深圳大学徐坚、朱才镇教授团队 ACS Macro Lett.：超高分子量聚乙烯膜在拉伸作用下的应力稳定态结晶相

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超高分子量聚乙烯（UHMWPE）以其卓越的机械性能而闻名，牵伸加工是材料后处理的关键步骤，但在加工过程中，往往会引发UHMWPE结晶结构的复杂演变，包括应力稳定态结晶结构的形成。目前对这一领域的研究尚未完全明晰，尤其是在蠕变的情况下。了解UHMWPE在拉伸应力下的应力稳定态结晶结构对材料的性能调控至关重要。

近期，深圳大学低维材料基因工程研究院徐坚、朱才镇教授团队利用时间分辨广角散射（TR-WAXS，SSRF）技术原位研究了UHMWPE双轴拉伸膜在等速牵伸下（Fig.1）及恒力负载（蠕变）状态下(Fig.2)的应力稳定态结晶结构的生成与演变。这些应力稳定态结晶相出现在牵伸过程的不同阶段，特别是在蠕变过程中中，不同负载下的蠕变曲线（Fig2 a）及生成的应力稳定态结晶相（Fig.2 d、e）亦有差异。结合分子优化（MOLOPT）Godecker-Teter-Hutter（GTH）双ζ价单极化短程（DZVP-MOLOPT-SR-GTH）基组和GTH-PBE赝势，模拟计算了UHMWPE的应力稳定态结晶相的结晶结构（Fig. 3）。UHMWPE在应力作用表现出除传统正交晶相外的两种应力稳定态结晶相的结晶结构：一种是应力稳定态正交晶相（与传统正交晶相仅存在约0.7埃的差异），另一种是应力稳定态单斜晶相。这项研究工作系统的研究了UHMWPE双轴拉伸膜在应力牵伸作用下的应力稳定态晶型转变，为调控UHMWPE最终性能提高其适用场景提供了新的实验支持。该工作以“Stress-stabilized crystalline phases of ultra-high molecular weight polyethylene under tensile stress”为题发表在《ACS Macro Letters》上，本文的第一作者是浙江理工大学与深圳大学联培的博士生张昊。该工作得到了自然科学基金、广东省珠江人才团队、深圳科技计划基金的支持。

图一：UHMWPE膜在时间分辨广角散射的原位表征结果（左上为原始数据）

图二：(a) UHMWPE在不同负载下的蠕变曲线; (b，d)UHMWPE在最大断裂强度的20%负载下的原位蠕变实验结果；（c, e）UHMWPE在最大断裂强度的30%负载下的原位蠕变实验结果.

图三：通过VESTA生成的UHMWPE膜在应力作用下的三种晶相结构。（a）正交晶相和应力稳定态正交晶相；（b）应力稳定态的单斜晶相；(c):通过计算得到的三种晶相的XRD谱图与在UHMWPE膜在牵伸倍率为100%下的实验数据的对比。

该工作是深圳大学徐坚、朱才镇教授团队关于高性能纤维及复合材料的最近研究进展之一。该团队长期从事高性能纤维及复合材料的研究（UHMWPE纤维、碳纤维、原位表征、高性能树脂）。

原文链接
https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.3c00462

深圳大学低维材料基因工程研究院

深圳大学低维材料基因工程研究院是徐坚教授牵头成立的学术研究机构，研究院以“改变人类的生活、生产方式和加深人类对世界的认知”为愿景，以材料基因工程技术加速高分子材料及高性能纤维的研发及工程化应用。研究院现有老师15人，研究生70多人。研究院近几年开发了SK99级UHMWPE纤维并实现了产业化，与企业联合开发了T1000级超高性能碳纤维并实现了千吨工程线量产（良品率≥95%）。研究团队的成果被人民日报、人民网等国内主流媒体专题报道。

研究院建设了干法、湿法、熔纺等纺丝试验线和一条十吨级的UHWMPE纤维试验线，还建设了纤维展纤、编织的小试线和热塑性、热固性复合材料成型试验线各一条。研究院还采购了DSC、TG、流变、DMA、TMA、GPC、红外、二维SAXS/WAXD、SEM等各种现代分析表征设备。欢迎各位同学报考我们的硕士研究生和博士研究生，也欢迎各位博士加盟团队。联系人：朱老师，[e-mail]

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