Nanoscale effects of TiO2nanoparticles on the rheological behaviors of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE)

超高分子量聚乙烯 材料科学 聚乙烯 纳米颗粒 流变学 复合材料 摩尔质量 纳米复合材料 纳米尺度 聚合物 降水 微观结构 复合数 化学工程 纳米技术 物理 工程类 气象学
作者
Yang Sui,Yi Cui,Peng Wei,Chuanbo Cong,Xiaoyu Meng,Hai‐Mu Ye,Qiong Zhou
出处
期刊:Soft Matter [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:19 (29): 5459-5467 被引量:5
标识
DOI:10.1039/d3sm00168g
摘要

Considering the molar mass between entanglements to be an intrinsic property of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), the number of entanglements per chain increases with increasing molar mass, correspondingly making the UHMWPE intractable. Herein, we dispersed TiO2 nanoparticles with different characteristics into UHMWPE solutions to disentangle the molecular chains. Compared with the UHMWPE pure solution, the viscosity of the mixture solution declines by 91.22%, and the critical overlap concentration increases from 1 wt% to 1.4 wt%. A rapid precipitation method was utilized to obtain UHMWPE and UHMWPE/TiO2 composites from the solutions. The melting index of UHMWPE/TiO2 is 68.85 mg, which is in sharp contrast to that of UHMWPE which is 0 mg. We characterized the microstructures of UHMWPE/TiO2 nanocomposites using TEM, SAXS, DMA, and DSC. Accordingly, this significant improvement in processability contributed to the reduction of entanglements and a schematic model was proposed to explain the mechanism by which nanoparticles disentangle molecular chains. Simultaneously, the composite demonstrated better mechanical properties than UHMWPE. In summary, we provide a strategy to promote the processability of UHMWPE without sacrificing its outstanding mechanical properties.
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