铜低密度聚乙烯纳米复合材料的骨架演变及辐射调控研究.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
铜/低密度聚乙烯纳米复合材料的骨架演变及辐射调控研究
姓名:刘叶
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:蔡水洲
2011-01-08
华中科技大学硕士学位论文
摘要
宫内节育器(Intrauterine Device, IUD)以其有效、安全、经济、简便、可逆等特点,
成为全球使用最为广泛的避孕工具之一。在众多的 IUD 材料中,铜/低密度聚乙烯复
合材料以其具有的多种优点而成为目前 IUD 研究的热点。目前关于金属/聚合物复合
材料的研究中,主要集中在通过改变第二相来调控复合材料的结晶度、力学性能以
及老化性能等,而通过调控基体改变复合材料各方面性能的研究比较少。
本文首先通过恒电位极化加速复合材料中铜的腐蚀,然后利用电化学阻抗谱法
研究复合材料中铜释放出来后剩余骨架的变化情况;同时研究了这种材料经过不同
剂量的γ射线辐照处理后,在铜离子不断释放出来的过程中材料性能和微观结构的
变化情况。研究发现,纳米铜/低密度聚乙烯复合材料在铜颗粒不断腐蚀成铜离子并
释放出来的过程中,铜颗粒原来占据的位置没有被保留下来,而是由于分子链的重
排和迁移,生成了较大的孔洞缺陷等。对于我们所研究的铜/低密度聚乙烯复合材料,
聚乙烯不单起到力学支持作用,还起到对铜离子的控释作用,聚乙烯基体发生的变
化对 IUD 使用后期铜离子的释放和安全放置都是不利的。
对于经过不同剂量辐照的复合材料,其力学性能、结晶度、接触角、微观结构
和自由体积等都发生了较大变化。随着辐照剂量的提高,复合材料的断裂伸长率和
抗拉强度均有所下降,且抗拉强度下降明显;材料表面也从典型的疏水性变为亲水
性;自由体积平均尺寸变小;SEM 图也能够看到交联网络状结构存在,但是在 400KGy
的高辐照剂量条件下的材料并未看到交联网状结构的存在,说明在较高辐照剂量下,
材料以辐照裂解为主。
复合材料在硝酸溶液中浸泡加速铜的腐蚀和释放,铜在逐渐被腐蚀释放出铜离
子的过程中,剩下的聚乙烯基体骨架会发生变化,尤其是未经过辐照的材料,在浸
泡过程中,断裂伸长率有很明显的下降,抗拉强度也略有降低,结晶度也有较大幅
度的减小,SEM 显示聚乙烯基体呈现坍塌状和片层状结构,并有大量的微米尺寸的
孔洞出现,很多大孔洞互相连通形成沟壑,铜离子释放速度也发生了很大变化;而
I
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经过较低剂量辐照的复合材料在浸泡过程中,断裂伸长率、抗拉强度、结晶度都有
所下降,但是较未经辐照的材料变化幅度较小,微观结构也出现少量的片层状结构
和一些较大尺寸的孔洞等;经过较高剂量辐照的复合材料在浸泡过程中,微观结构
仅有少量的微孔出现,断裂伸长率和抗拉强度没有减小反而升高,结晶度基本没有
变化,铜离子释放性能比较稳定。


关键词:Cu/LDPE 复合材料;电化学阻抗谱;骨架;γ射线辐照;性能;结构

II
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Abstract
Being effective, safe, economic, intrauterine and simple, reversible device (IUD) is
one of the most popular contraceptive methods that were used all around the world.
Recently, Cu-IUD has been widely investigated and employed due to great contraceptive
effect of copper.
The copper/low-density polyethylene (Cu/LDPE) composite is one kind of new IUD
materials, because it has many kinds of merits to e the hot spot of the present IUD
research. Currently the research of the metal/posite focused on the second
phase, by regulating the second phase to change the crystallinity, mechanical properties
and anti-aging properties, and on the research of matrix is less, and on the research of