热致相分离法制备超高分子量聚乙烯微孔膜

以液体石蜡为稀释剂，用热致相分离方法（TIPS）制备了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）微孔膜。实验测定了UHMWPE／液体石蜡体系的相图，研究了冷却速率、UHMWPE初始浓度和分子量对膜结构及性能的影响，用扫描电子显微镜（SEM）及压汞法表征了微孔膜的微观结构及平均孔径和孔隙率，同时测试了膜的纯水通量。结果表明，UHMWPE／液体石蜡体系只存在由聚合物结晶导致的固-液相分离过程，UHMWPE初始浓度的增加或冷却速率的加快均可以导致膜平均孔径和水通量的减小；聚合物分子量影响着膜的结构与性能，聚合物分子量增加时，膜的孔径和水通量均逐渐减小。     

超高分子量聚乙烯微孔膜的亲水性改性研究

采用与聚乙二醇(PEG20000)共混的方法来改善UHMWPE微孔膜的亲水性,研究了改性剂含量对膜结构、亲水性能、渗透性能及力学性能的影响。结果表明:改性后UHMWPE微孔膜的孔结构有所增大;随着改性剂含量的增加,膜的亲水性大致呈上升趋势,但由于部分PEG20000会溶于蒸馏水,随着水洗时间的延长,改性剂发生流失,膜的亲水性发生衰减;相较于改性前,改性膜的水通量、蛋白质通量及纯水恢复量均显著上升,意味着膜具有很好的渗透性及抗蛋白质污染性;当PEG20000的质量分数为15%时,改性剂与UHMWPE的相容状态达到最佳结晶度显著增大,且聚合物分子链互相缠结起到物理交联作用,膜的力学强度可提高至15MPa左右。     

超高分子量聚乙烯的形态对高密度聚乙烯结晶行为的影响

通过熔融共混制备了高密度聚乙烯/超高分子量聚乙烯(HDPE/UHMWPE)共混物,采用高温熔融和再次剪切处理改变了UHMWPE在HDPE中的分散形态,并使用非等温结晶和连续自成核退火热分级(SSA)方法研究了UHMWPE的形态变化对HDPE的结晶行为的影响。扫描电子显微镜图片显示,经过高温熔融和再次剪切后UHMWPE的形态发生了极大的改变,由原生粒子转变为溶胀粒子,最后粒子破碎并以更小的相畴尺寸分散在HDPE中。结晶行为表明,原生粒子促进了HDPE的结晶,但结晶完善程度只有轻微的提高;溶胀粒子则阻碍了HDPE的结晶,结晶完善程度下降;更小相畴尺寸的UHMWPE对HDPE的结晶有明显的促进作用,结晶完善程度显著提高。     

用TIPS法成型超高分子量聚乙烯微孔材料的机理分析

超高分子量聚乙烯（UHMW－PE）微孔材料是以UHMW－PE为聚合物基体的新型功能性材料，根据其特点，热致相分离（TIPS）方法被用于UHMW－PE微孔材料的成型，文中简要分析了TIPS方法的热力学机理，借助UHMW－PE／溶剂二元体系相图综述了相分离过程，溶剂体系和冷却速率等对制品微观结构的影响。     

热致相分离法UHMWPE/HDPE微孔膜的制备及性能

采用热致相分离法,以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/高密度聚乙烯(HDPE)为基体,液体石蜡(LP)为溶剂,制备得到UHMWPE/HDPE微孔膜。HDPE的加入不仅降低了体系的黏度,也同时减缓了体系结晶速度。冷却速率对微孔形态有重要影响,尤其是以较低降温速率冷却时,HDPE的加入改变了微孔形态,并使孔径变大。研究表明,采用合适的配比及工艺条件,可以制备平均孔径约1μm、孔径均匀的UHMWPE/HDPE微孔膜;UHMWPE/HDPE微孔膜在135℃闭孔,在160℃薄膜依然保持原来形状而不塌缩,可见其应用于锂离子电池隔膜时耐热性能优于PP、PE隔膜及其复合膜。     

萃取剂对UHMWPE微孔膜结构与性能的影响

采用热致相分离(TIPS)法制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)微孔膜,研究了分别以正己烷、乙醇和1,2-二氯乙烷作为萃取剂对超高分子量聚乙烯微孔膜结构及其性能的影响.实验表明,当萃取剂依次是正己烷、乙醇和1,2-二氯乙烷时,UHMWPE微孔膜的孔径和孔隙率逐渐减小,但力学性能却逐渐提高.DSC法和WAXD法计算的微孔...     

紫外光辐照对超高分子量聚乙烯纤维结构与性能的影响

选用2种紫外光源,以二苯甲酮(BP)为光敏剂进行超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的表面光交联反应;采用凝胶含量测定、差示扫描量热仪分析及力学性能测试等方法,研究了辐照时间对UHMWPE纤维结构与性能的影响。结果表明,随辐照时间延长,纤维凝胶含量增加,结晶度和常规力学性能略有下降,低压汞灯和高压汞灯分别辐照20 min和10 min后UHMWPE纤维长期抗蠕变性能得到明显改善。其中,低压汞灯辐照20 min时,纤维恒定蠕变速率和强度分别为原纤维的67%和93%,性能优于相同辐照时间的高压汞灯试样。     

SiO2对聚氨酯杂化膜微孔结构及性能的影响

用热致相分离法制备了PU/SiO2杂化膜,研究了不同SiO2及其用量对PU/SiO2/溶剂体系微孔膜微孔结构的影响,并测试了膜的水通量.结果表明:具有不同结构的SiO2能够提高溶剂二氧六环的结晶温度,即冷却速率加快,使微孔膜的微孔尺寸细化,同时使微量水的结晶温度也有所不同,水的冻结温度与孔尺寸的大小直接相关.在冷却速率较快的体系中,形成的微孔尺寸较小,因此其水的冻结温度较低;而冷却速率较慢,形成的微孔尺寸较大,因此其水的冻结温度较高.SiO2的结构将影响与PU之间界面成孔的形态不同,SiO2的粒径越小,其与PU膜接触面积加大,增加了膜孔的连通性,使PU膜的水通量增大.     

聚醚砜对PES/SiO2杂化膜性能的影响

在PES/SiO2体系中添加PEG,采用相转化法制备了PES杂化膜,测定了PES杂化体系铸膜液的热力学相图、成膜动力学及膜性能.结果表明:与纯PES体系相比,PES/SiO2及在PES/SiO2中添加亲水性的PEG后,PES铸膜液杂化体系的分相曲线均不同程度的向聚合物/溶剂轴移动,分相时所需的凝固浴用量较少,PES体系的成膜速度有所提高.膜断面的SEM照片表明,PES/SiO2/PEG杂化膜具有更大的指状孔及表面微孔.该系列PES杂化膜的水通量和截留率均有不同程度的提高.     

聚苯醚/改性超高分子量聚乙烯共混物的制备及性能

采用预辐照与悬浮接枝聚合技术制备了接枝率为18%的超高分子量聚乙烯接枝聚苯乙烯(UHMWPE-g-PS)接枝共聚物,将其作为聚苯醚(PPO)与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)共混物的增容剂。利用核磁共振、差示扫描量热分析、扫描电镜、电子万能试验机、洛氏硬度计、摩擦磨损试验机等对PPO/UHMWPE-g-PS/UHMWPE共混物的形态、结构及性能进行了研究。结果表明,随着UHMWPE-g-PS的增加,PPO与UHMWPE相容性提高;增加UHMWPE-g-PS百分含量,共混物的力学性能得到改善,其冲击强度达纯PPO的3倍以上;当PPO/UHMWPE-g-PS/UHMWPE质量比为95/5/0时,磨损体积降为PPO的5.2%,摩擦系数降低了49%,共混物的耐磨性显著提高。     

Effects of screen-grid bias voltage on the microstructure and properties of the ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) modified by oxygen plasma

The specimens of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) were treated by oxygen plasma using a pulse-biased screen-grid technique under different negative bias conditions. The screen-grid was used to provide an electric field to accelerate the oxygen ions towards the UHMWPE substrate during the plasma treatment process. The effects of the screen-grid voltage on the surface microstructure, wettability, mechanical properties and wear resistance of UHMWPE were investigated. It was found that the degree of crosslinking, oxidation, wettability and surface roughness of UHMWPE can be increased with the increasing of the screen-grid voltage. Owing to the increase of the degree of crosslinking, the hardened layer formed on the surface of the UHMWPE samples was also strengthened greatly with the increase of the grid voltage. However, the wear results indicated that the UHMWPE sample modified at higher bias voltage exhibits poor wear performance, which could be mainly related to the embrittlement resulted from the aggravation of oxidation.     

石墨烯多壁碳纳米管/超高分子量聚乙烯导电复合材料的制备及性能

为了比较超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在单一填充和混合填充时, 复合材料导电性的差别。在超声和肼的作用下, 通过对氧化石墨烯(GO)、 多壁碳纳米管(MWCNTs)和超高分子量聚乙烯水/乙醇分散液减压蒸馏及热压制备了隔离型MWCNTs/UHMWPE、 石墨烯(GNS)/UHMWPE和MWCNTs-GNS/UHMWPE导电复合材料。经SEM、 TEM测试发现, 导电填料分散于UHMWPE颗粒表面, 热压后形成隔离结构。隔离型的MWCNTs/UHMWPE和GNS/UHMWPE复合材料均表现出较低的导电逾渗(0.148%和0.059%, 体积分数,下同), 但MWCNTs/UHMWPE复合材料的电导率(2.0×10^-2 S/m, 1.0%, 质量分数, 下同)明显高于相同填料含量下的GNS/UHMWPE复合材料。 MWCNTs-GNS/UHMWPE复合材料表现出了更低的逾渗(0.039%) 和较高导电性能(1.0×10^-2 S/m, 1.0%), 其拉伸强度和断裂伸长率随填充剂含量的增加呈现出先上升后下降的趋势。     

三元层状陶瓷Ti_3AlC_2/超高分子量聚乙烯复合材料的制备及性能

为了增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的性能,研究采用表面改性的Ti_3AlC_2填充UHMWPE,通过热压成型制备了Ti_3AlC_2/UHMWPE复合材料。采用SEM观察复合材料的微观结构,表明Ti_3AlC_2均匀分散在UHMWPE基体中,表面处理后的填料与基体界面熔合较好;热分析结果表明,Ti_3AlC_2的添加降低了UHMWPE的结晶度和结晶热焓,同时提高了聚合物的热传导性;DMA分析结果表明,添加Ti_3AlC_2有效地提高了Ti_3AlC_2/UHMWPE复合材料的抗蠕变性能,得益于无机粒子改善了复合材料的硬度和刚性,提高了复合材料抗外界应力变形能力;摩擦学性能分析表明,适量的Ti_3AlC_2(质量分数≤15wt%)填充UHMWPE能有效提高复合材料的减磨抗摩性能,同时磨痕表面形貌分析结果表明,Ti_3AlC_2/UHMWPE复合材料的摩擦磨损机制由粘着磨损向磨粒磨损转变。     

滑动方式下辐射交联超高分子量聚乙烯的生物摩擦学研究

采用热压固化成型法制得了尺寸范围在9～50μm、密度为0.9413g/cm3、相对分子量为6×106的粉末状超高分子量聚乙烯(UHMWPE)颗粒;并用γ射线平面静止辐照方法,分别用120kGy、250kGy和500kGy剂量辐照样品,辐照剂量率为5kGy/h.采用UMT-Ⅱ多功能摩擦试验机考察了不同辐射剂量下交联UHMWPE的生物摩擦学性能,采用电子扫描电镜(SEM)分析了磨损表面形貌并讨论了其磨损机理.结果表明,辐射剂量为120kGy的UHMWPE磨损率最小,随着辐射剂量的增加,摩擦系数逐渐增大,辐射交联后UHMWPE的摩擦磨损性能均优越于未辐射UHMWPE的摩擦磨损性能.     

超高分子量聚乙烯表面金属化及类金刚石薄膜沉积复合处理研究

采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)表面金属化及类金刚石薄膜沉积复合处理工艺,提高超高分子量聚乙烯的耐磨性.首先采用磁过滤阴极真空弧源沉积技术(FCVA)在UHMWPE表面制备约30nm钛金属层,使UHMWPE表面金属化,然后再沉积DLC薄膜,研究结果表明,UHMWPE表面金属化后,DLC薄膜沉积过程中,电荷累积效应消...     

超高分子量聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的制备及其热性能的研究

为了提高超高分子量聚乙烯的热性能,本文通过溶液共混的方法利用氧化石墨烯改性不同分子量的超高分子量聚乙烯,然后利用红外测试(FTIR)、X射线衍射测试(XRD)、扫描电镜测试(SEM)、差热扫描量热分析仪(DSC)和热失重分析(TG)的方法对超高分子量聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的结构、表面形态和性能进行了研究.通过分析测试表明氧化石墨烯在超高分子量聚乙烯/石墨烯纳米复合材料中的分散性良好,氧化石墨烯的添加量为0.3%时,石墨烯/超高分子量聚乙烯的复合材料的热稳定性等性能最好,与原材料相比提高了3℃.     

UHMWPE-SiAlON陶瓷摩擦副的生物摩擦学特性及机理的研究

为了探索ＳｉＡｌＯＮ陶瓷与超高分子量聚乙烯（ＵＮＭＷ－ＰＥ）组合作为人工关节置换材料的可能性,利用Ｆａｌｅｘ摩擦磨损实验机测定了ＳｉＡｌＯＮ陶瓷与ＵＨＭＷＰＥ在３７℃、血浆润滑条件下的生物摩擦学性能。同时,在扫描电镜下观察了摩擦副表面形貌。实验结果表明ＵＨＭＷＰＥ－ＳｉＡｌＯＮ陶瓷摩擦副的摩擦系数为０．０６,ＵＨＭＷＰＥ的磨损系数小于８．４５×１０－１０ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）。表面轮廓仪对摩擦磨损前后ＳｉＡｌＯＮ陶瓷表面测试,未发现明显变化,说明陶瓷磨损甚微。根据ＸＰＳ分析结果,提出了生物摩擦磨损机理。     

超高分子量聚乙烯单螺杆挤出成型理论的研究

为了给超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的挤出成型加工技术及设备开发提供理论基础,对UHMWPE单螺杆挤出机挤出成型过程进行了分析,建立了挤出压力的数学模型以及原料的熔融过程理论,提出了能够正常挤出的两个基本条件:即P3max＞PN和熔融过程必须充分,建立、丰富和完善了高黏度材料挤出成型理论.     

Tribological properties of ultra‐high molecular weight polyethylene (UHMWPE) filled with copper micro‐powder

This paper investigates the tribological properties of ultra‐high molecular weight polyethylene (UHMWPE) filled with copper micro‐powder (CMP). The fabrication and testing procedures implemented to characterize strength and wear properties of the composite are discussed. The effect of copper micro‐powder concentration on tensile strength, elongation at break, impact resistance, coefficient of friction, and wear resistance of the composite is investigated. Results show that copper micro‐powder concentration of 1 wt% yields the optimal combination of wear resistance and tensile strength of the composite. A morphological analysis based on scanning electron microscope (SEM) images of the copper micro‐powder‐ultra‐high molecular weight polyethylene specimens is also discussed. The presence of ridges and plaques on the specimens, analyzed after the sliding wear tests, is attributed to fatigue and adhesion mechanisms. Investigations performed by using an electron probe micro‐analyzer provide evidence that the detachment of copper micro‐powder particles from the matrix during sliding wear tests creates a lubricating layer that drastically decreases the coefficient of friction of the composite and improves its wear resistance properties.     

有机苯磷酸钙对聚L-乳酸结晶性能和熔融行为的影响

为拓宽聚乳酸结晶成核剂范畴,以苯磷酸和氯化钙为原料采用溶液法制备得到层间距为1.544 nm的有机苯磷酸钙(CP),再将其添加到聚L-乳酸(PLLA)基体进行非等温结晶性能和熔融行为研究。非等温结晶性能测试显示CP对PLLA具有异相成核作用,能显著提高其结晶性能;0.7%CP对PLLA的结晶成核效应最佳,在1℃/min的降温速率下,可使PLLA的结晶起始温度从105.88℃增加到115.47℃,结晶焓从1.379 J/g提高到33.90 J/g。熔融行为测试表明PLLA/CP材料的熔融双峰遵循熔融―再结晶机理。