脉振频率对脉振模压成型UHMWPE结构与性能的影响

现有超高分子量聚乙烯(UHMWPE)静态成型方法普遍存在成型周期长、能耗高、极易出现热分解等问题,其制品的初生相特征结构被彻底消除使其难以同时具有良好的力学性能和耐磨性能。为此,文中采用脉振模压(PVM)成型技术,在低温下高效地制备了UHMWPE样品(PVM-UHMWPE),并研究了熔融热压阶段不同脉振频率对PVM-UHMWPE样品微观结构与宏观性能的影响规律。结果表明:脉振模压作用引起UHMWPE颗粒相互摩擦,能促进UHMWPE颗粒界面熔合,实现低温成型,这能保留UHMWPE初生相高规整度、高结晶度的特征结构,从而提高样品的整体结晶度和晶片厚度;随着熔融热压阶段脉振频率的增大,脉振作用增强,UHMWPE颗粒界面固结质量提高,PVM-UHMWPE的屈服强度、拉伸模量、断裂强度和断裂功均得到改善,但当脉振频率超过3.0 Hz后,脉振作用对UHMWPE初生相高规整度、高结晶度特征结构的破坏程度加剧,使PVM-UHMWPE的整体结晶度和熔点均降低,在未能进一步增强断裂韧性的同时,致使样品的拉伸模量下降;相对于成型周期长一倍、成型温度高40℃的普通模压样品(CM-210℃-60min),成型温度为170℃、熔融热压阶段脉振频率为3.0Hz的PVM-UHMWPE样品(PVM-170℃-3.0 Hz)的屈服强度、拉伸模量分别提升了大约9%和23%,磨损率和磨损指数分别下降了大约24%和22%,即相对于CM-210℃-60 min样品,PVM-170℃-3.0Hz样品具有更高的机械强度和更好的耐磨性能。

脉振模压成型对UHMWPE中空制件结构与性能的影响

为了提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中空制件的机械性能和耐磨性能,采用自主研制的中空制件成型模具,在模压成型过程中引入脉冲振动,使物料在脉冲压力下实现成型,并通过拉伸测试、砂浆磨耗测试、热分析测试、密度测试和2D-WAXD(二维广角X衍射仪)测试,研究脉冲振动对制件微观结构及宏观性能的影响,同时与静态成型条件下的中空制件对比。结果表明:在致密化阶段施加脉冲振动可有效提高制品的致密化程度;在冷却结晶阶段施加脉冲振动时,制品的取向度与结晶度均得到提高。脉振条件下成型制件的拉伸性能和耐磨性能均优于静态条件下成型的制件。