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超高分子量聚乙烯的固态挤出成型研究

毛旭琳

   虽然超高分子量聚乙烯是热塑性塑料,但因为其极高的相对分子质量,在熔融时表现出来的特性和一般热塑性塑料截然不同,这给成型加工带来了很大困难。固态挤出成型加工方法是在聚合物熔融温度以下进行的新型的加工方法。用固态挤出的方法加工超高分子量聚乙烯可以避免因其特殊的熔体性质带来的困难,成型的制品还有固态挤出成型加工强度高、外观透明、出模膨胀小的优点。国内固态挤出领域研究较少,关于超高分子量聚乙烯的固态挤出成型研究更是一项空白。 针对这一情况,本文结合超高分子量聚乙烯的特性,研究了固态挤出成型的挤出工艺、制品性能及增强机理。利用自行研制的小型柱塞式挤出机和轴向拉伸口模来实现固态挤出。挤出的工艺过程为:首先利用封闭口模熔融成型坯料,然后将坯料加热至挤出温度后高压下通过拉伸口模得到挤出制品。实验得到的制品光滑透明,与常规挤出的制品相比,拉伸强度大大提高:在120℃下,口模拉伸比为6.3的条件下得到的制品拉伸强度可达110 MPa以上,较常规挤出制品提高了2.7~4.5倍,弹性模量超过85 GPa,比常规挤出制品提高了40多倍。力学性能的大大增强是值得关注的。样品SEM照片分析表面,制品内部形成了大量的微纤结构,这是造成拉伸强度提高的原因。DSC和WAXD分析还表明,制品的熔点较固态挤出前的坯料有所升高,熔融焓和结晶度也有所提高。推测这是由于坯料固态挤出前的加热保温过程完善了晶体结构和坯料在口模中拉伸引起大分子链取向诱发了分子结晶引起的。 本文还就固态挤出的两个工艺参数挤出温度和口模拉伸比进行了研究。研究表明,挤出温度和口模拉伸比对挤出过程的压力波动都有着影响,挤出温度降低和口模拉伸比增大均有利于减少压力波动带来的影响。另外,挤出温度的提高有利于制品结晶度的提高,但同时挤出温度的提高也带来分子链柔顺性的提高,这使得熔融焓随温度的变化曲线呈现先增后降的趋势。口模拉伸比对制品热性能的影响较复杂,熔点和熔融焓最高点的出现不在同一个口模拉伸比值上,推测这与固态挤出复杂的形变过程有关。拉伸初期,在拉伸应力的作用下,晶粒尺寸下降,透明度提高,随着拉伸倍数的增加,制品结晶度和熔融焓迅速增加,随着拉伸进入高倍阶段,制品结晶度及熔融焓基本不再发生变化。 本课题的研究表明超高分子量聚乙烯可以进行固态挤出,是一种有潜力的新型聚合物成型加工方式,丰富与发展了聚合物固态挤出领域。……   
[关键词]:固态挤出;超高分子量聚乙烯;形态控制;取向结构;拉伸比
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京化工大学2008年