伸直链（shish）晶体是实现超高分子量聚乙烯（UHMWPE）低维制品优异性能的关键结构。shish晶体通常需要在较强的剪切、拉伸流场中形成。尽管高分子科学家对UHMWPE低维制品的结构演变特别是串晶（shish-kebab晶体）的形成与演变进行了大量研究，但在 UHMWPE加工过程中保留shish晶体，进而研究shish-kebab晶体形成与演变方面尚未进行深入探究，特别是通过冻胶成型工艺制备的UHMWPE低缠结体系。冻胶成型工艺利于分子链发生解缠结，利于促进shish-kebab晶体的形成与演变，从而为制备具有更优异性能的UHMWPE制品提供了基础。

      基于上述背景，宁波大学材料科学与化学工程学院王宗宝教授团队从低缠结UHMWPE薄膜晶体结构演变的角度出发，利用UHMWPE树脂中shish晶体和普通片晶溶解能力的差异，保持树脂中的shish晶体不被溶解，在冻胶成型工艺的树脂溶解阶段得到含有大量棒状shish晶体的溶液，从而制备保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜。并利用原位SAXS/USAXS/WAXD和离线SEM、DSC等手段研究了保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜热拉伸过程的晶体结构演变，以及不同拉伸温度对保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜结构演变的影响。

      工作首先通过对UHMWPE薄膜的DSC、SEM和流变测试，证明了UHMWPE树脂中存在的shish晶体可以保留至薄膜制品中，成功制备保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜（图1）。然后利用上海光源原位SAXS/USAXS/WAXD对保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜热拉伸过程中的晶体结构演变进行深入探索。研究结果表明，保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜热拉伸过程中保留的shish晶体能够促进shish-kebab晶体的形成和演变，100 ℃、110 ℃拉伸，分子链活动性较弱，保留的shish晶体沿拉伸方向取向速度相对慢一些，但相比于未保留shish晶体的薄膜样品，拉伸后的薄膜晶体结构更加完善，性能明显提升；120 ℃、130 ℃高温拉伸分子链活动性好，更加利于保留shish晶体热拉伸过程中促进shish-kebab的形成与演变（图2、图3和图4）。结合上述结果可以得到保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜热拉伸过程中的结构演变机理（图5），这为shish-kebab晶体的形成与演变机理以及UHMWPE制品的冻胶挤出成型工艺开发提供新的理论指导及实验基础。

图1 保留shish晶体的低缠结UHMWPE初始薄膜的（a）DSC曲线及（b）SEM图。

图2 保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜不同温度拉伸的原位二维 SAXS 图。

图3 保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜不同温度拉伸的原位二维 USAXS 图。

图4 保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜不同温度拉伸的原位二维 WAXD图。

图5 保留shish晶体的低缠结UHMWPE薄膜不同温度拉伸的晶体结构演变机理图。

     该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。本篇论文的第一作者为宁波大学材料科学与化学工程学院硕士研究生高佳伟，论文通信联系人为宁波大学材料科学与化学工程学院王宗宝教授。

原文信息：

Structural Evolution of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Low-Entangled Films with Reserved Shish Crystals During Hot Stretching

Gao, J. W.; Chen, L.; Zhong, Y. S.; Xing, C. W.; Li, Y. G.; Wang, Z. B.

Chinese J. Polym. Sci. 

DOI: 10.1007/s10118-024-3143-3