双向拉伸超高分子量聚乙烯薄膜的制备研究

摘要

UHMWPE作为一种热塑性工程塑料，具有较高的抗冲击性、耐磨性、自润滑性、抗老化性等，综合性能优异。UHMWPE薄膜兼具了UHMWPE优异的物理化学性能，将其双向拉伸后薄膜变薄，力学强度和光学性能得到明显改善，顺应了“以塑代钢”的可持续发展理念。
　　鉴于UHMWPE分子链结构的特殊性，本文在课题组前期改性成果的基础上，对UHMWPE流动改性工艺进行了优化，研究发现双螺杆挤出机的螺杆组合情况对UHMWPE改性料流动性影响很大，TE-20挤出机螺杆组合中剪切块的总长度占螺杆长度的21.24%，TE-35的占33.03%，对改性剂UL的利用率和混炼效果大大提高。以TE-35挤出机的螺杆组合，UL添加量为1份时即可满足要求，制备的UHMWPE改性颗粒料熔体流动速率为2.44g/10min，熔点为135.65℃，结晶度为39.9%，与未改性原料相比晶体的微观结构没有发生太大改变，结晶相仍然是由折叠链构成，结晶度略有提高。
　　然后，本文采用管膜法，以UHMWPE改性颗粒料为原料，由单螺杆挤出机熔融挤出，经过课题组自行设计的锥形模具，在牵引机的牵引下实现了薄膜的同步双向拉伸，通过实验确定最优工艺条件：薄膜横纵向拉伸倍率均为4、拉伸温度为138℃、挤出机螺杆转速为7rpm，所制备的薄膜宽幅约为500mm，厚度约为0.06mm。与未拉伸片膜相比，横向拉伸强度提高了30.2%，纵向拉伸强度提高了39.8%，结晶度提高了11.1%，分子链的规整度大大提高，晶体的取向明显，晶粒尺寸变小，证明了管膜法制备UHMWPE薄膜的方案是可行性的。
　　最后，本文采用平膜法，研究了拉伸温度、拉伸倍率、拉伸速率对薄膜力学性能和晶体结构的影响。研究发现采用平膜法可以通过控制工艺条件制备出各向同性和各向异性的双向拉伸UHMWPE薄膜。当拉伸倍率为2.5×2.5时，与未拉伸片膜相比，薄膜的拉伸强度提高了220.57%，微观结构中出现了横纵取向相近的网格结构；当拉伸倍率为2×3时，薄膜的横向拉伸强度提高了206.26%，纵向提高了591.89%，纵向取向程度大于横向，微观结构中出现了约5μm×15μm的网格结构。

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1 绪论

1.1 课题简介

1.2 塑料薄膜的概述

1.2.1聚烯烃薄膜

1.2.2 聚氯乙烯薄膜

1.2.3 聚酯薄膜

1.2.4尼龙薄膜

1.2.5 复合薄膜

1.3 UHMWPE薄膜的成型

1.3.1 挤出吹膜成型法

1.3.2 挤出压延成型法

1.3.3 挤出流延成型法

1.3.4 机械加工法

1.4 塑料薄膜的双向拉伸技术

1.4.1 双向拉伸技术的研究进展

1.4.2 双向拉伸薄膜的种类

1.4.3 双向拉伸薄膜的生产方法与生产设备

1.4.4 双向拉伸薄膜的发展方向

1.5 课题研究意义及内容

1.5.1 课题研究意义

1.5.2 课题研究内容

1.5.3 创新点

2 UHMWPE改性颗粒料的制备

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验设备

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1螺杆组合对改性UHMWPE熔体流动速率的影响

2.3.2改性UHMWPE颗粒料拉伸性能的研究

2.3.3 改性UHMWPE颗粒料的热学分析

2.4 本章小结

3 管膜法制备UHMWPE薄膜的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验设备

3.2.3 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 管膜法制备UHMWPE薄膜工艺参数的确定

3.3.2 管膜法双向拉伸UHMWPE薄膜力学性能分析

3.3.3 管膜法双向拉伸UHMWPE薄膜的形貌分析

3.3.4 管膜法双向拉伸UHMWPE薄膜的热学分析

3.3.5 管膜法双向拉伸UHMWPE薄膜晶体结构的分析

3.4 本章小结

4 平膜法制备双向拉伸UHMWPE薄膜的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料及设备

4.2.2 平膜法双向拉伸UHMWPE的制备方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 拉伸温度对薄膜性能的影响

4.3.2 拉伸倍率对薄膜力学性能的影响

4.3.3拉伸速率对薄膜晶体结构的影响

4.3.4 平膜法双向拉伸UHMWPE薄膜微观形貌的分析

4.4 本章小结

5 主要结论

参考文献

致 谢

攻读硕士期间的科研成果