超高分子量聚乙烯微孔滤材成型研究
微孔材料是过滤与分离技术中十分关键的材料。作为一种聚乙烯类热塑性工程塑料，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有无可比拟的综合性能，诸如:耐低温性、耐磨性、抗冲击性、化学稳定性等。鉴于超高分子量聚乙烯的优异性能，利用其制备微孔材料用于过滤与分离过程一直是学界研究的目标。
目前制备UHMWPE微孔材料的方法主要有烧结法、颗粒填充法、核径迹法、熔融挤压拉伸法、TIPS法、TIPS-S法等，但上述方法均存在自身不足:烧结法成型周期长、效率低、孔径较大;TIPS及TIPS-S法制备的孔径很小，且制品多为膜材或片材，厚度很小;颗粒填充法成孔较为粗糙，且制备过程需要大量填充颗粒;熔融挤压拉伸法的产品厚度同样较小;核径迹法技术性强，操作复杂，制品厚度最大仅为几十微米，孔隙率低。综上，现有各种UHMWPE.微孔材料成型方法存在诸多不足，制品微观结构在成型过程中较难控制，因而限制了UHMWPE微孔材料的使用领域。
本文提出了无压烧结的方法，UHMWPE粉末颗粒堆积起来，控制适当的工艺条件，使得颗粒接触面通过加热熔融相互粘接起来，同时又能使颗粒间隙得到保留，最终制成了UHMWPE多孔体。
本课题研究内容如下:
1、本文跨学科地将粉末冶金学中晶体面心立方结构的概念引入高分子微孔材料的加工中，将聚合物颗粒的堆砌状态模拟成面心立方结构，然后根据面心立方结构中的三球成孔原理得出孔径大小的计算公式，运用这种突破性的研究方法不仅能够预测出微孔制品的孔径大小，还能根据产品孔径指标利用公式指导加工工艺参数的选取，从而实现微观结构的可控性;
2、研究中根据材料DSC测试结果，选择适当的加热设备，摸索加工工艺参数，添加复合润滑剂，缩短成型时间，提高生产效率。本文对样品的性能进行了测试和分析，讨论加工工艺同样品各主要性能指标之间的规律。结果显示:UHMWPE分子量增大导致样品压缩强度相应增大;平均孔径和孔隙率均随超高分子量聚乙烯粒径的增大而增大，同时压缩强度和体密度随之减小;增加烧结时间、提高烧结温度，样品平均孔径及孔隙率减小、压缩强度增大;渗透性能方面的响应趋势同样品平均孔径一致;
3、本文还引入了分形维数的概念，建立孔结构规整度的微孔分形维数表征方法，实现对孔结构规整度的量化表征。同时得出聚合物粒径的减小、烧结温度和烧结时间的增加将导致制品微观结构规整度的降低。
超高分子量聚乙烯;微孔材料;烧结工艺;分形维数
北京化工大学
硕士
流体机械及工程
薛平
2012
中文
TQ325.12
93
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）