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  利用低纏結(jié)UHMWPE粉末燒結(jié)制備低纏結(jié)UHMWPE預(yù)制膜為實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)超高模UHMWPE薄膜的無溶劑、一步法拉伸加工提供了可能。UHMWPE的燒結(jié)是一個(gè)熔融-再結(jié)晶過程，燒結(jié)過程中初生低纏結(jié)UHMWPE的纏結(jié)密度有增大趨勢，增大程度對(duì)熔融-結(jié)晶條件（燒結(jié)工藝）有強(qiáng)烈依賴性。將原料的低纏結(jié)狀態(tài)最大限度保留到燒結(jié)制品中是燒結(jié)法制備低纏結(jié)UHMWPE膜的關(guān)鍵，涉及到低纏結(jié)UHMWPE熔融-再結(jié)晶過程中分子鏈纏結(jié)演變與調(diào)控、纏結(jié)與性能關(guān)系問題是高分子物理和加工關(guān)注的重要科學(xué)問題。

  針對(duì)上述問題，鄭州大學(xué)陳靜波教授課題組通過控制初生商用超高分子量聚乙烯（c-UPE）和低纏結(jié)超高分子量聚乙烯（l-UPE）在燒結(jié)過程中的加熱速率（S）和溫度（T），實(shí)現(xiàn)熔融過程的控制，使得熔體具有不同程度的纏結(jié)。同時(shí)，研究了熔融行為與鏈纏結(jié)之間的關(guān)系，以及熔融過程中纏結(jié)的變化機(jī)制。利用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）在熔點(diǎn)以上仍保持高彈態(tài)，力學(xué)性能完全依賴于纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)的特性，采用了熔點(diǎn)以上拉伸實(shí)驗(yàn)的彈性模量來表征鏈纏結(jié)度。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)成功制備了纏結(jié)度較低的制品，并且實(shí)現(xiàn)了制品纏結(jié)度的較大范圍調(diào)控。

  研究表明，加熱速率對(duì)制品中鏈纏結(jié)密度具有規(guī)律性影響（圖1），以S = 1 ℃/min為界限，S ≤ 1 ℃/min時(shí)，纏結(jié)密度隨加熱速率幾乎不增加（c-UPE）或增加較小（l-UPE），S ＞ 1 ℃/min纏結(jié)密度迅速增加，且與加熱速率成正比。鏈纏結(jié)增長程度與不同加熱速率下初生晶體的熔融行為強(qiáng)烈相關(guān)，快速加熱（S ＞ 1 °C/min）時(shí)晶格限制的快速消除將發(fā)生鏈迅速擴(kuò)散(熔融爆炸)，快速形成高度纏結(jié)（圖2a），慢速加熱（S ≤ 1 °C/min）時(shí)，l-UPE 發(fā)生晶體由外向內(nèi)的連續(xù)熔融（圖2b），內(nèi)部初生晶體熔融后不與其它分子鏈纏結(jié)，低纏結(jié)特性得以保留。不同的熔融行為下制品中保留了不同的纏結(jié)度，例如l-UPE在T = 210 ℃時(shí)，S = 0.1 ℃/min比S = 15 ℃/min纏結(jié)度低40%。相較于快速加熱成型的c-UPE， l-UPE（S = 0.1 °C/min, T = 150 °C）只有其纏結(jié)度的31.7%，盡可能多的保留了低纏結(jié)特性。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c02361