注塑超高分子量聚乙烯的耐热改性研究
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种分子量极高的热塑性材料，具有高耐磨性、耐腐蚀性、耐低温性、抗冲击性以及优异的生物相容性、不吸水性、自润滑性等特性，采用注塑成型制备的UHMWPE制品在纺织工业、包装食品机械、化工机械、医疗等领域应用广泛，但UHMWPE的黏度高，成型加工困难，耐热性差，限制了在高温环境的应用，所以对UHMWPE耐热改性是目前的研究重点之一。前人研究UHMWPE耐热改性大部分基于模压、挤出成型，而注塑UHMWPE相比模压、挤出成型,其制品、成型原理、加工特性、熔体作用方式都有明显差异，在注塑过程中，UHMWPE物料以“喷射流”颗粒从喷嘴射入模具，然后模具内的熔融颗粒之间相互融合，从而得到致密、光滑的制品，由于其独特的“喷射流”现象，对其耐热改性时，不同的物料体系对“喷射流”粒子的粘弹性、微观形态产生影响，进一步影响制品的性能。本课题基于注塑成型分别采用交联剂、无机填料、有机聚合物对UHMWPE进行耐热改性，提高UHMWPE耐热性的同时，保持其耐磨性、韧性等优异的性能，扩大其应用范围。本文主要工作与结论如下: (1)研究了不同交联剂(DCP、双二五)及其含量对UHMWPE的凝胶率、耐热性、力学性能、耐磨性的影响，并结合SEM、偏光显微镜、DSC测试，观察其微观结构变化。结果发现，极微含量交联剂能够有效地提高耐热性、力学性能，其中DCP的改性效果更好，当DCP含量为0.01％时，UHMWPE的热变形温度达到最大为99.1℃,上升幅度为22.3％,并且耐磨性基本保持不变。 (2)研究了两种无机填料(二硫化钼(MoS2)、玻璃微珠)及其含量对UHMWPE的耐热性、力学性能、耐磨性的影响。结果发现，MoS2可以提高UHMWPE耐热性、力学性能，当MoS2为5％时，UHMWPE/MoS2复合材料热变形温度为97.9℃,上升幅度为20.8％,但其韧性降低，并且耐磨性也大幅下降。一定含量的玻璃微珠同样可以提高UHMWPE耐热性、力学性能，但相比MoS2改性效果较差。 (3)研究了PTFE对UHMWPE的耐热性、力学性能、耐磨性的影响。结果发现，PTFE可以大幅提高UHMWPE耐热性，当PTFE含量为15％时，UHMWPE/PTFE复合材料热变形温度达到最大为104℃,上升幅度为28.4％,但力学性能、耐磨性均有所下降。之后保持PTFE含量为15％,研究不同增容剂(马来酸酐接枝聚乙烯、钛酸酯偶联剂)对UHMWPE/PTFE复合材料力学性能、热性能的影响，结果发现，添加不同增容剂后，UHMWPE/PTFE复合材料的热性能、力学性能反而变差。 (4)选用上述研究结果中改性效果较好的填料(DCP、PTFE、MoS2),进一步研究并用改性对UHMWPE的热性能、力学性能的影响。结果发现,并用改性中PTFE/DCP对UHMWPE的改性效果相对较好，相比纯UHMWPE,其热性能、力学性能提高，但相比单独加填料，其热性能、力学性能变差。
超高分子量聚乙烯;注射成型;耐热改性;无机填料
北京化工大学
硕士
机械
何继敏;李志全
2023
中文
TQ325.12
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）