收藏本站
《华南理工大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超高分子量聚乙烯的流变行为及其在材料加工中的应用

王小俊  
【摘要】:聚合物的流变性质决定了其加工性能,研究UHMWPE的流变行为,对制备性能优良的UHMWPE材料具有指导意义。本文系统的研究了UHMWPE的稀溶液、浓溶液及本体的在全浓度范围内的流变行为,得到UHMWPE长链分子缠结形态、粘度与剪切速率、温度、聚合物浓度等之间的关系,探讨适用于常规双螺杆挤出机的UHMWPE加工条件,并在此基础上制备了具有生物活性的UHMWPE/OCP(磷酸八钙)复合材料。同时本文提出利用亚稳性现象加工UHMWPE的新方法,并研究其加工工艺,实现在低温低压下加工制得高性能UHMWPE制品,为解决UHMWPE加工困难问题开辟了新的思路。 本文采用粘度法表征了UHMWPE液体石蜡稀溶液中临界缠结浓度与聚合度之间的关系,得到方程式。UHMWPE液体石蜡溶液凝胶中,UHMWPE分子链为单链多晶形态,随着溶液凝胶浓度的降低,凝胶中UHMWPE片晶晶粒更细小。UHMWPE液体石蜡凝胶凝胶点温度随着浓度的升高而升高,凝胶点温度Cc rNC cr? N1/2 =94Tg el与凝胶质量浓度C m之间的关系式为:Tg el = 0.32C m+ 110.4(0.8%≤≤8%) ;(10%≤≤40%);CmTg el = 31.9 Cm+ 115.1C mTg el = 24.5 Cm+ 113.2( Cm≥45%)。 UHMWPE液体石蜡凝胶是假塑性凝胶,在165℃时充分熔融,凝胶中UHMWPE分子链形成熔融充分的呈高斯分布的线团,具有较高的弹性模量和较低的损耗模量。温度在165℃时以上,剪切速率-粘度曲线在低剪切速率区域出现一个平台,然后随剪切速率的增加而下降,且温度高的凝胶的粘度平台区更宽。液体石蜡的溶胀作用可以有效地减小UHMWPE的粘度,不同浓度下的UHMWPE液体石蜡凝胶的粘度与剪切频率之间为幂律方程关系。凝胶粘度对温度及对浓度的敏感性均比其对剪切速率的敏感性更为显著。 UHMWPE本体的粘度-剪切速率关系符合幂律方程,可以用方程式η= kγα来描述。UHMWPE分子量在250万-600万之间时,分子量对UHMWPE的流变行为影响不大,但分子量高的UHMWPE比分子量低的UHMWPE的粘度随剪切频率的增加而下降的幅度要大,其流变行为对温度更为敏感。当温度升高至185℃时,UHMWPE分子链内部的结晶消失,相互贯穿的分子链到达网络缠结点密度的最高点,分子形态呈无规线团状。当温度升高到225℃以上时,分子链间缠绕与解缠绕达到动态平衡,粘度基本不再变化。粘均分子量为3.5×106g/mol的UHMWPE柱塞挤出过程中,在154℃-157℃的“温度窗口”中,出现亚稳性现象,表现为挤出压力出现突降并稳定下来,挤出棒材表面光滑,不出现熔体破裂现象。实现了低温低压下柱塞挤出成型加工UHMWPE,使得不需改进设备,采用传统的柱塞挤出机挤出成型UHMWPE成为现实,且显著降低了生产中所需能耗。 控制螺杆转速40N/min;温度165℃,可在常规双螺杆挤出机上实现50%的UHMWPE液体石蜡凝胶的顺利挤出。通过UHMWPE和OCP纤维在双螺杆挤出机上溶胀共混挤出制备的UHMWPE/OCP复合材料在OCP纤维质量分数为25%时具有较为优异的力学性能,该复合材料在仿生条件下可诱发表面类骨磷灰石层的生成。UHMWPE经丙烯酸改性后,表面含有大量活性基团,可用于原位化学合成UHMWPE/CaCO3复合材料。原位化学合成法制备的UHMWPE/CaCO3复合材料比纯UHMWPE以及机械共混法制备的复合材料具有更佳的拉伸强度和耐热变形温度。用该法制得的CaCO3含量为9.5%的UHMWPE/CaCO3复合材料的拉伸强度可达到43.8MPa,耐热变形温度可高达106℃。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ325.12

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张海琛;基于拉伸流变的UHMWPE熔融挤出过程及其结构与性能研究[D];华南理工大学;2016年
2 梁雄;聚合物微塑件超声模压粉末成型方法及其塑化机理[D];哈尔滨工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 赵佳;超高分子量聚乙烯模压成型研究[D];北京化工大学;2015年
2 徐杰;UHMWPE超高分子量聚乙烯的链缠结初始研究[D];宁波大学;2015年
3 石文强;热致相分离法制备UHMWPE多孔膜及性能研究[D];广东工业大学;2014年
4 邹李华;用于螺杆泵的新型自润滑材料性能研究[D];安徽工业大学;2013年
5 王杰鹏;工程塑料在过氧化氢中的摩擦学性能研究[D];机械科学研究总院;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王佳;司小娟;陈建军;程丹丹;Jeong Cheol Kim;王依民;;扫描频率对UHMWPP/UHMWPE冻胶体系动态流变行为的影响[J];合成技术及应用;2008年02期
2 王秀红;卢晓英;姜法兴;杨晓斌;邓迟;翁杰;;生物陶瓷及其复合材料表面诱导类骨磷灰石层形成的研究[J];功能材料;2008年04期
3 刘海;周玉惠;胡晓方;孙艳斌;伍冬瑞;叶正涛;;凝胶纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维延伸性能的研究[J];胶体与聚合物;2008年01期
4 王英波;鲁雄;汪建新;屈树新;翁杰;;纤维状磷酸八钙单晶体的合成方法及形成机理[J];功能材料与器件学报;2007年05期
5 王珍萍;黄苏萍;周科朝;;原位矿化法制备羟基磷灰石/高密度聚乙烯复合材料[J];粉末冶金材料科学与工程;2006年06期
6 陈成泗;胡开波;陈建锋;徐柏权;王德禧;;大成高强聚乙烯纤维的产业化及其复合材料研究[J];化工新型材料;2006年S1期
7 成亮;钱春香;;生物矿化碳酸钙机理研究进展[J];硅酸盐通报;2006年06期
8 黄学祥;韩勇;严为群;王德禧;;UHMWPE的近熔点挤出技术及制品性能与应用[J];工程塑料应用;2006年11期
9 唐黎明;齐东超;邱义鹏;冯吉;;超支化聚(酯-酰胺)改善超高分子量聚乙烯的流动机理[J];清华大学学报(自然科学版);2006年06期
10 叶素娟;黄承亚;禹权;;超高分子量聚乙烯的成型工艺及改性研究进展[J];合成材料老化与应用;2006年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李晓颖;超高分子量聚乙烯的超声熔融挤出成型研究[D];中北大学;2006年
2 刘功德;超高分子量聚乙烯的加工与高性能化研究[D];四川大学;2003年
3 雷华;聚合物系反常扩散现象及扩散过程可视化研究[D];浙江大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 薛俊;填料改性超高分子量聚乙烯复合材料的研制及其摩擦学行为研究[D];机械科学研究院;2002年
2 蒋启柏;UHMW-PE复合材料的结构、性能与挤出过程的研究[D];北京化工大学;2000年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 余雯雯;石建高;宋伟华;;UHMWPE/SiO_2渔用纳米复合单丝的力学性能与动态力学行为研究[J];材料导报;2017年S1期
2 亚斯曼·胡西塔尔;王英波;晏玲;粟智;;脉冲电化学驱动壳聚糖原位调控制备羟基磷灰石/银复合涂层[J];高分子学报;2017年04期
3 郑晗;孙勇飞;王新威;张玉梅;吴向阳;;超倍热拉伸PE–UHMW干法纤维的结构与性能[J];工程塑料应用;2017年03期
4 张强;;超高分子量聚乙烯的基本性能以及改性方法[J];化工管理;2016年24期
5 强巴单增;刘晓兰;;多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料的制备[J];中国组织工程研究;2016年03期
6 费正彬;刘明学;黄婷;何辉;郑天;黄茂迪;;Deinococcus Radiodurans表面氨基修饰对钙锶生物矿化自组装的影响[J];人工晶体学报;2016年01期
7 郑峰;朱益萍;孙盈盈;宋剑斌;杨文斌;;偶联剂对稀土荧光竹塑复合材料发光性能和流变性能的影响[J];中国塑料;2015年12期
8 余忠;柳和生;黄益宾;章凯;李厅;;挤出流道在UHMWPE挤出过程中的优化分析[J];塑料;2015年06期
9 黄伟;王晓春;杨中开;郑艳超;赵国樑;;UHMWPE/聚烯烃共混物的性能及其熔融纺丝研究[J];合成纤维工业;2015年06期
10 郑峰;王艳姗;孙盈盈;苏佳祥;杨文斌;;不同粒径铝酸锶荧光粉对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响[J];塑料科技;2015年12期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 张海琛;基于拉伸流变的UHMWPE熔融挤出过程及其结构与性能研究[D];华南理工大学;2016年
2 任婕;泡沫镍/聚四氟乙烯机械密封复合材料及摩擦学行为研究[D];武汉理工大学;2012年
3 谢东;超高分子量聚乙烯的表面改性及其耐磨性能研究[D];西南交通大学;2011年
4 王小俊;超高分子量聚乙烯的流变行为及其在材料加工中的应用[D];华南理工大学;2010年
5 白时兵;POM/PEO晶/晶共混体系多尺度结晶结构的形成、调控及POM高性能化的研究[D];四川大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 吴倩;聚苯醚/超高分子量聚乙烯共混物制备、表征及性能研究[D];长春理工大学;2016年
2 陈雾;UHMWPE的分子模拟方法及其改性技术研究[D];机械科学研究总院;2015年
3 赵佳;超高分子量聚乙烯模压成型研究[D];北京化工大学;2015年
4 李宁;功能化改性UHMWPE的摩擦学行为[D];河南科技大学;2015年
5 吴贺贺;填料改性UHMWPE复合材料的机械性能研究[D];南京农业大学;2011年
6 何剑雄;纳米SiO_2/玻璃微珠改性UHMWPE复合材料空蚀特性研究[D];湖南科技大学;2011年
7 甘立慧;UHMWPE/CSW复合材料摩擦学性能研究[D];河南科技大学;2010年
8 李本海;金属摩擦副的机械疲劳与滚动摩擦和滑动摩擦复合损伤的初步研究[D];机械科学研究院;2003年
9 王苏娜;矿用阻燃、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料的研究[D];北京化工大学;2003年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴新锋;超高分子量聚乙烯耐磨性和导热性能的研究[D];上海交通大学;2013年
2 孙屹博;面向聚合物微流控器件的超声波精密联接技术研究[D];大连理工大学;2011年
3 张宗波;聚合物微流控芯片超声波键合机理与方法研究[D];大连理工大学;2010年
4 王小俊;超高分子量聚乙烯的流变行为及其在材料加工中的应用[D];华南理工大学;2010年
5 王栋;Zr基非晶合金超塑性微成形工艺研究[D];华中科技大学;2010年
6 卢振;微结构件的注射成形及其组织与性能[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 谢美菊;超高分子量聚乙烯的加工性能改进和结构与性能的研究[D];四川大学;2006年
8 何芳;三维编织超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维混杂复合材料性能研究[D];天津大学;2006年
9 李姜;聚合物共混物熔体在超声作用下的物理化学反应以及在注射过程中的结构演变[D];四川大学;2005年
10 陈英姿;超声作用对聚苯乙烯和聚丙烯以及聚丙烯共混填充体系结构与性能影响的研究[D];四川大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱杰;石墨烯填充超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能研究[D];江南大学;2014年
2 夏晋程;超高分子量聚乙烯的表征与性能研究[D];华东理工大学;2014年
3 戚晓芸;超高分子量聚乙烯单螺杆挤出过程研究[D];北京化工大学;2013年
4 吴术球;热处理及拉伸工艺对聚丙烯微孔膜结构和性能的影响[D];广东工业大学;2013年
5 黄崇文;聚合物共混体系相分离行为和反应增容研究[D];上海交通大学;2013年
6 钟翔;新型氧化稳定型高交联超高分子量聚乙烯研究[D];武汉工程大学;2012年
7 韩明;纳米氧化铝改性聚四氟乙烯的摩擦磨损性能研究[D];河南科技大学;2010年
8 吕晓雷;聚乙烯改性及其在缆索护套中的应用[D];江南大学;2009年
9 古娜;聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能研究[D];山东大学;2009年
10 冯云成;聚甲醛/CaCO_3晶须复合材料的摩擦磨损性能研究[D];西华大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈雾;UHMWPE的分子模拟方法及其改性技术研究[D];机械科学研究总院;2015年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵铭,郑启新,郭晓东,全大萍,郝杰,王运涛;可降解生物材料聚乳酸羟基乙酸仿生矿化的实验研究[J];中国生物医学工程学报;2005年02期
2 王成毓,赵敬哲,刘艳华,郭玉鹏,赵旭,邓艳辉,杨桦,王子忱;模拟生物矿化过程原位合成活性纳米碳酸钙[J];高等学校化学学报;2005年01期
3 周健松,阎逢元;铜及其氧化物填充UHMWPE力学、摩擦学性能研究[J];工程塑料应用;2004年08期
4 齐东超,唐黎明,方宇,付志伟,郭宝华,钱震宇;超支化聚(酯-酰胺)对超高摩尔质量聚乙烯的加工流动改性[J];塑料工业;2004年07期
5 许中义;超高分子量聚乙烯成型工艺及在化工领域中的应用[J];炼油与化工;2004年01期
6 刘榕芳,肖秀峰,林岚云,陈古镛;水热电沉积羟基磷灰石涂层的研究[J];高等学校化学学报;2004年02期
7 付志伟,唐黎明,郭宝华,刘德山;超支化聚(酯-酰胺)的合成与流变改性研究[J];高分子学报;2003年05期
8 刘功德,李惠林;聚丙烯对超高分子量聚乙烯加工流变性能的影响[J];高分子材料科学与工程;2003年04期
9 明艳,贾润礼;UHMWPE/PP的共混改性[J];塑料;2003年02期
10 刘法谦,李荣勋,陈桂兰,刘光烨;超高分子量聚乙烯流动改性进展[J];塑料;2002年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;UHMWPE实现注射模塑[J];橡塑技术与装备;2002年06期
2 刘广建,岳文贞,陈荣春;UHMWPE用于生物工程的摩擦磨损研究[J];工程塑料应用;2002年01期
3 安峰,李炳海,庞波,陈业军,王隆;UHMWPE改性PP共混物的力学性能[J];塑料;2003年06期
4 吕生华,王结良,何洋,梁国正,陈成泗;UHMWPE纤维高强度绳索的研究[J];工程塑料应用;2003年06期
5 庄兴民,张慧萍,晏雄;UHMWPE/PE复合材料的开发与性能研究[J];玻璃钢/复合材料;2004年01期
6 黄学祥;韩勇;严为群;王德禧;;UHMWPE的近熔点挤出技术及制品性能与应用[J];工程塑料应用;2006年11期
7 沈烈;;PREPARATION OF MICROPOROUS ULTRA HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE (UHMWPE) BY THERMALLY INDUCED PHASE SEPARATION OF A UHMWPE/LIQUID PARAFFIN MIXTURE[J];Chinese Journal of Polymer Science;2008年06期
8 张炜;麦永懿;唐颂超;吴向阳;张玉梅;洪尉;;UHMWPE/PP共混改性体系研究(Ⅰ)[J];塑料;2008年05期
9 张炜;洪尉;夏晋程;沈贤婷;吴向阳;麦永懿;;UHMWPE/PP/PP基无机填料母粒复合材料的制备及表征[J];工程塑料应用;2010年06期
10 ;宁波大成UHMWPE纤维产业化[J];精细化工原料及中间体;2012年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 董丽杰;陈涛;熊传溪;;填料填充UHMWPE的耐热降磨研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
2 王磊;闵明华;石建高;刘永利;陈晓蕾;乐国义;龚剑彬;;UHMWPE纤维研发与生产现状[A];中国海洋学会2013年学术年会第14分会场海洋装备与海洋开发保障技术发展研讨会论文集[C];2013年
3 Yang Wang;Ning-Ning Wu;Yu-Qin Mou;Liang Chen;Zhong-Liang Deng;;Inhibitory effects of recombinant IL-4 and recombinant IL-13 on UHMWPE-induced bone destruction in the murine air pouch model[A];中华医学会第五次中青年骨质疏松和骨矿盐疾病学术会议论文集[C];2013年
4 赵忠华;吴冬莉;薛平;何亚东;;UHMWPE微孔隔板结构的测试与分形模型研究[A];2002年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集[C];2002年
5 刘秧生;高万振;;UHMWPE材料制备技术及其摩擦学应用[A];第二届全国工业摩擦学大会暨第七届全国青年摩擦学学术会议会议论文集[C];2004年
6 沈艳秋;张德坤;王庆良;;UHMWPE/BHA复合材料的生物摩擦性能研究[A];2006全国摩擦学学术会议论文集(一)[C];2006年
7 ;Study on Resin Matrix in UHMWPE Fibers Protective Composites[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
8 姚仲梁;陈勇;李猛;姚嗣佳;严为群;王德禧;;分子量250万以上UHMWPE管材、板材的产业化开发[A];2008双(多)金属复合管/板材生产技术开发与应用学术研讨会文集[C];2008年
9 陈雾;金永亮;段海涛;顾卡丽;;UHMWPE温度-时间效应的分子动力学模拟[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年
10 于俊荣;胡祖明;刘兆峰;;UHMWPE/纳米SiO_2溶液的制备[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 陶炎;我掌握UHMWPE干法成套技术[N];中国化工报;2013年
2 记者 仇国贤 通讯员 黄安平;5000吨UHMWPE工艺包通过评审[N];中国化工报;2014年
3 主持人 梁枫;自主创新迫使洋货降价[N];中国纺织报;2011年
4 王永军;超高分子量聚乙烯开发成功[N];中国石化报;2012年
5 毕家立;超高分子量聚乙烯加工改性热点[N];中国化工报;2003年
6 ;超高分子量聚乙烯管材生产技术及装备[N];中国化工报;2003年
7 刘云;华锦超高分子量聚乙烯纤维项目市场前景巨大[N];盘锦日报;2008年
8 王永军;第三代高性能纤维树脂赶超国外[N];中国化工报;2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 熊磊;纳米填充与辐照交联UHMWPE的力学及摩擦学性能研究[D];南京理工大学;2011年
2 张海琛;基于拉伸流变的UHMWPE熔融挤出过程及其结构与性能研究[D];华南理工大学;2016年
3 王洪龙;超高分子量聚乙烯辐射效应与改性研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2017年
4 高乾宏;超高分子量聚乙烯纤维及织物的辐射接枝改性与功能化研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2016年
5 彭旭;大型闸门部件的复合UHMWPE滑动面研究及应用[D];华中科技大学;2015年
6 龚国芳;UHMWPE/Kaolin复合材料的摩擦磨损特性和机理研究[D];中国矿业大学(北京);2005年
7 秦襄培;基于数字化技术的UHMWPE材料摩擦学特性研究[D];机械科学研究总院;2006年
8 时晓梅;UHMWPE/HA梯度复合髋臼材料的制备及性能研究[D];大连理工大学;2013年
9 黄国栋;辐照及老化对超高分子量聚乙烯/氧化石墨烯复合材料力学和摩擦学性能的影响及其微观机理研究[D];江南大学;2017年
10 刘功德;超高分子量聚乙烯的加工与高性能化研究[D];四川大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张迪;超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料的成分组织与性能研究[D];长春理工大学;2010年
2 陈涛;UHMWPE耐热降磨改性研究[D];武汉理工大学;2005年
3 明艳;UHMWPE/PP的共混改性研究[D];华北工学院;2003年
4 侯文潭;UHMWPE塑烧板基板成型过程的数值模拟及其制备工艺研究[D];中南大学;2012年
5 刘阳;临床相关的微米级载阿仑膦酸钠超高分子量聚乙烯磨屑的研究[D];西南交通大学;2015年
6 刘红利;高强多孔UHMWPE纤维成型工艺与结构性能研究[D];郑州大学;2015年
7 顾静;UHMWPE纤维性能及其应用研究[D];苏州大学;2015年
8 韦越;隔离结构CB/PP/UHMWPE复合材料的电性能及外场响应性能研究[D];郑州大学;2015年
9 顾隽;UHMWPE纤维树脂复合材料的研究[D];上海交通大学;2011年
10 张高峰;人工膝关节材料界面间的生物摩擦学研究[D];中国矿业大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026