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  • [资讯] 注塑级超高分子量聚乙烯 UHMWPE应用
    注塑级超高分子量聚乙烯UHMWPE;K5031、K5032、K5035产品介绍: UHMWPE极高的分子量(分子量100万到600万之间,HDPE的分子量通常只有2~30万)赋予其优异的使用性能,而且属于价格适中、性能优良的热塑性工程塑料,它几乎集中了各种塑料的优点,具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的高耐磨、耐冲击、自润滑、自洁性、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能;但由于没有流动性,加工困难,无法全面使用,可益荧公司开发的注塑级超高分子量聚乙烯;K5031、K5032、K5033、K5035、K5036系列产品解决这一问题,经过几年的使用,得到了国内外一致好评。 UHMWPE的耐磨性居塑料之首,并超过某些金属。UHMWPE的冲击强度,在所有工程塑料中名列前茅。UHMWPE有极低的摩擦因数(0.05~0.11),故自润滑性优异。UHMWPE具有优良的耐化学药品性。UHMWPE具有优异的冲击能吸收性,冲击能吸收值在所有塑料中最高,因而阻尼性能(阻噪声)很好,具有优良的削音效果。UHMWPE具有优异的耐低温性,在液氦温度(-269℃)下仍具有延展性,因而能够用作核工业的耐低温部件。 UHMWPE卫生无毒,得到美国食品及药物行政管理局和美国农业部的认可,可用于接触食品和药物;得到日本卫生协会的认可。 UHMWPE表面吸附能力非常微弱,其抗粘符能力仅次于塑料中不粘性最好的PTFE,因而制品表面与其它材料不易粘符,所以,将它用于石油采油管道非常好,增加石油产量,不易堵塞,且由于具有高耐磨性,使用寿命较长,解决了经常更换的麻烦;用于钢铁生产中的输送管道也是首选,因其质量轻、高耐磨、噪声低、使用寿命比钢管长。 UHMWPE吸水率很低;一般小于0.01%,仅为PA66的1%,因而在成型加工前一般不必干燥处理。UHMWPE与其它工程塑料密度比较,UHMWPE的密度比其它所有工程塑料都低,一般比PTFE低56%,比POM低33%,比PBTP低30%,因此其制品非常轻便。由于UHMWPE具有拉伸取向必备的结构特征,所以有无可匹敌的超高拉伸强度,因此可通过凝胶纺丝法或溶液纺丝法制得超高弹性模量和强度的纤维,其拉伸强度高达3~3.5GPa,拉伸弹性模量高达100~125GPa;纤维比强度是迄今已商品化的所有纤维中最高的,比碳纤维大4倍,比钢丝大10倍,比芳纶纤维大50%,且成本最低,是防弹衣,轮船绳索……等重要领域的首选。 UHMWPE还具有优良的电气绝缘性能,所以它是高低压电器的最佳材料,用于户外高低压电器还具有耐腐蚀,质量轻,耐老化等特点。
  • [资讯] Polymer Research; Studies from Qiqihar University Add New Findings in the Area of Polymer Research (Morphology characterization and the phase separation behavior of UHMWPE/recycled-PA6 blends using FTIR imaging and thermomechanical analysis)
    2018 DEC 7 (VerticalNews) -- By a News Reporter-Staff News Editor at Chemicals & Chemistry -- Current study results on Polymer Research have been published. According to news reporting originating from Qiqihar, People's Republic of China, by VerticalNews correspondents, research stated, "Phase morphology and phase separation behavior are always important factors affecting polymer blends' properties. Here, we employed FTIR imaging technique and thermomechanical analysis (TMA) to characterize the phase morphology and phase separation behavior of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE)/recycled-polyamide 6 (R-PA6) blends, which were prepared via extrusion using high-density polyethylene-graft-maleic anhydride (HDPE-g-MAH) as the compatibilizer."
  • [资讯] Long UHMWPE Fibers Reinforced Rigid Polyurethane Composites: An Investigation in Mechanical Properties
    In this paper, the effects of modified long ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers on the mechanical properties of its rigid polyurethane (RPU) plastic were investigated. The UHMWPE fibers were modified by chromic acid, and the physical and chemical changes of the fiber surface were characterized by fourier transform infrared (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and contact angle test. The rigid polyurethane composites were prepared with 1wt% original and modified UHMWPE fibers. Tensile and impact tests of the composites were studied, and the results showed that the modified UHMWPE fibers having a more positive effect on the mechanical properties of the composites than those of original UHMWPE fibers. The section morphology of specimens was investigated using SEM, and it was found that the interface bonding between the modified fibers and RPU matrix was better. The loss modulus and loss factor of RPU composites were found to decrease reinforced with the modified UHMWPE fibers.
  • [资讯] On the metal thermoplastic composite interface of Ti alloy/UHMWPE-Elium® laminates
    Thermoplastic fiber metal laminate (TFML) is a new hybrid composite material, which is a combination of sandwiched metal and complete thermoplastic fiber reinforced polymer (FRP). Due to its superior properties contributed from the unique combination of metal and FRPs, it has been applied in various advanced fields, like aerospace, and automotive. However, poor adhesion between inhomogeneous material surfaces of fiber, metal, and matrix in TFML makes the whole system weaker. In this work, the Ti6Al4V (titanium alloy) and ultrahigh molecular weight polyethylene fiber (UHMWPE) reinforced thermoplastic (Elium) polymeric composite were combined together to form a TFML. Fiber surface functionalization by PDA (polydopamine) coating with MWCNT (Multiwalled carbon nanotubes) has been adopted to enhance the bonding between the fiber and matrix. Ti6Al4V metal surface treatment by anodization with postprocessing of etching and annealing process has been adopted to enhance the interfacial bonding between metal thermoplastic composite interface (MTCI). The double cantilever beam test was utilized to evaluate the G 1C (Mode I interlaminar fracture toughness at MTCI) for the TFML sample with fiber surface functionalization and metal surface treatment. The result shows, after metal surface treatment, the average G 1C can be immediately increased from 0.25 kJm 2 (pristine titanium alloy with pristine fiber) to 1.57 kJm 2 for surfacetreated titanium alloy with pristine fiber. The PDA only coating for UHMWPE fiber enhanced the G 1C from 1.57 kJm 2 to 1.84 kJm 2 . PDA fiber surface functionalization with MWCNT coating enhanced the G 1C further to 2.54 kJm 2 .
  • [资讯] Effects of argon ion sputtering on the surface of graphene/polyethylene composites
    Argon ion sputtering at various energies in the range of 5005000 eV is performed on polymer composites of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) with 4.6 wt% graphene nanoplatelets (GNPs). Xray photoelectron spectroscopy (XPS) shows that irradiation above 3000 eV causes an abrupt transition from tetrahedral sp 3 into planar sp 2 carbon in the blank polyethylene surface. This graphitization process, as well as the formation of certain oxygen groups after the subsequent exposure to air, is delayed by graphene in the composites. Besides, both XPS and Raman spectroscopy indicate that a part of the sp 2 graphene network is transformed into sp 3 carbon defects by irradiation. Surface hardness and Youngs modulus increase by 30100% in blank polyethylene and the composites upon irradiation. The surface electrical resistance of polyethylene decreases from 10 15 to 10 8 by sputtering at 5000 eV. Composites that are consolidated at low temperature (175 C) experience a transition from insulating (10 15 ) to conducting (10 4 ) in a narrow range of Ar sputtering energies, while for a high consolidation temperature (240 C) the transition is not observed. This research provides information on the induced interaction mechanisms between graphene and a polymer matrix upon ion beam irradiation.
  • [资讯] LDPE-g-PU的制备及其对MPU/UHMWPE力学性能的影响
    聚氨酯(PU)是一种很好的密封材料,耐磨性高,力学性能好,但摩擦系数较大,将其应用于动密封时,减摩性不足,会产生运动阻力,能耗大。对于快速响应的运动密封件,其摩擦系数大就会影响运动件的响应速度;对轴承密封件,摩擦系数大则摩擦生热多,密封件受热变形或磨损而导致润滑油泄漏。 为了降低PU的摩擦系数,通常采用添加无机填料的方法,如石墨、纳米Si3N4、二硫化钼等,其缺点是PU与无机材料之间的界面结合力较弱,相容性较差,对材料的力学性能有一定影响。有研究者采用聚乙烯接枝马来酸酐作为相容剂,使PU与马来酸酐相结合,但其相容性不够理想。本实验将超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为减摩填料加入到混炼型聚氨酯(MPU)中。采用溶液接枝法、原位聚合法将PU接枝到低密度聚乙烯(LDPE)分子链上得到LDPE-g-PU,将其添加到MPU/UHMWPE共混体系中,可以提高共混体系的相容性,此外将制得的LDPE-g-PU用于PU及聚烯烃的共混改性,具有一定的实际应用价值。 1实验部分 1.1原料 LDPE,QUPE,中国石油化工殷份有限公司齐鲁分公司; 混炼型聚氯酯(MPU),HA-5,圣威集团武汉贸易有限公司; 超高分子量聚乙烯(UHMWPE),QUPE,中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司(研究院); 过氧化二异丙苯(DCP),化学纯,国药集团化学试剂有限公司; 甲苯二异氰酸酯(TDI),分析纯,济南市历城区远拓化工经营部; 聚丙二醇,化学纯,国药集团化学试剂有限公司; N,N-二甲基甲酰胺(DMF),分析纯,西陇化工股份有限公司; 二甲苯,分析纯,西陇化工股份有限公司; 丙烯酸(AA),化学纯,国药集团化学试剂有限公司; 低密度聚乙烯接枝马来酸酐(LDPE-g-MAH),市售。 1.2仪器与设备 双调频开炼机,CH-0103,创宏仪器设备有限公司; 液压机,YJ46,成都航发液压工程有限公司; 平板硫化机,XLB-350×250,上海齐才液压机械有限公司; 摩擦系数/剥离试验仪,FPT-F1,济南兰光机电技术有限公司; 张力仪,K100,德国克吕士公司; 万能制样机,UHY-W,河北省承德试验机厂; 万能电子拉力试验机,CMT4204,深圳市世纪天源仪器有限公司; 红外光谱仪,NeXus,美国热电尼高力公司; 差示扫描量热仪,DSC-8000,美国PE公司。 1.3试验方法 低密度聚乙烯接枝丙烯酸(LDPE-g-AA)的制备:将LDPE置于三口烧瓶中,加入二甲苯,加热,待LDPE溶解,加入丙烯酸及引发剂,反应1h后,用乙醇洗涤数次,得到LDPE-g-AA,反应式如式(1)所示。 -NCO封端PU预聚体的制备:将TDI和聚丙二醇(物质的量比为2:1)放入三口烧瓶中,升温搅拌,反应2-3h,制得-NCO封端的PU预聚体,反应式如式(2)所示。 LDPE-g-AA与PU预聚体的接枝反应:将LDPE-g-AA、PU预聚体置于三口烧瓶中,N2保护下升温搅拌,使LDPE-g-AA中的羧基与PU中的异氰酸根反应,制得LDPE-g-PU,反应式如式(3)所示。用无水乙醇封端未反应的-NCO,用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)洗去产物中未反应的PU,然后置于烘箱中烘干,备用。 将洗净后的接枝产物热溶于二甲苯,并向其中加入酚酞指示剂,用NaOH-乙醇溶液滴定至终点,由式(4)计算出丙烯酸的接枝率及PU的接枝率。 式(4)中,Gr为接枝率;V0、V1分别为配制的HCl体积、反应后剩余HCl的体积;CHCl为HCl浓度;M为丙烯酸质量分数;m为接枝产物质量。 预先将LDPE-g-PU在真空干燥箱中干燥24h,然后在175℃下,将MPU、UHMWPE、接枝产物按不同比例混合后加入开炼机中混炼约8min,然后将温度降至110℃,加入DCP,混炼约5min,将得到的物料在平板硫化机上压制成型,制成性能测试用标准试样,其中MPU/UHMWPE/相容剂/DCP为100/0.15/0.08/0.05。 1.4性能测试与表征 分别将制得的LDPE-g-AA、LDPE-g-PU抽提干燥后进行红外光谱分析;接触角试验在张力仪上进行,试样尺寸为10mm×20mm×1mm;熔融温度在差示扫描量热仪上测定,升温速率8℃/min,N2保护;力学性能在电子拉力试验机上测定。 2结果与讨论 2.1红外光谱分析 图1为LDPE与AA接枝前后的红外光谱。从图1可以看出,LDPE-g-AA在1735cm-1附近出现了新的特征峰,该峰为羰基(C=0)的特征吸收峰,来自于AA的羧基基团,而1174cm-1附近的峰为C-O的伸缩振动峰,说明AA成功地接枝到LDPE上。 图2为LDPE-g-AA和LDPE-g-PU的红外光谱。从LDPE-g-PU的红外谱图可以看出,1535cm-1处为-CO-NH-(即TDI和异丙二醇反应生成的PU)的特征吸收峰,665cm-1处为N-H的面外弯曲振动峰,1210cm-1附近为C-C(=O)-O的特征吸收峰,1655cm-1处为苯环的C=C伸缩特征吸收峰,879、816cm-1处为苯环的C-H弯曲特征吸收峰,即为PU硬段部分的特征吸收峰,证明LDPE-g-AA中的丙烯酸端的-COOH基团与PU预聚体中的-NCO基团发生了反应,得到了通过丙烯酸过渡的LDPE-g-AA-g-PU,即LDPE-g-PU接枝聚合物。 2.2接触角分析 为建立有限液固界面体系的张力平衡,罗晓斌等推导出在无限液固界面系统中固相表面张力与接触角的关系式: 式(5)中,γsg为固相表面张力;γ1g为水的表面张力(0.072N/m);θ为接触角。由此可以计算出LDPE及LDPE接枝产物的表面张力,结果如表1所示。 从表1可以看出,LDPE-g-AA的对水的静态接触角小于LDPE,这是因为LDPE-g-AA中引入了极性基团-COOH,提高了LDPE的表面张力,亲水性增加,其与水之问的接触角变小;同理,极性PU预聚体的引入,进一步增加了LDPE表面的极性,提高了LDPE的表面张力,使之与水的接触角变得更小,故LDPE、LDPE-g-AA、LDPE-g-PU接触角的大小呈现了如表1所示的逐渐减小趋势,也从侧面证明了PU接枝到了LDPE上。 2.3DSC分析 图3为LDPE及LDPE接枝产物的DSC升温曲线,相应的熔融热焓数据列于表2。从图3和表2可以看出,LDPE、LDPE-g-AA相LDPE-g-PU的熔融峰峰型逐渐变宽,且向低温方向移动,三者的熔点、熔融热焓依次降低。这是因为LDPE接枝上单体后,其分子链的对称性、规整度大大降低,这就使熔融前后分子混乱程度增加,熔融熵△S增加;同时分子间相互作用力减弱,熔融热焓△H降低,根据△H=T·△S可知,熔点T就会降低,因此三者的熔点依次降低。 图4为LDPE及LDPE接枝产物的DSC降温曲线。从图4可以看出,LDPE、LDPE-g-AA和LDPE-g-PU的结晶峰峰型逐渐变宽,且向低温方向移动。这可能是因为接枝产生了支链,破坏了LDPE分子结构的对称性、规整度,同时,接枝基团的极性限制了分子链的运动,使链段排入晶格的活化能大大提高,从而使结晶速率降低;而接枝后支链的增加,提高了LDPE分子链之间的缠结程度,使其结晶变得困难,因此结晶峰向低温方向移动。 2.4UHMWPE对共混体系摩擦因数和表面能的影响 图5为UHMWPE用量对MPU/UHMWPE共混体系摩擦系数和接触角的影响。从图5可以看出,随着UHMWPE用量的增加,共混体系的摩擦系数不断降低,表明添加剂UHMWPE的加入能提高MPU的硬度,从而达到减摩效果,且UHMWPE摩擦系数较小,随着UHMWPE用量的增加,使共混体系的减摩成分所占比例增加,因此共混体系的摩擦系数逐渐降低。 表面能可以用表面接触角来表征。UHMWPE的表面接触角大于90°,是疏水性物质,表面自由能较低,表面附着力较弱,可以降低因附着力造成的摩擦。从图5可以看出,随着UHMWPE用量的增加,共混体系的接触角不断增大。这是由于UHMWPE在共混体系的表面形成憎水基,从而使其表面能降低,润湿性下降,接触角增大。UHMWPE用量越多,在共混体系表面形成的憎水基越多,表面能越低,接触角越大。 2.5力学性能分析 表3为相容剂对共混体系力学性能的影响。从表3可以看出,UHMWPE的加入可以提高MPU的拉伸强度、弹性模量,降低其断裂伸长率;而三种相容剂的加入对于共混体系的力学性能具有促进作用。这是因为相容剂的加入能提高两相的界面结合力,三种相容剂的MAH、AA、PU端与MPU极性相同,能以化学或物理的方式结合,使MPU与相容剂紧紧地黏结在一起。相容剂的LDPE端为非极性的,能与非极性的UHMWPE很好地相容,通过聚烯烃接枝聚合物的中间过渡作用,将UHMWPE/MPU两相紧紧地连接起来,从而提高丁共混体系的相容性。LDPE-g-MAH.LDPE-g-AA和LDPE-g-PU的加入对共混体系力学性能的提高作用依次递增。LDPE-g-MAH、LDPE-g-AA对共混体系力学性能都有促进作用,但作用相差不大,而LDPE-g-PU能更进一步提高共混体系的相容性。 3结论 (1)红外谱图、DSC及水接触角分析证实了PU预聚体通过AA过渡,成功接枝到了LDPE上。 (2)聚烯烃类接枝聚合物可以有效改善MPU/UHMWPE不相容共混体系的相容性,LDPE-g-PU相比于LDPE-g-AA,能更进一步提高共混体系的相容性。 (3)LDPE、LDPE-g-AA和LDPE-g-PU三者的亲水性逐渐增强,对水接触角逐渐减小。
  • [资讯] 宁波材料所在UHMWPE改性及其应用方面获系列研究进展
    超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种平均分子质量在百万以上的聚乙烯材料,它的分子链为线性结构,具有优越的耐磨性、超高模量、高韧性、自润滑、耐环境应力开裂、化学稳定、抗疲劳、摩擦系数小等优点。UHMWPE优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业及化工等领域。 合成纤维,特别是聚烯烃纤维,由于本身电阻率很大、介电常数和介电损耗较小,造成电绝缘性好容易积累静电,这对其在某些特殊领域内使用带来不便,甚至会造成安全问题。而导电纤维的电阻率降低到和半导体或金属相同数量级,则呈现出优良的导电效果和电磁屏蔽效果,在电子、航天航空、军事等特殊领域有广泛的应用价值。当前导电纤维或抗静电纤维常规制备方法主要包括:掺杂导电物质,表面涂敷或吸附可导电物质和表面镀金属。然而,掺杂导电物质会破坏纤维本身的性能,表面涂敷或吸附导电物质得到的纤维导电性不好而且导电层易脱落,化学镀金属虽然能得到导电性很好的纤维,但前处理工艺步骤过于复杂,而且使用重金属离子活化敏化纤维易污染环境。UHMWPE纤维高度结晶表面光滑,只有在高温(大于100℃)下才能被十氢化萘或石蜡油等溶解。而且分子链中无极性基团,造成纤维表面极其惰性,难吸附其他物质。因而不能用粗化、活化和敏化方法处理纤维来进行化学镀,也很难在表面涂敷或吸附上导电物质。 多巴胺类聚合物几乎可以黏附在所有材料表面,让多巴胺类物质在UHMWPE纤维表面聚合生成一层多巴胺类聚合物,从而达到活化效果。纤维经活化后表面富含羟基和胺基,可大量吸附金属离子,金属离子同时被多巴胺类聚合物和还原剂还原,使得纤维表面生成金属层,制得导电纤维。针对现有导电纤维制备方法的不足,中科院宁波材料所科研人员利用多巴胺类聚合物强黏附作用活化表面,用化学镀实现表面金属化,获得一种可导电、抗静电且性能优越超高分子量聚乙烯纤维,整个过程对环境友好无污染。镀银纤维具有优异的导电性能,其线电阻仅为0.15Ω/cm,可作为导线直接连接在电路中,同时还具备纤维本身高强力学性能,可应用于外太空、深海等极端环境中。相关研究结果发表在Journal of Applied Polymer Science(doi: 10.1002/app.38228),同时申请国家发明专利1项(申请号:201110175021.3)。 UHMWPE分子链的结构单元为-CH2-,表面无极性基团,表面能低,加工过程中添加剂等杂质在表面形成弱边界层,这些因素都造成UHMWPE表面惰性,与其他树脂之间的相容性很差,限制了它在复合材料方面的应用。因此,对UHMWPE粉末表面进行改性,提高它与其他树脂之间的相容性以及增大它的表面粘结性能,是一项具有重要意义的研究课题。针对现有的UHMWPE表面改性方法的不足,研究人员利用界面缩聚改性UHMWPE表面的方法,在UHMWPE粉末表面生成一层聚脲和/或聚氨酯和/或聚酰胺薄膜,从而有效地改善UHMWPE粉末表面的相容性和粘结性,同时不改变UHMWPE粉末本身性能。另外,本发明的UHMWPE 粉末表面改性方法操作简单、对设备要求低、处理速度快而且处理效果好,是一种易于进行工业化生产的UHMWPE粉末表面改性方法,相关技术已获得国家发明专利授权(授权号:201110158646.9.)。 为了提高环氧树脂的耐磨性能,利用多巴胺氧化自聚合性质,对UHMWPE粉末进行表面改性,制备得到改性粉末,并添加至环氧树脂中制备成耐磨涂层,同时与添加未改性UHMWPE的环氧涂层对比。原始的环氧涂层由于黏着磨损和疲劳磨损的综合作用,造成严重磨损,但添加了UHMWPE粉末后,环氧涂层的磨损状况发生了变化。UHMWPE的耐磨性极佳,环氧树脂相对于它来说是易被磨损物质,起到磨粒磨损作用。同时粉末自润滑性很好,又可以起到润滑作用。当涂层产生磨损时,未改性粉末容易被剥离出来,少量剥离出来的粉末在转移膜和涂层表面之间起到润滑剂的作用,自润滑作用占主导,减缓了磨损,因而磨损率较低。多巴胺有效改善了UHMWPE粉末表面惰性,增强粉末与环氧树脂之间的相容性,使得粉末不易被剥离出来。添加UHMWPE粉末可以稳定环氧涂层的摩擦,降低摩擦系数和磨损率。改性粉末的总体效果优于未改性的粉末,在降低摩擦系数和磨损率同时,还增强涂层的抗冲击韧性。而相关研究结果发表在《摩擦学学报,32(2012)435-443》上。另外UHMWPE经表面改性提高了与其他材料的表界面结合能力,由于其高韧、高强、耐候、高耐磨在海洋材料中得以应用。 上述研究工作得到了国家高技术研究发展计划项目(863)的支持,项目编号:(2009AA034605)。
  • [资讯] 博鳌论坛:UHMWPE纤维技术创新进程加速
    宁波大成新材料股份有限公司董事长 陈成泗   高强聚乙烯纤维又叫超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维,于上世纪70年代末研制成功,并于80年代末进入产业化生产,与碳纤维、芳纶并称为当今世界三大高科技纤维。但与后两者相比较,UHMWPE纤维的强度更高,重量更轻,化学稳定性更好;且具有很好的耐候性、耐低温性。UHMWPE纤维的耐磨耐弯曲性能、张力疲劳性能、抗切割性能也是现有高性能纤维中的领先者,在安全、防护、航空航天、国防装备、车辆制造、造船业、体育领域发挥着举足轻重的作用,在民用工业领域作为抗冲击、减震材料及高性能轻质复合材料也有着广阔的应用前景。  高强聚乙烯纤维所用的原料是分子量高达300万以上的超高分子量聚乙烯,熔体粘度极大,几乎没有流动性,挤出过程容易发生熔体破裂,凝胶纺丝法是惟一可以工业化的生产技术。目前,国内已发明了混合溶剂的凝胶纺丝技术,通过控制溶胀速率、溶液浓度,制备了高浓度的纺丝原液,突破了凝胶纺丝要采用准稀溶液的传统观点。通过专门设计的高精度、大长径比、特殊的结构形式的双螺杆挤压机对UHMWPE的挤压溶胀、溶解和脱泡,缩短了UHMWPE在高温下的停留时间,减轻了降解程度,有利于实现溶胀均化。  高强聚乙烯复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、综合性能优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,近几年更是得到了飞速发展。由于高强高模聚乙烯纤维高度取向,表面非常光滑,而且聚乙烯纤维分子链上既不含有芳环也不含有酰胺基、羟基或其他敏感的化学基团,造成纤维表面惰性和非极性、浸润性差,因此纤维与基体之间的界面粘结强度低,影响了UHMWPE纤维复合材料的力学性能。通过对纤维表面性能的改进,我国已开发出适合用于复合材料的UHMWPE纤维经编布,纤维树脂界面性能大大提高,目前已应用于空军应急跑道、冲锋舟、游艇、防弹器材以及建筑工程结构加固补强等项目中。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计,2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%,年产量约200万t;20世纪90年代美国复合材料产量年均增长率约为4%~6%,2000年产量达170万t;2000年亚洲复合材料总产量约145万t,2005年达180万t。  目前,国内企业继续开发以UHMWPE纤维为增强材料的高性能复合材料,以期在更多的领域替代碳纤维,节约相关装备的制造成本,为推动我国这一重大高科技产业的腾飞做出新的贡献。
  • [资讯] DSM推出第一种黑色医疗级别UHMWPE纤维
    DSM生物医学是生物医学科学和再生医学领域全球解决方案合作的伙伴,在2017年3月8日,推出了迪尼玛纯黑纤维DyneemaPurityBlackfiber,这是目前第一种也是唯一的黑色超高分子量聚乙烯(UHMWPE)医用纤维,是帝斯曼DyneemaPurityUHMWPE产品组合的最新创新。 美国运动医学中心的整形外科医生和医疗主任RichardC.Lehman博士说:“此项产品应用于高强度骨科缝线,其额外的独特的颜色使外科医生能够更有信心地执行手术。通过更好的缝合线管理,我们可以更快地实现结果,同时提高精度。” 迪尼玛纯黑纤维建立在特性以有所研究的DyneemaPurity纤维基础上,其特点包括强度钢强15倍,体积较小,高柔韧性和生物相容性,同时可满足以前未满足的对更复杂的程序的缝合,如肩膀固定,膝韧带和半月板修复。这种创新的黑纤维补充了已经很强大的DyneemaPurity产品系列,可更广泛的用于许多不同的医疗设备,如SGX(白色),VG(蓝色)和RP(不透射线黄)纤维的外科缝线和电缆。 “帝斯曼DSM基于研究生物医学解决方案,致力于改善患者的生活,”DSM生物医学聚乙烯产品管理总监CarolaHansen说。“DyneemaPurityBlackfiber进一步延伸了我们在医疗级聚乙烯领域的领先地位,解决了我们合作伙伴对更智能的缝合和增强设计选择的挑战。Dyneema纯黑纤维为新一代手术产品的打造了坚实的基础,为最复杂的医疗程序做出了必要贡献,希望能够真正的、更多的帮助患者。” 像SGX110和VG110一样,DyneemaPurityBlack纤维最初开发用于运动医学应用的设计,例如整形外科缝合。黑纤维的添加允许在手术过程中并入几种不同纤维颜色,以完成更复杂的缝合线工作。随着矫形软组织修复市场不断增长,DyneemaPurityBlack纤维与周围组织形成强烈对比,为医生提供了更多更好的,进行复杂手术的可能性。 DyneemaPurity®纤维是一种独特的纤维材料。用于生产DyneemaPurity纤维的医疗级技术的特点是其明显具有更高的强度和较低伸的长率。 迪尼玛®是全球超高分子量聚乙烯纤维市场中的一个高端品牌。帝斯曼DSM可为客户提供包括纤维、胶带和单向(UD)板在内的多种形式的产品。迪尼玛®品牌被广泛用于医疗缝合、商业捕鱼、养殖网、绳索、吊索、高性能面料(如防割手套和服装)以及汽车/人员的防弹保护,其用途仍在不断增加。
  • [资讯] HDPE-g-GMA对PA6/UHMWPE共混物性能的影响
    尼龙(PA)是五大工程塑料之一,具有优良的力学性能和较好的耐腐蚀性能,但是PA尤其是PA6的低温冲击性能差,吸水率高、尺寸稳定性差,这极大地限制了PA6的应用。因此改善PA6的冲击性能、提高其尺寸稳定性是一个被广泛关注的课题。 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有优异的耐冲击性、耐磨性、耐低温性能,自润滑性好,它与PA6共混可改善PA6低温冲击强度低、尺寸稳定性差等缺点,从而拓宽PA6的应用范围。但由于UHMWPE是非极性材料,而PA6为强极性材料,两者极不相容,即使在较强的机械作用下也不能形成微观均相体系。甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)分子中含有强活性的环氧基团,可以与某些极性聚合物的官能团发生反应,且比马来酸酐毒性小、腐蚀性较小。近年来GMA接枝物用作增容剂的研究已受到国内外学者的广泛关注。笔者采用自制的GMA接枝高密度聚乙烯(HDPE-g-GMA)为增容剂来改善PA6与UHMWPE的相容性,并通过Molau试验、红外光谱(IR)分析及扫描电子显微镜(SEM)观察等手段研究了HDPE-g-GMA对PA6/UHMWPE共混物的增容作用和对力学性能的影响。 1实验部分 1.1主要原料 PA6:Akulon F223-D,荷兰DSM公司; UHMWPE:M-Ⅱ,分子量250万,北京助剂二厂; HDPE:DGD A6098,齐鲁石油化工公司烯烃厂; GMA:纯度大于97%,市售; 苯乙烯(St):分析纯,天津市科密欧化学试剂公司; 过氧化二异丙苯(DCP):化学纯,上海化学试剂公司; 二甲苯:分析纯,天津大学化工实验厂; 浓硫酸:市售; 其它试剂和助剂均为市售。 1.2仪器与设备 塑化仪:PLE 330型,德国Brabender公司; 同向双螺杆挤出机:TE-35型,南京科亚公司; 注塑机:CT150NC型,广东顺德震雄塑料机械厂; 万能制样机:ZHY-W型,河北承德试验机总厂; 拉力测试仪:250型,上海东方机械厂; 简支梁冲击试验机:SE-2型,上海科学用品仪器制造厂; IR测试仪:VECTOB22型,德国布鲁克公司; SEM:KYKY-2800型,中科院北京科学仪器研制中心。 1.3试样制备 (1)HDPE-g-GMA的制备 将HDPE、GMA单体、St单体、DCP和其它助剂按一定配比预先混合均匀,在塑化仪中进行熔融混合接枝,制得接枝物。接枝反应温度为180℃,转速为30r/min,经测定接枝率为1.58%。 (2)PA6/UHMWPE共混物的制备 将PA6在80℃鼓风干燥箱中干燥12h;小将UH-MWPE(与HDPE共混处理)、HDPE-g-GMA在80℃鼓风干燥箱中干燥3h,然后和其它助剂按一定比例混合均匀,在同向双螺杆挤出机中熔融共混。控制挤出机各段温度分别在160、195、205、220、225℃和230℃下挤出,经空气冷却、牵引、切粒得共混物粒料。将制得的共混物粒料用注塑机注射成型,并在万能制样机上制成所需试样。 1.4性能测试 (1)Molau试验 取适量PA6、PA6/UHMWPE、PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA粒料,分别放入试管中,加入硫酸后静置3d,观察其溶解情况。 (2)SEM观察 将试样在液氮中脆断后进行表面喷金,用SEM观察并拍照。 (3)IR分析用二甲苯分别萃取PA6/UHM-WPE、PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA,取萃取液进行IR测定。 (4)物理力学性能测试缺口冲击强度按GB/T1043-1993测试;另将试样用塑料袋包好,置于-18℃冷冻箱中24h,取出测定低温冲击强度。拉伸强度和断裂伸长率按GB/T1040-1992测试,拉伸速率为50mm/min。吸水性按GB/T1034-1986测试,测试前试样在25℃水中浸24h。 2 结果与讨论 2.1 PA6及其共混物的Molau试验 为了证实增容剂HDPE-g-GMA对PA6/UHM-WPE共混物的增容效果,进行了Molau试验,直观地了解共混物的相容性。 试验发现装有PA6的试管溶液完全透明;装有PA6/UHMWPE的共混物试管溶液呈明显的分层现象,上层为不溶于硫酸的UHMWPE白色絮状物形成的悬浮液,下层为透明的PA6硫酸溶液,层中间有一混浊过渡区;装有PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA共混物的试管溶液为均一而稳定的白色乳浊液。 试验结果表明,HDPE-g-GMA在共混过程中与PA6发生化学反应形成接枝共聚物,该接枝物在PA6与UHMWPE的相界面上起到界面活性剂的作用,降低了界面张力,使PA6与UHMWPE的相界面结合力增强,同时也使UHMWPE的分散相尺寸减小,提高了它在PA6中的分散程度,使得共混物在硫酸中形成了稳定的乳液。从宏观上说明了HDPE-g-GMA对PA6/UHMWPE共混物有增容作用,并使UHMWPE均匀分散于PA6中。 2.2 PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA共混物IR谱图 图1(略)示出PA6/UHMWPE共混物和PA6/UHM-WPE/HDPE-g-GMA的IR谱图,并与UHMWPE的IR谱图进行了比较。 由图1可知,谱线1与谱线2基本相同,只是谱线2在2300cm-1附近和1640cm-1处出现了微弱的PA特征吸收峰,说明PA6/UHMWPE共混物只是简单的机械共混物。谱线3与谱线2相比在3300cm-1附近和1640cm-1附近出现了明显的PA特征吸收峰,表明HDPE-g-GMA分子中的酸酐基团在熔融共混过程中与PA分子上的端氨基发生化学反应,形成了接枝聚合物HDPE/GMA/PA6。至于谱线2出现的微弱PA吸收峰,可以认为是PA和UHM-WPE在熔融共混过程中发生了力化学接枝。谱线3特征:在3300cm-1处有酰胺N-H键伸展峰(PA的特征峰);在2919cm-1处有-CH2-伸展峰(UH-MWPE的特征峰);在1648cm-1处有酰胺C=O键伸缩振动峰(PA的特征峰);在1544cm-1处有酰胺N-H键面内弯曲振动峰;在1462cm-1处有-CH2-弯曲峰(UHMWPE的特征峰);在1373cm-1处谱带分叉,表明二甲基或叔丁基的存在;在1263cm-1、1170cm-1处有C-O-C键伸缩振动峰;在729cm-1处有-CH2-平面摇摆振动峰(UHMWPE特征峰指纹区)。 2.3 PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA共混物的SEM分析 图2(略)为PA6/UHMWPE共混物和PA6/UHM-WPE/HDPE-g-GMA共混物的SEM照片。从图2a可看出,PA6/UHMWPE共混物试样断面中有许多空洞和突出的球状颗粒,这些空洞和突出物的尺寸均较大,且呈不规则分布,两相界面清晰,断面上UHMWPE相粒子表面较光滑;从图2b可看出,PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA共混物试样断面中空洞和突出的球状颗粒的尺寸比PA6/UHMWPE共混物有明显减小,且分布较均匀,两相界面较模糊。 对于PA6/UHMWPE共混物,由于两相间的相容性差,尽管在挤出机的高剪切作用下得到强制混合、分散,但由于热力学相容和机械学共混的矛盾,只能维持较大分散相的动态平衡。同时,由于相容性很差,两相间的分子链相互渗透很少,不易分散,使得共混物在受到冲击时,UHMWPE粒子很容易从断裂表面脱落,且球粒表面光滑。 由Molau试验和IR分析可知,生成的HDPE-g-GMA接枝共聚物增加了界面的粘结强度,使两相界面变得模糊,同时使UHMWPE相颗粒尺寸减小,颗粒较均匀地分散在PA6基体中。 2.4 HDPE-g-GMA对PA6/UHMWPE共混物力学性能的影响 表1 为PA6/UHMWPE共混物与PA6/UHM-WPE/HDPE-g-GMA共混物的力学性能比较。 表1 两种共混物力学性能的比较 从表1可看出,PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA共混物的常温冲击强度比PA6/UHMWPE共混物约提高1倍,低温冲击强度约提高3倍;拉伸强度和断裂伸长率也有所提高。其原因是HDPE/GMA/PA6接枝聚合物有效地改善了PA6和UHMWPE间的相容性。结合图2及其界面分析可知,加入HDPE-g-GMA后UHMWPE在PA6基体中均匀分散,使得共混物在宏观上表现为力学性能显著提高。 2.5 PA6/UHMWPE共混物与PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA共混物的吸水性比较 PA的吸水过程实质上是,PA基体表面先吸附水分子,饱和以后水分子再向基体内部扩散。在PA基体中混入疏水性的UHMWPE后,分散在PA6基体中的UHMWPE组分会阻碍水分子向PA内部扩散,从而降低PA的吸水率。图3(略)示出PA6/UHM-WPE和PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA两种共混物的吸水率。由图3可知,PA6/UHMWPE/HDPE-g-GMA共混物先达到吸水率平衡,且吸水率小于PA6/UHMWPE共混物。这是因为,增容剂的加入改善了PA6与UHMWPE两相间的相容性,使UHM-WPE在PA基体中的分散性提高,分散粒子尺寸减小,两相的粘结性增强,而UHMWPE本身又具有较好的阻水性,因而吸水率降低。 3结论 由Molau试验、IR分析、SEM观察和物理力学性能测试表明,HDPE-g-GMA对PA6/UHMWPE共混物有较好的增容作用。少量的HDPE-g-GMA即可提高PA6/UHMWPE共混物的冲击性能和拉伸性能,降低共混物的吸水率。
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