非致密注塑制备超高分子量聚乙烯微孔材料的研究

摘要

微孔材料因具有均匀稳定的微孔结构，广泛应用于食品工业、医疗卫生、水处理等过滤领域，是过滤与分离过程中的关键。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种性能十分突出的热塑性塑料，用其制备的微孔材料往往性能更加优越，更能满足过滤要求。但是，目前的几种UHMWPE微孔材料的制备方法均存在很多问题，需要研究一种自动化程度高、生产效率高的适用于成型UHMWPE微孔过滤材料的新方法。
　　本课题针对现有制备UHMWPE微孔材料成型方法中的不足，以一种更高效环保的称为非致密注塑的新方法成型UHMWPE微孔材料，研究其成型过程特点和基本的成型原理，并系统研究了注射量、注射压力、注射速度以及分子量的变化对UHMWPE微孔材料注塑成型的影响，并通过调节工艺参数制备不同微孔结构和性能要求的微孔材料。主要结论如下:
　　(1)非致密注塑成型是由高速注射过程中产生的“喷射流”粉末，在型腔中受到非致密的压缩相互粘结堆砌形成的。其中利用SEM观察到，微孔材料的微观结构类似于粉末烧结法，结构与性能取决于“喷射流”粉末。验证了非致密注塑法成型UHMWPE微孔材料的可行性，是完全不同于现有任何工艺的新的制备方法。
　　(2)研究得出当注射方向与“喷射流”流动方向垂直时，沿“喷射流”流动方向微孔的结构是存在梯度变化的。其中靠近浇口一端较易变得密实，而远离浇口一端较易形成微孔，孔径分布更均匀，平均孔径更大，孔隙率更高。
　　(3)尝试“喷射流”粉末结合“注塑压缩”工艺的新方法，初步判断通过此方法容易获得微孔分布更加均匀稳定的微孔材料制品。
　　(4)研究了不同分子量的UHMWPE对微孔材料结构与性能的影响，随着UHMWPE分子量的增大，更易形成微孔材料，微观结构规整度提高，孔径分布更为均匀，制品抗压强度也同时增大。
　　(5)研究了注射量、注射压力和注射速度等注塑工艺参数对UHMWPE微孔材料的结构和性能的影响，确定较佳的注塑参数为:注射量60％，注射压力63.8MPa，注射速度100％。此时的UHMWPE微孔材料综合性能较佳，平均孔径和孔隙率分别为38.92μm、38.34％，体密度为0.599g cm-3，压缩强度为9.28MPa，与烧结滤材制品结果非常接近，证实了通过非致密注塑法可得到与商业烧结滤材制品性能非常接近的样品。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 UHMWPE的结构和性能

1．2．1 结构

1．2．2 性能

1．3 UHMWPE微孔材料的过滤原理

1．4 UHMWPE微孔材料的应用

1．5 UHMWPE微孔材料的制备现状

1．5．1 热致相分离法

1．5．2 添加致孔剂法

1．5．3 熔融拉伸法

1．5．4 核径迹法

1．5．5 粉末烧结法

1．6 本课题研究的目的、意义和内容

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 研究重点和难点

1．6．3 研究内容

第二章 实验材料、设备及检测手段

2．1 实验原料

2．2 实验设备

2．2．1 电子天平

2．2．2 高速混合机

2．2．3 注射机

2．2．4 模具

2．2．5 喷嘴

2．3 性能测试与表征

2．3．1 扫描电子显微镜(SEM)分析

2．3．2 体密度测定

2．3．3 微孔结构参数的表征

2．3．4 力学性能测试

2．4 实验方案

2．4．1 工艺路线

2．4．2 技术路线

2．5 本章小结

第三章 非致密注塑UHMWPE微孔材料的成型原理

3．1 UHMWPE微孔材料的非致密注塑成型原理

3．1．1 UHMWPE口模流动特性

3．1．2 非致密注塑原理

3．1．3 “喷射流”粉末与微孔材料的微观结构

3．1．4 UHMWPE注塑微孔样品与烧结微孔制品的对比

3．2 沿流动方向上微孔结构的变化

3．2．1 成型前准备和基本参数设定

3．2．2 沿流动方向上微观结构的变化

3．2．3 沿流动方向上孔隙率和平均孔径的变化

3．2．4 沿流动方向上孔径分布的变化

3．3 注塑压缩方法的尝试

3．3．1 沿注射方向上孔隙率和平均孔径的变化

3．3．2 沿注射方向上孔径分布的变化

3．4 本章小结

第四章 工艺参数对UHMWPE微孔样品结构和性能的影响

4．1 注射量

4．1．1 对微观结构的影响

4．1．2 对平均孔径的影响

4．1．3 对孔隙率的影响

4．1．4 对孔径分布的影响

4．1．5 对体密度的影响

4．1．6 对压缩强度的影响

4．2 注射压力

4．2．1 对微观结构的影响

4．2．2 对平均孔径的影响

4．2．3 对孔隙率的影响

4．2．4 对孔径分布的影响

4．2．5 对体密度的影响

4．3 注射速度

4．3．1 对微观结构的影响

4．3．2 对平均孔径的影响

4．3．3 对孔隙率的影响

4．3．4 对孔径分布的影响

4．3．5 对体密度的影响

4．3．6 对压缩强度的影响

4．4 本章小结

第五章 不同分子量的UHMWPE对微孔材料结构与性能的影响

5．2 分子量对微孔结构和性能的影响

5．2．1 分子量对试样微观结构的影响

5．2．2 分子量对试样平均孔径的影响

5．2．3 分子量对试样孔隙率的影响

5．2．4 分子量对试样孔径分布的影响

5．2．5 分子量对试样体密度的影响

5．2．6 分子量对试样压缩强度的影响

5．3 本章小结

第六章 结论

6．2 课题研究的主要结

6．3 课题的创新点

6．4 继续研究的方向

参考文献

致谢

研究成果及发表论文

导师及作者简介