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                超高分子量聚乙烯力学性能与可纺性研究

                信息来自:超高分子量聚乙烯www.eastpipe.net    发布日期:2013-2-7   浏览次数:105  

                  导读:     超高分子量聚乙烯是分子量大于150万的聚乙烯,具有优良的力学性能,利用超高分子量聚乙烯制备的纤维是世界三大高性能纤维之一,其比强度和比模▲量更是优于碳纤维以及芳纶々纤维。目前国内超高分子量聚乙烯纤维级原料的表征以及可纺性研究还未见报道。作为制备超高分子量聚乙烯纤维的原料,超高分子量聚乙烯粉料的性能研究至

                      超高分子量聚乙烯是分子量大于150万的聚乙烯,具有优良的力学性能,利用超高分子量聚乙烯制备的纤维是世界三大高性能纤维之一,其比强度和比模量更是优于碳纤维以及︻芳纶纤维。目前国内超高分子量聚乙烯纤维级原料的表征以及可纺性研究还未见报道。作为制备超高分子量聚乙烯纤维的原料,超高分子量聚乙烯粉料的性能研究至关重要,而目◥前这方面的研究较少,现主要对北京助剂二厂、上海联乐化工科技有限公司、德国♀泰科纳公司三种主要原料通过热压机、电子简支梁冲击试验机、表面密度测定仪、扫描电子显微镜与万能试验机进行对比研究。
                    各种拉伸弹性模量使用电子万能试验机按GB/T1040-2006测试;
                    简支梁缺口冲击强度按GB/T21461.2-2008测试;
                    SEM分析:将试样在液氮下脆断,经喷金后用SEM观察断面并拍照;
                    分子量按ASTM D4020-2005测试,毛细管◢内径0.53mm,溶剂为十氢萘;
                    表观密度按GB/T1636-2008测试。
                    经过试验可以看出,相对分子质量越大,冻胶丝条可承受的最大拉伸倍数就越大,所得到的成品纤维强度就越高;但过高分子量同样的溶胀、溶♂解工艺情况下会产生溶解不充分,从而导致可纺性差。
                超高分子量聚乙烯的分子量分布是影响材料可纺性的关键因素。生产性试验论证了分子量分布窄而』均匀的冻胶丝能被均匀地超级拉伸,而分子量分布宽的冻胶丝在一定的拉伸力作用下,分子量小的部分容易被拉断起毛,分子量高的部分因缠结而使链断没有完全拉伸,从而使纤维的强度变低。平均粒径较大的超高分子量聚乙烯粒子不利于溶剂从粒子表面往内部渗透,而粒径分布宽的原料溶胀程度不够充分,溶解后溶液中可能会有微观的团块状PE聚合体区域。在该微观区域中,PE浓度较高,分子间作用力较强,而在微观区域间PE浓度较低,没有形成一定的大分子缠结点浓度,则此溶液的黏度就会较低,从而影响材料的可纺性。
                   
                超高分子量聚乙烯是典型的正交晶系结构,在X衍设曲线2θ=21°和23°处存在表征PE长序列规整的特☉征结晶衍射峰,其对应的衍射晶面分别是(110)和(200)。在高分子物理中对于结晶聚合物PE提出了松散折叠链模型、隧道折叠链模型、插线板模型。这些模型显示,在多层片晶中,分子链应该可※以跨层折叠,即在一层晶片中折叠几个来回之后,转到另一层再去折叠,使片层之间存在联结链。在电镜下观察,发现晶片与晶片之∏间有许多伸直链束结构的联结链。由于超高分子量聚乙烯体系黏度大,按上述模型观点,球晶内微晶片间必定存在大量的联结链。
                    适度的缠结可以有效地增加分子链间的联系,使分子链不易发生相对滑移,从而使材料的冲击强度提高。
                    从材料可纺性层面讲,要尽可能的提高纤维强度和模量,就必须采用高分子量地
                超高分子量聚乙烯并且设法降低大分子之间的缠结点密度,以及使缠结点间大分子链的长度长。这样,减少非晶区大分子之间的缠结,能使纤维拉伸时非晶区中部分缠结分子被拉直靠拢而形成伸直链结晶。另外,缠结点间大分子链长度长,这样通过超拉伸,使大分子链沿轴向充分伸展,使其超分子结构向理想结构靠近。材料的缠结点密度大▓,能提高其冲击强度,但可纺性变差。
                结论
                1、 
                超高分子量聚乙烯的分子量分布是影响材料可纺性的管件因素,生产性试验证实了分子量※分布窄而均匀的冻胶丝能被均匀的超级拉伸。
                2、 SEM分析表明,平均粒径和粒径分布宽度也是影响材料可纺性的因素。平均粒径细和粒径分布宽度窄的粉末,有利于形成分子链解缠充分,分布均匀的溶液。
                3、 
                超高分子量聚乙烯的冲击强度不是单因素起决定作用的,与材料的结晶度、微晶尺寸、缠结点密度等多因素有关。从结晶度单一因素考量,结晶度越高◎,分子链排列越整齐,材料的刚性越好而韧性越差。材料的冲击性能与微晶尺寸有很大关系。在一定范围内,微晶越小,尺寸越@均匀,材料的冲击性能越好。适度的缠结可以有效的地增加分子链件的联系,是分子链不易发生相对滑移,从而使材料的冲击强度提高。材料的缠结点密度大,能提高其冲击强度,但可纺性变差。减少非晶区大分子之间的缠结,缠结点间大分子链的长度长,可提高纤维的强度和模量,使材料的可纺性增加。
                 




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