超高分子量聚乙烯的加工性能改进和结构与性能的研究

论文摘要

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有摩擦系数小、磨耗低、耐冲击、耐化学药品性、耐应力开裂性、抗冻性、抗结垢性和卫生无毒等优良性能，在许多领域有广泛的应用前景，但由于极高的熔体粘度和极低的临界剪切速率使其成型加工困难，限制了它的实际推广应用，在尽可能不损害UHMWPE优良性能的前提下改进其加工性的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文在采用适量PP与UHMWPE共混改性的基础上，通过加入少量的PEG及PEG／硅藻土(PPA1)、PEG／玻璃微珠(PPA2)复合加工助剂，达到了使UHMWPE／PP共混物的加工流变性获得明显改善的效果，共混物优良的力学性能基本不受损害或受损较小，在一定条件下的摩擦磨损性能得到提高。对PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP共混物降粘的影响及其降粘机理，以及添加了PEG及其复合加工助剂的UHMWPE／PP共混物的形态结构、力学性能和摩擦磨损性进行了较为系统和深入的研究，获得了许多有价值的数据和结果。在普通注塑机上实现了UHMWPE／PP共混物的注塑成型，研究了UHMWPE／PP共混物结构和性能与加工成型条件的关系。这些工作丰富和发展了UHMWPE改性和加工的技术、方法及理论，对UHMWPE的加工和实际应用具有一定指导意义。主要研究结果包括： 1．将PEG及PEG／硅藻土(PPA1)、PEG／玻璃微珠(PPA2)复合物用于UHMWPE加工性的改进，达到了明显改善UHMWPE／PP共混物加工流变性的效果。少量PEG及其复合加工助剂的加入，使UHMWPE／PP共混物的熔体表观粘度显著降低，在单螺杆挤出过程中，口模压力大幅降低，挤出物外观明显改善，同时共混物优良的力学性能基本不受损害或受损较小，而一定条件下的摩擦磨损性能得到提高。 2．研究了PEG及其复合助剂对UHMWPE／PP共混物熔体粘度的影响规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 超高分子量聚乙烯的性能和用途。
• 1.1.2 超高分子量聚乙烯加工研究进展
• 1.1.2.1 UHMWPE加工成型研究进展
• 1.1.2.2 超高分子量聚乙烯流动改性研究进展
• 1.1.2.3 超声振动场在UHMWPE加工中的应用
• 1.2 本文的目的、意义
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料
• 2.2 样品制备
• 2.2.1 复合助剂的制备
• 2.2.2 UHMWPE／PP／PPA共混物试样制备
• 2.2.2.1 物料共混方法
• 2.2.2.2 材料成型
• 2.3 分析与表征
• 2.3.1 流变性能
• 2.3.1.1 高压毛细管流变性能分析
• 2.3.1.2 单螺杆挤出流变性能分析
• 2.3.2 力学性能
• 2.3.3 摩擦磨损性能
• 2.3.4 红外分析
• 2.3.5 DSC热分析
• 2.3.6 扫描电镜观察
• 2.3.7 扫描电镜能量色散法（EDS）元素分析
• 2.3.8 X射线光电子能谱分析
• 2.3.9 广角X射线衍射分析
• 2.3.10 动态力学分析
• 2.3.11 正电子寿命谱测试
• 2.3.12 光学显微镜观察
• 第三章 PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP共混物流变性能的影响
• 3.1 含不同种类PP的UHMWPE／PP共混物的流变性能
• 3.2 UHMWPE／PPA的流变性能
• 3.3 UHMWPE／PP／PPA的流变性能
• 3.3.1 PEG对UHMWPE／PP流变性能的影响
• 3.3.2 PEG／无机填料复合助剂对UHMWPE／PP流变性能的影响
• 3.3.2.1 PEG／无机填料复合加工助剂对UHMWPE／PP的降粘作用
• 3.3.2.2 无机粒子的含量和粒径对复合助剂降粘效果的影响
• 3.3.2.3 PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP挤出加工性的改善
• 3.3.2.4 PEG及其复合加工助剂与其它聚烯烃加工助剂的比较
• 3.4 不同温度下UHMWPE／PP／PPA的流变性能
• 3.5 PPA对不同UHMWPE／PP共混物流变性能的影响
• 3.6 PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP的降粘机理
• 3.6.1 口模壁面润滑
• 3.6.1.1 PEG向挤出口模迁移的驱动因素
• 3.6.1.2 经粘附有PEG口模的单螺杆挤出实验
• 3.6.1.3 含PEG和PPA2的UHMWPE／PP（80／20）挤出物表面XPS分析
• 3.6.2 熔体内解缠结和微相润滑作用
• 3.6.2.1 PEG及其复合助剂在挤出物内部的存在
• 3.6.2.2 瞬态毛细管挤出流变实验
• 3.6.2.3 PEG及其复合助剂的解缠结作用
• 3.7 本章小结
• 第四章 PEG及其复合加工助剂对UHMWPE及UHMWPE／PP共混物力学性能和结构的影响
• 4.1 UHMWPE／PEG的应力松弛和应力-应变行为
• 4.2 PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP力学性能的影响
• 4.3 PEG及其复合助剂对UHMWPE／PP（80／20）动态力学性能的影响
• 4.4 UHMWPE／PEG和UHMWPE／PP／PEG的正电子湮灭研究
• 4.5 PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP（80／20）耐热性的影响
• 4.6 PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP（80／20）结晶性能的影响
• 4.7 共混物液氮淬断面SEM观察
• 4.8 本章小结
• 第五章 UHMWPE／PP／加工助剂共混物的摩擦磨损性能研究
• 5.1 低滑动速度下（200R／MIN,30KG,30MIN）,PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP共混物摩擦磨损性能的影响
• 5.2 高滑动速度下（400R／MIN,10KG,30MIN）,PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PP共混物摩擦磨损性能的影响
• 5.3 低滑动速度下,PEG及其复合加工助剂对UHMWPE／PEG共混物摩擦磨损性能的影响与时间的关系
• 5.4 UHMWPE／PP／PPA共混物的磨损表面分析
• 5.4.1 低速条件（200r／min,30kg,30min）下共混物的磨损表面的扫描电镜分析
• 5.4.2 高速条件（400r／min,10kg,30min）下共混物的磨损表面的扫描电镜分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 超高分子量聚乙烯／聚丙烯共混物的注射成型加工及加工参数对其结构的影响
• 6.1 UHMWPE／PP共混物注射成型
• 6.1.1 注射成型工艺条件
• 6.1.2 UHMWPE／PP共混物力学样条的注射成型
• 6.2 UHMWPE／PP熔体的充模流动研究
• 6.3 加工条件对UHMWPE／PP注射样条力学性能的影响
• 6.3.1 注射压力
• 6.3.2 温度
• 6.3.3 注射速度
• 6.4 退火处理对UHMWPE／PP注射样条力学性能的影响
• 6.5 UHMWPE／PP注射成型样条与模压成型样条力学性能的比较
• 6.6 UHMWPE／PP样条的微观形态和结构分析
• 6.6.1 断面形貌观察
• 6.6.2 皮芯结构组成的分析
• 6.7 注塑成型UHMWPE／PP共混物的氧化降解研究
• 6.7.1 注射成型的UHMWPE／PP共混物的氧化指数
• 6.7.2 注射成型的UHMWPE／PP共混物的热性能
• 6.8 UHMWPE／PP共混物注射样条的力学性能与PP种类和含量的关系
• 6.9 UHMWPE／PP共混物注射样条的摩擦磨损性能与PP种类和含量的关系
• 6.10 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢