.2.5 注塑成型14-15
• 1.2.6 凝膠紡絲15-16
• 1.3 UHMWPE流動改性研究進(jìn)展16-19
• 1.3.1 高流動性樹脂改性16-17
• 1.3.2 流動改性劑17-18
• 1.3.3 填料改性18-19
• 1.4 模壓工藝條件對UHMWPE性能的影響19-20
• 1.5 UHMWPE結(jié)晶行為及其力學(xué)性能的研究20-25
• 1.5.1 分子量對UHMWPE結(jié)晶行為的影響21
• 1.5.2 UHMWPE結(jié)晶動力學(xué)的研究21-23
• 1.5.3 成核劑HPN-20E對聚乙烯結(jié)晶行為的影響23-24
• 1.5.4 分子量對UHMWPE力學(xué)性能的影響24-25
• 1.6 課題背景、研究內(nèi)容25-26
• 1.6.1 課題背景25
• 1.6.2 研究內(nèi)容25-26
• 1.7 本文創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 第2章 分子量對UHMWPE結(jié)晶性能和力學(xué)性能的影響27-44
• 2.1 前言27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分27-30
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料27
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器27-28
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法28-30
• 2.3 結(jié)晶理論30-31
• 2.4 結(jié)果與討論31-40
• 2.4.1 不同分子量的UHMWPE的等溫結(jié)晶行為及其動力學(xué)31-34
• 2.4.2 不同分子量的UHMWPE的非等溫結(jié)晶行為及其動力學(xué)34-39
• 2.4.3 Caze法分段擬合39-40
• 2.5 不同分子量的UHMWPE的力學(xué)性能40-43
• 2.6 本章小結(jié)43-44
• 第3章 UHMWPE結(jié)構(gòu)性能關(guān)系研究44-62
• 3.1 前言44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分44-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料44
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器44-45
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法45-46
• 3.3 結(jié)果與討論46-52
• 3.3.1 力學(xué)性能及耐磨性能46-47
• 3.3.2 密度表征47-48
• 3.3.3 紅外表征48-49
• 3.3.4 初生態(tài)粒子形貌49-50
• 3.3.5 初生態(tài)粒子熔融行為50-51
• 3.3.6 初生態(tài)粒子晶體結(jié)構(gòu)研究51-52
• 3.4 結(jié)構(gòu)性能關(guān)系研究52-61
• 3.4.1 沖擊斷面形貌52-53
• 3.4.2 流變53-54
• 3.4.3 沖擊樣條DSC熔融行為54-56
• 3.4.4 沖擊樣條晶體結(jié)構(gòu)及晶型研究56-58
• 3.4.5 拉曼光譜-三相結(jié)構(gòu)研究58-60
• 3.4.6 模壓過程UHMWPE結(jié)構(gòu)變化示意圖60-61
• 3.5 本章小結(jié)61-62
• 第4章 模壓條件及添加成核劑對UHMWPE沖擊性能的影響62-72
• 4.1 前言62
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分62-64
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料62
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器62-63
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)方法63-64
• 4.3 結(jié)果與討論64-70
• 4.3.1 模壓溫度對SLL-5沖擊性能的影響64-66
• 4.3.2 模壓壓力對SLL-5沖擊性能的影響66-67
• 4.3.3 冷卻速率對SLL-5沖擊性能的影響67-68
• 4.3.4 HPN-20E對SLL-5結(jié)晶行為的影響68-69
• 4.3.5 HPN-20E對SLL-5沖擊性能的影響69-70
• 4.4 本章小結(jié)70-72
• 第5章 全文總結(jié)72-74
• 參考文獻(xiàn)74-82
• 致謝82-83
• 碩士期間發(fā)表的論文及參加的科研項(xiàng)目83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：605623