超高分子量聚乙烯的固態(tài)擠出成型研究.pdf

1、雖然超高分子量聚乙烯是熱塑性塑料，但因為其極高的相對分子質(zhì)量，在熔融時表現(xiàn)出來的特性和一般熱塑性塑料截然不同，這給成型加工帶來了很大困難。固態(tài)擠出成型加工方法是在聚合物熔融溫度以下進(jìn)行的新型的加工方法。用固態(tài)擠出的方法加工超高分子量聚乙烯可以避免因其特殊的熔體性質(zhì)帶來的困難，成型的制品還有固態(tài)擠出成型加工強(qiáng)度高、外觀透明、出模膨脹小的優(yōu)點。國內(nèi)固態(tài)擠出領(lǐng)域研究較少，關(guān)于超高分子量聚乙烯的固態(tài)擠出成型研究更是一項空白。 針對這一情

2、況，本文結(jié)合超高分子量聚乙烯的特性，研究了固態(tài)擠出成型的擠出工藝、制品性能及增強(qiáng)機(jī)理。利用自行研制的小型柱塞式擠出機(jī)和軸向拉伸口模來實現(xiàn)固態(tài)擠出。擠出的工藝過程為：首先利用封閉口模熔融成型坯料，然后將坯料加熱至擠出溫度后高壓下通過拉伸口模得到擠出制品。實驗得到的制品光滑透明，與常規(guī)擠出的制品相比，拉伸強(qiáng)度大大提高：在120℃下，口模拉伸比為6.3的條件下得到的制品拉伸強(qiáng)度可達(dá)110 MPa以上，較常規(guī)擠出制品提高了2.7～4.5倍，彈性

3、模量超過85 GPa，比常規(guī)擠出制品提高了40多倍。力學(xué)性能的大大增強(qiáng)是值得關(guān)注的。樣品SEM照片分析表面，制品內(nèi)部形成了大量的微纖結(jié)構(gòu)，這是造成拉伸強(qiáng)度提高的原因。DSC和WAXD分析還表明，制品的熔點較固態(tài)擠出前的坯料有所升高，熔融焓和結(jié)晶度也有所提高。推測這是由于坯料固態(tài)擠出前的加熱保溫過程完善了晶體結(jié)構(gòu)和坯料在口模中拉伸引起大分子鏈取向誘發(fā)了分子結(jié)晶引起的。 本文還就固態(tài)擠出的兩個工藝參數(shù)擠出溫度和口模拉伸比進(jìn)行了研究。

4、研究表明，擠出溫度和口模拉伸比對擠出過程的壓力波動都有著影響，擠出溫度降低和口模拉伸比增大均有利于減少壓力波動帶來的影響。另外，擠出溫度的提高有利于制品結(jié)晶度的提高，但同時擠出溫度的提高也帶來分子鏈柔順性的提高，這使得熔融焓隨溫度的變化曲線呈現(xiàn)先增后降的趨勢?？谀＠毂葘χ破窡嵝阅艿挠绊戄^復(fù)雜，熔點和熔融焓最高點的出現(xiàn)不在同一個口模拉伸比值上，推測這與固態(tài)擠出復(fù)雜的形變過程有關(guān)。拉伸初期，在拉伸應(yīng)力的作用下，晶粒尺寸下降，透明度提高，隨