Pursuit of the correlation between yield strength and crystallinity in sintering-molded UHMWPE

超高分子量聚乙烯烧结制品屈服强度与结晶度之间关系的研究

董澎，张琴，王柯*，朱本虎，苏伟，李军方，傅强*

      对于半晶聚合物，结晶度 (X_c)作为一个重要的结构参数，与材料的力学性能紧密相关。然而对于超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)，由于极高的缠结密度，在烧结成型中很难有效调控UHMWPE的X_c范围。本工作中，通过减少UHMWPE初生粉末中的缠结，降低烧结温度，以及等温结晶后处理的方式，成功调控制品的X_c范围从29%至65%。通过研究结晶结构与力学强度的关系，可以发现UHMWPE和高密度聚乙烯 (HDPE) 制品中屈服强度与X_c之间具有良好的线性关系，而且在UHMWPE中由X_c提升引起的力学增强效率是高于HDPE的。通过一系列结构表征，可以发现这要归因于二者晶相以及非晶相微观结构之间的差异，本工作对制备结晶调控高性能UHMWPE制品具有重要意义。

Fig. 1. (a) SEM images, (b) DSC thermograms, (c) Rheological curves of UHMWPE nascent powders, (d) T_mand X_c as a function of isothermal duration (t_c) for both of l-UPE and com-UPE,  (e,f) Crystalline morphologies of samples sintered at T_s = 190 ℃ and t_c= 540 min, (g) Elastic modulus versus frequency of the l-UPE samples sintered at T_s = 170 ℃ and T_s = 220 ℃, (h) T_m and X_c as a function of isothermal duration (t_c)for l-UPE sintered sample, (i,j) Crystalline morphologies of l-UPE samples sintered at differentT_s and t_c = 540 min,(k,l) Yield strength as a function of X_c and T_m for all the sintered samples of different nascent powders, T_s, t_c and MWs and (m) Correlations between yield strengthand X_c of the sintered UHMWPE and HDPE (data obtained from this work denoted by filled symbols and the literatures as half filled symbols)

Fig. 2. (a) Lorentz-corrected intensity profiles I(q)q²as a function of the scattering vector, q, of the l-UPE and HDPE samples sintered at 170 ℃, (b) Raman spectra of the l-UPE and HDPE samples sintered at 170 ℃ and isothermally crystallized at 124 ℃, (c) Elastic modulus versus frequency of the l-UPE and HDPE samples sintered at T_s= 170 ℃ and (d) Graphic illustration

    相关成果以“Pursuit of the correlation between yield strength and crystallinity in sintering-molded UHMWPE” 发表在Polymer (Polymer, 2020, DOI: 10.1016/j.polymer.2020.123352)上。四川大学高分子学院的董澎博士为本论文的第一作者，通讯作者为四川大学高分子学院的傅强教授和王柯教授。感谢国家自然科学基金(No. 51973139) 和科技部国家重点研发计划项目(2020YFC1107004) 对本工作的支持！

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386120311770

资料提供：董澎

审核：吴凯

编辑：张玮