甲壳素纳米晶填充超高分子量聚乙烯溶液的流变行为研究

• 作 者: 沈素丹
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 超高分子量聚乙烯 甲壳素纳米晶 纳米填料 流变行为

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为一种高性能工程材料，拥有超强的拉伸强度和拉伸模量、极低密度、低摩擦系数、强耐磨损性和优秀的抗冲击韧性等优异的性能。但是，UHMWPE的黏均分子量达到百万级以上，其分子链极长，分子链间无规缠结，使UHMWPE对热运动反应迟缓，熔体黏度高达108pa·s，熔体流动速率几乎为零，限制了它的加工应用。　　
本文通过酸水解甲壳素，得到长度200～400nm，直径为20～40nm的一维纤维棒状的CNW。利用旋转流变仪的圆筒测量了CNW/UHMWPE/十氢萘溶液的流变行为。CNW作为一维生物纳米晶须，其加入量在1～5wt％时，有效降低了UHMWPE/十氢萘溶液的黏度，改善了溶液的流动性。当CNW的加入量大于5wt％时，UHMWPE/十氢萘溶液的黏度又逐渐升高。　　
CNW经过O-乙酰化改性之后，制备得到Ac-CNW，形貌尺寸未发生明显变化，消除部分团聚效应的影响。实验证明，Ac-CNW对UHMWPE/十氢萘复合溶液的流变行为的影响与未改性前无明显区别。　　
因此，选用不同形貌的纳米粒子与UHMWPE溶液复合，研究不同形貌的纳米粒子对UHMWPE溶液流变性能的影响。选用与CNW尺寸相似的的一维棒状纳米材料羟基磷灰石(HAP)时，对UHMWPE凝胶溶液流动性的改善与CNW改善效果相似。此外，选用一维片状纳米蒙脱土(MMT)时，填充对UHMWPE溶液的流动性也有所改善。然而，加入球状纳米粒子SiO2时，UHMWPE溶液体系黏度上升。结果表明，纳米粒子的化学组成对UHMWPE溶液的流变性能影响不大，纳米粒子的形貌是UHMWPE溶液体系流变性能的影响的重要因素。　　
UHMWPE流动性的改善对其加工和应用都有着重大意义，纳米粒子的加入不仅提高了其加工流动性，更为新型高性能UHMWPE纳米复合材料的制备提供了方向。