【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,現(xiàn)已應用于管道運輸、航空航天、生物醫(yī)學工程等領域。與其他熱塑性塑料不同,當加熱至熔點以上時,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備進行加工。偏心轉(zhuǎn)子擠出機作為一種新型聚合物成型加工裝備,實現(xiàn)了物料在塑化輸運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。研究偏心轉(zhuǎn)子擠出加工過程中UHMWPE的微觀結構與宏觀性能演變,為拉伸形變支配的UHMWPE塑化輸運工藝及制品的結構與性能調(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用的發(fā)展創(chuàng)新具有重要的科學意義和工程價值。本文利用偏心轉(zhuǎn)子擠出機對分子量為250萬的UHMWPE樹脂進行擠出加工。通過將經(jīng)過偏心轉(zhuǎn)子擠出機擠出預處理的UHMWPE模壓樣品(CM-UPE30)與未經(jīng)過預處理的模壓樣品(CM-UHMWPE)進行對比發(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,促進了粒子間分子鏈的相互擴散,減少了樣品中的熔融缺陷。以拉伸流變?yōu)橹鲗У钠霓D(zhuǎn)子擠出機還可以很好的保持UHMWPE的分子量。與CMUHMWPE相比,CM-UPE30的拉伸性能和耐磨性能提高,屈服強度從21 MPa增加至23 MPa,拉伸強度從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的結構與性能的影響。實驗結果表明,當轉(zhuǎn)速為10 rpm時,隨著加工溫度的升高,UHMWPE屈服強度和斷裂伸長率逐漸增高,但拉伸強度呈先上升后下降的趨勢,在加工溫度為180-200-220℃時達到最大值。當加工溫度為180-200-220℃時,隨著轉(zhuǎn)速的增加,UHMWPE在擠出機中的停留時間減小,停留時間與轉(zhuǎn)速呈反比例關系,UHMWPE的產(chǎn)量線性增加,熔體溫度也增加。當轉(zhuǎn)速從10 rpm升至35 rpm時,UHMWPE的屈服強度從22 MPa增加至24 MPa,拉伸強度從48 MPa提升至54 MPa,斷裂伸長率從662%增加至713%。當轉(zhuǎn)速升高時,拉伸流場對UHMWPE的作用力增大,有助于UHMWPE分子鏈的解纏結,提高了UHMWPE的結晶能力,結晶度升高,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�；谏鲜鰧嶒灲Y果,本文選用固定的加工工藝參數(shù),進一步研究了物料特性(分子量和加工助劑)對UHMWPE結構與性能的影響。實驗結果表明,UHMWPE的屈服強度和斷裂伸長率隨著分子量的升高而降低,拉伸強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,UHMWPE在偏心轉(zhuǎn)子擠出機中的熔融塑化效果好,分子量越高,物理纏結點越多,受力點越多,拉伸強度增強。當分子量高于一定值時,UHMWPE在擠出機中的熔融效果變差,熔融缺陷增多,拉伸強度下降。隨著轉(zhuǎn)速的升高,分子量對UHMWPE的拉伸強度的影響變小。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)子擠出機擠出后的GUR X205模壓樣品的拉伸性能整體提高,屈服強度從22 MPa增加至23 MPa,拉伸強度從37 MPa增加至41 MPa,斷裂伸長率從643%增加至747%。由于偏心轉(zhuǎn)子擠出機的熔融塑化效率高,UHMWPE在擠出機中的熱機械歷程較短,避免了由于加熱時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,在改善其加工性能的同時減少了樣品中的熔融缺陷,有助于UHMWPE機械性能的提高。與其他通用聚合物成型加工設備相比,偏心轉(zhuǎn)子擠出機可更加高質(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設備不發(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、退土機挖土機鏟斗的內(nèi)襯等。（4）UHMWPE 纖維不僅具有很高的比強度、比模量，還有優(yōu)異的耐拉伸性、耐化學腐蝕性及耐低溫性，可應用于海洋產(chǎn)業(yè)、安全防護、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1 UHMWPE 的加工特性UHMWPE 作為一種典型的半結晶聚合物，其形態(tài)結構模型如圖 1-2 所示[27]。子量使相鄰分子鏈間的作用力增大，形成物理纏結點，這使 UHMWPE 具有優(yōu)。但是極大的纏結密度也限制了分子鏈的運動能力，不利于UHMWPE的成型加
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ325.12

【參考文獻】

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1 沈賢婷;張煒;夏晉程;馮玲英;;超高分子量聚乙烯定伸應力測試[J];工程塑料應用;2014年11期

2 余黎明;張東明;;國內(nèi)外超高分子量聚乙烯發(fā)展現(xiàn)狀[J];新材料產(chǎn)業(yè);2012年08期

3 黃安平;朱博超;賈軍紀;李艷芹;;超高分子量聚乙烯的研發(fā)及應用[J];高分子通報;2012年04期

4 張學陽;王偉明;;超高分子量聚乙烯柱塞沖壓注射成型熔融段的研究[J];塑料;2011年05期

5 趙剛;趙莉;謝雄軍;;超高分子量聚乙烯纖維的技術與市場發(fā)展[J];纖維復合材料;2011年01期

6 張艷;;超高分子量聚乙烯纖維在防彈和防刺材料方面的應用[J];產(chǎn)業(yè)用紡織品;2010年10期

7 熊淑云;柳和生;黃興元;;柱塞式擠出機在超高分子量聚乙烯成型中的應用[J];工程塑料應用;2010年04期

8 鐘磊;梁基照;;熔融紡絲法研究LDPE的拉伸流變性能[J];合成樹脂及塑料;2010年02期

9 王德禧;;超高分子量聚乙烯擠出制品加工技術及進展[J];國外塑料;2008年02期

10 秦建華;王輝;楊光振;;超高分子量聚乙烯單螺桿擠出壓力形成理論[J];高分子材料科學與工程;2007年02期

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2 俞欣;超高分子量聚乙烯結晶行為及其結構性能關系的研究[D];華東理工大學;2016年

3 胡杰;偏心轉(zhuǎn)子擠出機中PE塑化擠出過程及特性研究[D];華南理工大學;2016年

4 林向坤;PP/POE復合體系體積脈動制備及其性能研究[D];華南理工大學;2016年

5 趙佳;超高分子量聚乙烯模壓成型研究[D];北京化工大學;2015年

6 朱桂新;納米云母改性聚丙烯復合材料的制備及性能研究[D];浙江理工大學;2013年

7 李維維;柱塞沖壓擠出過程固體熔融研究[D];北京化工大學;2008年

本文編號：2617091