發(fā)布時(shí)間：2020-04-06 22:13

【摘要】：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有高抗沖擊性、耐摩擦磨損、耐低溫性及良好的生物相容性等特點(diǎn),現(xiàn)已應(yīng)用于管道運(yùn)輸、航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。與其他熱塑性塑料不同,當(dāng)加熱至熔點(diǎn)以上時(shí),UHMWPE熔體呈現(xiàn)出橡膠狀的高彈態(tài),加工流動性極差,難以用傳統(tǒng)的聚合物成型加工設(shè)備進(jìn)行加工。偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)作為一種新型聚合物成型加工裝備,實(shí)現(xiàn)了物料在塑化輸運(yùn)過程中以剪切作用為主到由拉伸形變作用支配的重大轉(zhuǎn)變,具有正位移輸送、對物料自身特性的依賴性較小的特點(diǎn)。研究偏心轉(zhuǎn)子擠出加工過程中UHMWPE的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能演變,為拉伸形變支配的UHMWPE塑化輸運(yùn)工藝及制品的結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控提供依據(jù),對基于拉伸流變的具有極端流變行為的高分子成型加工理論和應(yīng)用的發(fā)展創(chuàng)新具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。本文利用偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)對分子量為250萬的UHMWPE樹脂進(jìn)行擠出加工。通過將經(jīng)過偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)擠出預(yù)處理的UHMWPE模壓樣品(CM-UPE30)與未經(jīng)過預(yù)處理的模壓樣品(CM-UHMWPE)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),在拉伸流場作用下UHMWPE分子鏈沿拉伸方向取向解纏結(jié),促進(jìn)了粒子間分子鏈的相互擴(kuò)散,減少了樣品中的熔融缺陷。以拉伸流變?yōu)橹鲗?dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)還可以很好的保持UHMWPE的分子量。與CMUHMWPE相比,CM-UPE30的拉伸性能和耐磨性能提高,屈服強(qiáng)度從21 MPa增加至23 MPa,拉伸強(qiáng)度從36 MPa增加至46 MPa,斷裂伸長率從610%增加至690%,Taber磨耗量從1.73 mg/1000r降低至0.99 mg/1000r。本文研究了加工溫度和轉(zhuǎn)速對UHMWPE的結(jié)構(gòu)與性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)轉(zhuǎn)速為10 rpm時(shí),隨著加工溫度的升高,UHMWPE屈服強(qiáng)度和斷裂伸長率逐漸增高,但拉伸強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢,在加工溫度為180-200-220℃時(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)加工溫度為180-200-220℃時(shí),隨著轉(zhuǎn)速的增加,UHMWPE在擠出機(jī)中的停留時(shí)間減小,停留時(shí)間與轉(zhuǎn)速呈反比例關(guān)系,UHMWPE的產(chǎn)量線性增加,熔體溫度也增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速從10 rpm升至35 rpm時(shí),UHMWPE的屈服強(qiáng)度從22 MPa增加至24 MPa,拉伸強(qiáng)度從48 MPa提升至54 MPa,斷裂伸長率從662%增加至713%。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí),拉伸流場對UHMWPE的作用力增大,有助于UHMWPE分子鏈的解纏結(jié),提高了UHMWPE的結(jié)晶能力,結(jié)晶度升高,晶粒尺寸變大,樣品中的熔融缺陷也減少。在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)加工過程中,即使高溫、高轉(zhuǎn)速的條件下也能很好的保持UHMWPE的分子量�；谏鲜鰧�(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文選用固定的加工工藝參數(shù),進(jìn)一步研究了物料特性(分子量和加工助劑)對UHMWPE結(jié)構(gòu)與性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,UHMWPE的屈服強(qiáng)度和斷裂伸長率隨著分子量的升高而降低,拉伸強(qiáng)度隨著分子量的升高呈先上升后下降的趨勢。在分子量較低時(shí),UHMWPE在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的熔融塑化效果好,分子量越高,物理纏結(jié)點(diǎn)越多,受力點(diǎn)越多,拉伸強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)分子量高于一定值時(shí),UHMWPE在擠出機(jī)中的熔融效果變差,熔融缺陷增多,拉伸強(qiáng)度下降。隨著轉(zhuǎn)速的升高,分子量對UHMWPE的拉伸強(qiáng)度的影響變小。GUR X205為分子量為450萬的改性UHMWPE。偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)所產(chǎn)生的體積拉伸形變對GUR X205具備高效的分散混合效果。與直接模壓樣品相比,經(jīng)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)擠出后的GUR X205模壓樣品的拉伸性能整體提高,屈服強(qiáng)度從22 MPa增加至23 MPa,拉伸強(qiáng)度從37 MPa增加至41 MPa,斷裂伸長率從643%增加至747%。由于偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的熔融塑化效率高,UHMWPE在擠出機(jī)中的熱機(jī)械歷程較短,避免了由于加熱時(shí)間長而引起的熱降解,有利于其優(yōu)異性能的保持。此外在拉伸流場作用下,UHMWPE分子鏈可沿拉伸方向解纏結(jié),在改善其加工性能的同時(shí)減少了樣品中的熔融缺陷,有助于UHMWPE機(jī)械性能的提高。與其他通用聚合物成型加工設(shè)備相比,偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)可更加高質(zhì)高效的加工純UHMWPE。
【圖文】：

Table 1-1 Typical average physical properties of HDPE and UHMWPE性能 HDPE UHM106g/mol） 0.05～0.25 3.5～（℃） 130～137 132～量（GPa） 0.4～4.0 0.5～度（MPa） 26～33 21～度（MPa） 22～31 39～長率（%） 10～1200 350～度（J/m） 21～214 >1070（未度（%） 60～80 39～高的沖擊性能和耐低溫性。圖 1-1 為 UHMWPE 與其他幾種高如圖所示，UHWMPE 的沖擊強(qiáng)度為聚碳酸酯（PC）的 3 倍 5 倍。UHMWPE 在-70℃的溫度下仍具有較高的抗沖擊性能6℃）還能保持一定的韌性。

粉狀材料的料斗、料倉、滑槽的襯里。自潤滑性可使上述粉料對儲運(yùn)設(shè)備不發(fā)象，，保證輸送的穩(wěn)定性。另外 UHMWPE 還可以用于制作犁具外襯板、退土機(jī)挖土機(jī)鏟斗的內(nèi)襯等。（4）UHMWPE 纖維不僅具有很高的比強(qiáng)度、比模量，還有優(yōu)異的耐拉伸性、耐化學(xué)腐蝕性及耐低溫性，可應(yīng)用于海洋產(chǎn)業(yè)、安全防護(hù)、體育用品、航空域[22-26]。常見的 UHMWPE 纖維制品有防彈衣、防彈頭盔、纜繩、救撈繩、深網(wǎng)箱等。UHMWPE 的加工技術(shù)1 UHMWPE 的加工特性UHMWPE 作為一種典型的半結(jié)晶聚合物，其形態(tài)結(jié)構(gòu)模型如圖 1-2 所示[27]。子量使相鄰分子鏈間的作用力增大，形成物理纏結(jié)點(diǎn)，這使 UHMWPE 具有優(yōu)。但是極大的纏結(jié)密度也限制了分子鏈的運(yùn)動能力，不利于UHMWPE的成型加
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ325.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2617091