超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料,在多个领域发挥着重要作用。本书依托高分子工程的基本科学问题,对UHMWPE 进行了系统全面、深入浅出的论述,简明扼要地分析讨论了UHMWPE 产品工业化过程中催化剂、聚合物的制备与聚合物成型加工工艺及规模化生产中遇到的关键技术难点和实际挑战,以及如何从最基本的基础知识出发,提出解决相关问题的方法与建议。本书既在基础理论方面作了较深入的论述,又总结了许多实践方面的经验,反映了近年来UHMWPE 领域的最新科技成果和未来发展动态,在理论和实践、继承和创新等方面展现出显著优势。
本书适合作为高等院校化学、化工、材料等相关专业研究生和高年级本科生的教材使用,也可供相关领域的高等学校教师、科研人员,以及工艺和设备设计、生产及经营管理等方面的技术人员、科研管理人员参考。
第1章 绪论 001
1.1 UHMWPE 简介 005
1.2 UHMWPE 主要应用领域 008
1.3 UHMWPE 现状 012
1.4 UHMWPE 发展简史 015
1.5 UHMWPE 树脂制备 018
1.6 UHMWPE 树脂成型加工 020
1.7 UHMWPE 纤维市场需求 030
1.8 UHMWPE 产品工程化建议 032
第2章 UHMWPE 流变学 037
2.1 流变学概况 038
2.2 UHMWPE 流变学基础解析 048
2.2.1 UHMWPE 流变学研究进展 049
2.2.2 UHMWPE 流变行为主要影响因素 050
2.2.3 流变学基本参数 051
2.3 UHMWPE 树脂熔体拉伸流变学 059
2.4 UHMWPE 凝胶流变行为 061
2.4.1 线性黏弹区 063
2.4.2 浓度对 UHMWPE 黏弹性的影响 064
2.4.3 温度对 UHMWPE 凝胶流变行为的影响 065
2.4.4 剪切速率对 UHMWPE 黏度的影响 065
2.5 UHMWPE/ 白油体系溶解过程 066
2.6 解缠结 UHMWPE 分子链 072
2.6.1 基于溶剂的链缠结调控方法 076
2.6.2 基于结晶行为的链缠结调控方法 077
2.6.3 基于共混改性的链缠结调控方法 078
2.6.4 基于液晶高分子的链缠结调控方法 080
2.6.5 基于加工力场的链缠结调控方法 089
2.7 冻胶纺丝中 UHMWPE 降解行为 092
2.8 熔纺改性 UHMWPE 热降解流变行为 096
第3章 UHMWPE 树脂制备工程 101
3.1 UHMWPE 聚合技术 102
3.2 UHMWPE 树脂制备工艺 103
3.2.1 淤浆聚合工艺 104
3.2.2 气相聚合工艺 109
3.3 UHMWPE 制备催化剂技术 115
3.3.1 UHMWPE 聚合催化剂类型 116
3.3.2 新型催化剂研究进展 130
3.4 UHMWPE 催化剂工业化制备 131
3.5 UHMWPE 树脂制备工程化问题 135
3.6 工业流化床 UHMWPE 制备模拟 149
3.7 UHMWPE 树脂主要指标 156
3.8 UHMWPE 非等温结晶行为及其结晶动力学 158
3.8.1 非等温结晶行为 160
3.8.2 非等温条件下结晶动力学 162
第4章 UHMWPE 成型加工工程 166
4.1 成型加工简介 167
4.2 螺杆挤出成型 169
4.2.1 单螺杆挤出成型 169
4.2.2 双螺杆挤出成型 181
4.3 UHMWPE 主要成型加工方法 183
4.3.1 模压成型 184
4.3.2 挤出成型 188
4.3.3 注射成型 192
4.3.4 吹塑成型 195
4.3.5 冻胶纺丝 197
4.3.6 润滑挤出(注射) 199
4.3.7 固态挤出成型 202
4.3.8 热处理后压制成型 205
4.3.9 UHMWPE 静电纺丝 208
4.3.10 其他成型方法 210
4.4 UHMWPE 薄膜成型 218
4.4.1 UHMWPE 薄膜成型进展 218
4.4.2 UHMWPE 膜材料制备方法 220
4.4.3 UHMWPE 膜微孔材料表征 230
4.5 UHMWPE 成型加工工程问题 233
第5章 UHMWPE 纤维制备工程 240
5.1 UHMWPE 纤维制备工艺 241
5.1.1 溶液冻胶纺丝法简介 241
5.1.2 UHMWPE 纤维制备原理 242
5.1.3 UHMWPE 纤维制备 244
5.1.4 纤维成型过程中微观结构演变 247
5.2 UHMWPE 纤维制备主要工艺 249
5.2.1 荷兰帝斯曼公司工艺 249
5.2.2 美国 Honeywell 公司工艺 250
5.2.3 日本三井化学公司工艺 250
5.2.4 UHMWPE 纤维制备工艺比较 251
5.3 UHMWPE 纤维制备技术路线 254
5.3.1 高压固态挤出法 254
5.3.2 表面结晶生长法 257
5.3.3 超拉伸或区域高倍拉伸法 259
5.3.4 增塑熔融纺丝法 262
5.3.5 冻胶纺丝方法 264
5.4 工业化 UHMWPE 纤维制备方法 268
5.4.1 干法路线纺丝 269
5.4.2 湿法路线纺丝 271
5.4.3 冻胶纺丝工程问题 274
5.4.4 熔融纺丝路线 288
5.5 UHMWPE 热拉伸技术 295
5.6 UHMWPE 纤维结晶行为 300
5.7 UHMWPE 纤维结构表征 305
第6章 UHMWPE 改性工程 313
6.1 UHMWPE 纤维表面改性方法 315
6.1.1 电晕放电改性 315
6.1.2 辐射接枝改性 317
6.1.3 等离子体处理改性 320
6.1.4 化学氧化改性 322
6.1.5 涂层改性 325
6.2 UHMWPE 制件改性方法 328
6.2.1 流动改性剂改性 328
6.2.2 共混改性 329
6.2.3 化学反应改性 331
6.2.4 偶联剂改性 333
6.2.5 辐射改性 336
6.2.6 液晶高分子改性 338
第7章 UHMWPE 主要应用 342
7.1 UHMWPE 锂电池隔膜 343
7.1.1 锂电池隔膜制备工艺 345
7.1.2 双向拉伸对隔膜性能影响 356
7.1.3 拉伸温度对隔膜成膜性能影响 360
7.1.4 溶胀对隔膜性能影响 365
7.1.5 锂电池隔膜功能化改性 368
7.1.6 锂电池隔膜性能表征 375
7.2 中空纤维膜 379
7.3 UHMWPE 管材 382
7.4 UHMWPE 板材 386
7.5 蓄电池隔板 390
7.6 人工关节 396
7.7 阻燃 UHMWPE 纤维 399
7.8 UHMWPE 防弹材料 404
7.9 UHMWPE 纤维复合材料 411
7.9.1 热固性树脂基体 412
7.9.2 热塑性树脂基体 412
7.9.3 UHMWPE 纤维界面性能 413
7.9.4 纤维增强复合材料织造与复合工艺 413
7.9.5 织物增强复合材料 414
7.10 UHMWPE 高温降解与利用 418
7.10.1 UHMWPE 热降解机理 418
7.10.2 影响 UHMWPE 热降解因素 420
7.11 对 UHMWPE 材料的思考 422
参考文献 425
作者简介 430