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预保留shish晶体的超高分子量聚乙烯薄膜热拉伸中结构演变的研究

预保留shish晶体的超高分子量聚乙烯薄膜热拉伸中结构演变的研究

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作者：邓宝宁波大学

学位级别：硕士

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)薄膜制品的高强度、高模量等优异性能通常与制品中独特的shish晶体结构相关,这种由伸直链组成的高度取向晶体结构能拥有更高的力学性能。但这种特殊的晶体结构通常只有在较强的拉伸、剪切等流动场中才能形成。U... 详细信息

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)薄膜制品的高强度、高模量等优异性能通常与制品中独特的shish晶体结构相关,这种由伸直链组成的高度取向晶体结构能拥有更高的力学性能。但这种特殊的晶体结构通常只有在较强的拉伸、剪切等流动场中才能形成。UHMWPE薄膜在热拉伸过程中就有shish-kebab晶体形成,同样具有高取向性和优异的力学性能。因此shish晶体无论是在UHMWPE薄膜的结构演变过程还是为获得更高性能薄膜都具有重要意义。本文采用精准控温的模压成膜,熔融UHMWPE树脂中的普通片晶,将shish晶体保留在薄膜中。利用差示扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对晶体的熔融行为和形貌进行表征,通过小角X射线散射(SAXS)/超小角X射线散射(USAXS)/广角X射线衍射(WAXD)对热拉伸过程中的结构演变进行原位跟踪研究,最终形成了预保留shish晶体对UHMWPE薄膜热拉伸过程中的结构演变的影响机理。本文主要内容包括:1、首先通过溶液结晶的方法证实了UHMWPE树脂中的纤维状结构是shish晶体,然后利用普通片晶和shish晶体之间熔点的差异性将树脂中的shish晶体保留到薄膜中,最后对UHMWPE薄膜进行晶体结构和形貌分析时发现薄膜在140.3℃出现shish晶体的熔融峰和在SEM图中观察到shish-kebab晶体形貌。2、选择含有shish晶体的UHMWPE薄膜和普通UHMWPE薄膜在热拉伸实验中对比时发现,预保留的shish晶体能够优先为kebab的附生结晶提供更多的成核点形成shish-kebab晶体,加速shish-kebab晶体的形成;而且在kebab向shish晶体的不断转化的过程中能够诱导形成更多更长的shish晶体,从而使最终薄膜的力学性能显著提高。3、拉伸温度对含shish晶体的UHMWPE薄膜结构演变有非常重要的影响。在原位SAXS/WAXD实验中发现,在100℃、110℃和120℃的拉伸温度下普通片晶会经历破碎重结晶形成kebab晶体再进一步转变成shish晶体,而在130℃中普通片晶会发生熔融重结晶形成更大尺寸的kebab晶体,在向shish晶体转变的过程中仍有部分kebab晶体未发生转变。

关键词：超高分子量聚乙烯薄膜 Shish晶体热拉伸结构演变

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