HDPE/UHMWPE/HA复合材料的制备和性能研究

论文摘要

采用熔融共混方法制备了高密度聚乙烯／超高分子量聚乙烯（HDPE/UHMWPE）共混物、HDPE/UHMWPE/羥基磷灰石（HA）复合材料。对力学性能、热稳定性、流变性能等进行了测试,同时采用DSC研究了结晶性能及非等温结晶动力学,SEM观察微观结构,研究结果表明：在HDPE/UHMWPE（M为200、350、600、900万）共混物中,以600万UHMWPE改性效果最佳。UHMWPE的加入,提高了共混物的拉伸强度、弹性模量和热变形温度；表观粘度随剪切速率的增大而减小,并且随UHMWPE含量的增加,共混物的表观粘度对剪切速率越来越敏感；熔体流动速率（MFR）急剧下降。以HDPE/UHMWPE（90/10）制备HDPE/UHMWPE/HA复合材料。随HA含量的增多,该复合材料的拉伸和弯曲性能呈现先上升后下降的趋势,冲击强度明显降低,MFR值减小,热稳定性能提高。在该体系中分别加入界面改性剂EPDM-g-MAH、 HDPE-g-MAH、POE-g-MAH,以含有EPDM-g-MAH的体系综合性能最佳,冲击强度有较大幅度的提高,弯曲强度和拉伸强度分别在其含量为4phr和2phr时出现峰值,SEM观察显示减少了HA的团聚现象,但与HDPE-g-MAH相比,随EPDM-g-MAH含量的增加MFR值减小。分散剂的加入使HDPE/UHMWPE/HA/EPDM-g-MAH复合材料的力学性能、MFR值、热稳定性均有所提高,并且在含量为0.6phr时达到最大值,且INT-40DHT对复合材料的改性效果最明显。采用DSC研究了非等温结晶动力学,莫志深方程研究表明,在HDPE/UHMWPE共混体系,随着UHMWPE分子量的增加,共混体系的结晶速率下降,结晶活化能增加；分别含有EPDM-g-MAH、HDPE-g-MAH、POE-g-MAH的复合体系,加入POE-g-MAH的结晶速率最快,结晶活化能最低;含有EPDM-g-MAH的复合体系结晶速率最慢,结晶活化能最高。采用Jeziorny和Kissinger方法分析了HDPE/UHMWPE/HA、HDPE/UHMWPE/HA/EPDM-g-MAH、HDPE/UHMWPE/HA/EPDM-g-MAH/分散剂复合体系,结果表明界面改性剂和分散剂的加入均使材料的结品速率加快,结晶活化能降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.2 聚乙烯的性能及应用
• 1.3 生物材料
• 1.3.1 生物材料的定义
• 1.3.2 生物材料的分类
• 1.4 羟基磷灰石（Hydroxyapatite,HA）
• 1.4.1 HA的概述
• 1.4.2 HA的结构
• 1.4.3 HA复合材料的应用现状
• 1.5 HA/PE复合材料
• 1.6 HA在PE基体中的分散问题
• 1.6.1 HA的团聚机理
• 1.6.2 HA与有机物复合的分散性问题
• 1.6.3 解决方法
• 1.7 复合体系的相容性
• 1.7.1 多相复合体系相容性的评判标准
• 1.7.2 界面改性剂的分类
• 1.8 聚合物结晶研究方法和表征方法
• 1.8.1 聚合物结晶动力学研究方法
• 1.8.2 结晶结构的表征方法
• 1.9 本课题研究目的及主要意义
• 1.10 本课题研究的主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验用仪器设备
• 2.3 实验材料的制备
• 2.3.1 制备HDPE/UHMWPE共混物
• 2.3.2 制备HDPE/UHMWPE/HA共混物
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 力学性能测试
• 2.4.2 流变性能测试
• 2.4.3 硬度测试
• 2.4.4 热变形测试
• 2.4.5 DSC性能测试
• 2.4.6 红外光谱分析（FTIR）
• 2.4.7 形态结构分析
• 2.4.8 热重分析（TGA）
• 3 结果与讨论
• 3.1 不同分子量UHMWPE对HDPE/UHMWPE共混物性能的影响
• 3.1.1 分子量对HDPE/UHMWPE共混物力学性能影响
• 3.1.2 分子量对HDPE/UHMWPE共混物熔体流动速率的影响
• 3.1.3 分子量对HDPE/UHMWPE共混物流变性能的影响
• 3.1.4 分子量对HDPE/UHMWPE共混物硬度和热变形温度的影响
• 3.2 UHMWPE含量对HDPE/UHMWPE共混物性能的影响
• 3.2.1 UHMWPE含量对HDPE/UHMWPE共混物力学性能的影响
• 3.2.2 UHMWPE含量对HDPE/UHMWPE共混物熔体流动速率的影响
• 3.2.3 UHMWPE含量对HDPE/UHMWPE共混物热性能的影响
• 3.3 HA含量对HDPE/UHMWPE/HA复合材料性能影响
• 3.3.1 HA含量对HDPE/UHMWPE/HA复合材料力学性能的影响
• 3.3.2 HA含量对HDPE/UHMWPE/HA复合材料熔体流动速率的影响
• 3.3.3 HA含量对HDPE/UHMWPE/HA复合材料热稳定性的影响
• 3.3.4 HA含量对HDPE/UHMWPE/HA复合材料微观结构的影响
• 3.4 界面改性剂对HDPE/UHMWPE/HA复合材料性能的影响
• 3.4.1 FTIR谱图分析
• 3.4.2 力学性能
• 3.4.3 熔体流动速率
• 3.4.4 热性能
• 3.4.5 微观结构
• 3.5 分散剂对HDPE/UHMWPE/HA/EPDM-g-MAH复合材料性能的影响
• 3.5.1 分散剂对复合材料力学性能影响
• 3.5.2 分散剂对HDPE/UHMWPE/HA复合材料熔体流动速率的影响
• 3.5.3 分散剂对HDPE/UHMWPE/HA复合材料热性能的影响
• 3.6 非等温结晶动力学
• 3.6.1 不同分子量UHMWPE对HDPE/UHMWPE共混物结晶动力学影响
• 3.6.2 界而改性剂对HDPE/UHMWPE/HA复合体系的结晶动力学影响
• 3.6.3 界面改性剂、分散剂对HDPE/UHMWPE/HA结晶动力学影响
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 8 致谢