利用低纏結UHMWPE粉末燒結制備低纏結UHMWPE預制膜為實現(xiàn)超高強超高模UHMWPE薄膜的無溶劑、一步法拉伸加工提供了可能。UHMWPE的燒結是一個熔融-再結晶過程，燒結過程中初生低纏結UHMWPE的纏結密度有增大趨勢，增大程度對熔融-結晶條件（燒結工藝）有強烈依賴性。將原料的低纏結狀態(tài)最大限度保留到燒結制品中是燒結法制備低纏結UHMWPE膜的關鍵，涉及到低纏結UHMWPE熔融-再結晶過程中分子鏈纏結演變與調(diào)控、纏結與性能關系問題是高分子物理和加工關注的重要科學問題。
針對上述問題，鄭州大學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）和低纏結超高分子量聚乙烯（l-UPE）在燒結過程中的加熱速率（S）和溫度（T），實現(xiàn)熔融過程的控制，使得熔體具有不同程度的纏結。同時，研究了熔融行為與鏈纏結之間的關系，以及熔融過程中纏結的變化機制。利用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）在熔點以上仍保持高彈態(tài)，力學性能完全依賴于纏結網(wǎng)絡的特性，采用了熔點以上拉伸實驗的彈性模量來表征鏈纏結度。結果顯示，實驗成功制備了纏結度較低的制品，并且實現(xiàn)了制品纏結度的較大范圍調(diào)控。
研究表明，加熱速率對制品中鏈纏結密度具有規(guī)律性影響（圖1），以S = 1 ℃/min為界限，S ≤ 1 ℃/min時，纏結密度隨加熱速率幾乎不增加（c-UPE）或增加較小（l-UPE），S ＞ 1 ℃/min纏結密度迅速增加，且與加熱速率成正比。鏈纏結增長程度與不同加熱速率下初生晶體的熔融行為強烈相關，快速加熱（S ＞ 1 °C/min）時晶格限制的快速消除將發(fā)生鏈迅速擴散(熔融爆炸)，快速形成高度纏結（圖2a），慢速加熱（S ≤ 1 °C/min）時，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，低纏結特性得以保留。不同的熔融行為下制品中保留了不同的纏結度，例如l-UPE在T = 210 ℃時，S = 0.1 ℃/min比S = 15 ℃/min纏結度低40%。相較于快速加熱成型的c-UPE， l-UPE（S = 0.1 °C/min, T = 150 °C）只有其纏結度的31.7%，盡可能多的保留了低纏結特性。
該工作以“Research on Chain Diffusion and Entanglement via Controlling the Sintering Process of Nascent UHMWPE”為題發(fā)表在《Macromolecule》上。文章第一作者為鄭州大學博士生王文博，通訊作者為陳靜波教授。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c02361
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