提高超高分子量聚乙烯的耐磨性：交联与结晶

耐磨性能是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制品的重要评价指标,其增强机理为在摩擦表面阻止分子链滑移和脱落.改善耐磨性在本质上是形成有效的分子链整体网络.对于人工关节用交联UHMWPE模塑料,辐照改性会残存有自由基,容易造成氧化降解,破坏长期耐久稳定性.发展能够替代辐照交联的新方法,具有重要的现实意义.在本文中,我们选用不同分子量(M_w)的原料树脂,通过改变结晶热历史实现结晶度(X_c)大范围调节,以及改变γ辐照剂量调整交联密度(V_d).测定了各种样品的体积磨损率,建立X_c、V_d、M_w与磨损率的关系.研究发现,随着X_c、V_d、M_w增加,磨损率线性降低;更为重要的是,对于所有分子量的UHMWPE,通过增加结晶度能够使磨损率降至比传统辐照交联方法更低的水平.利用高结晶度改善耐磨性,由于不会引起活性自由基,从根本上消除了氧化风险,具有明显的优势.研究结果为发展新型的高耐磨人工关节用UHMWPE模塑料提...     

超高分子量聚乙烯烧结制品的链缠结调控及其对性能影响

利用新的单中心Ziegler-Natta(Z-N)催化剂,通过干预分子链的生长与聚集行为,可获得低缠结的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)初生树脂.本研究利用这类低缠结UHMWPE,通过设置不同的烧结温度(Ts)来改变熔体缠结状态,并探讨了链缠结程度对烧结制品结构与性能的影响.实验结果表明TS=220℃下,UHMWPE样品发生显著的复缠,造成高缠结度;而Ts=170℃下,初始低缠结状态能够得以充分保留,从而获得了缠结度具有明显差别的不同样品.示差扫描量热法(DSC)测试表明,在Ts=170℃下,低缠结度有利于在随后等温及冷却结晶过程中生成高熔点(最高达141℃)晶体与高的结晶度(最高达65%).力学测试表明低缠结度制品的综合力学性能显著提升,其中屈服强度提高72%,拉伸断裂强度提升139%,弹性模量提升162%以及断裂伸长率提升36%,实现了同时增强增韧.这就提供了一种从调节链缠结温度实现UHMWPE烧结制品高性能化的新思路.