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超高分子量聚乙烯初生反应粉末的固态压实和拉伸

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Yong Lak Joo,1 Huajun Zhou,1 Seung-Goo Lee,2 Hwan-Koo Lee,3 Jae Kyung Song3

摘要:通过直接的辊压成形—之后是熔点之下的定向拉伸,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的连续生产己被研究。在有可溶镁化合物参与的情况下，通过乙烯的聚合来制备本研究中的UHMWPE反应粉末，甚至在低反应温度下也有高产量。独特的多微孔的粉末状态有助于将UHMWPE粉在低于熔点温度下压制成连续的条状。对此条状物进行的小角度、X射线散射研究揭示了：在压制的过程中，随着拉伸比的提高，相对长而有序的折叠链晶体己形成，而且能被转化为延展链晶体。我们的结论也揭示了：此纤维的的可纺性、可拉长性和热性能依赖于聚合和固态加工条件。被拉成拉伸比为90的纤维的抗拉强度是2.5GPa，拉伸模量是130GPa。最后，用等离子氧处理此固态被拉伸纤维，其界面抗剪强度提高了。

介绍：
对于无溶剂、高模量高强度PE的生产，已有很久的兴趣。大部分的无溶剂生产工艺用的都如UHMWPE的聚合、结晶。公认的：在一定的试验条件下，单体可同时被聚合和结晶成为非缠绕结构。在相对低的温度下，通过矾催化剂系统在载玻片上的沉积（之后是乙烯的聚合），UHMWPE膜产生了。另一条路线是粉末加工的应用。在有支持SiO2矾催化剂参与的情况下，在低温下合成的初生UHMWPE反应粉末被压实和拉伸。可是这此方法缺乏工业意义，原因是产量太低、而且不能用连续的生产方法。Danamoto et al. 采用了对粉的两级拉伸方法，得到了100GPa的拉伸模量。Nippon Oil Co. 采用了几个固态加工路线以产生强、硬的PE条。他们的方法包括三步：压实、辊压拉伸、抗拉拉伸，此方法比试验装置级的先进。尽管这样得到的拉伸模量达到120GPa，抗拉强度达到1.9GPa，聚合的产量仍然很低。
该研究致力于高性能PE膜的生产路线，它在拉伸前不需要熔化和分解。这种固态加工主要的改进的基础是：有效的聚合和简单的变形过程。在有可溶镁化合物参与的情况下，通过乙烯的聚合可实现初生UHMWPE反应粉末的有效合成。这种聚合的特点：高产量（甚至在低温下），在非缠绕结构下直接产生聚合体。这种聚合PE不需进一步处理就可在熔点下被压实和拉成高强度膜或纤维。这种直接的连续的生产工艺（包括辊压实、熔点下纤维的抗拉拉伸）在此论文中被研究。
该论文的目的有两个。第一，检验这种熔点之下辊压成形的UHMWPE条状物的分子结构和热性能。UHMWPE粉末能在各种温度和压力下被合成，聚合条件对条状UHMWPE的结构和热性能的影响在此被研究。被压实条的连续生产在高模量高强度PE纤维的连续生产中是最基本的。我们采用一种直接的辊压成形法，它是从粉末中制备单体的最有效的方法。这种方法广泛应用于加工粉状金属、陶瓷和其它材料。在直接辊压成形法中，两个辊的表面对粉末的收集能连续地对两辊间的细小间隙供料，在此产生了较大的法向应力和切向应力。轧压是在低于粉末熔点温度下进行的。粉末形态的控制对于单体材料的成功制备是重要的。然后我们证明了：可溶镁复合物催化剂系统提供了一种独特的、多微孔的粉状形态，由此，低温下UHMWPE可成功压制成连续条状。在压制过程中，折叠链晶体（相对长而有序）形成了。
对条状UHMWPE的结构和性能研究后，我们转向该文的第二部分。在这部分里，展现了固态拉伸时条状物的热性能和拉伸性能的主要参数。条状物的剪切宽度、变形速率、温度，都会在拉伸过程中发生改变；随着拉伸比的增加，拉伸条的热行为和抗拉性能被测量。聚合条件对其热性能和拉伸性能的影响也被研究。热行为和抗拉强度依赖于聚合条件和固态加工条件。最后，固态拉伸的UHMWPE长丝用等离子O2进行表面处理，从而表面抗剪强度提高了。
实验：
UHMWPE通过乙烯在惰性烃溶剂里，且有以下四种催化剂参与的情况下的聚合制备：（1）TiCL4, （2）有机铝化合物，（3）四氢呋喃，（4）可溶有机镁化合物（有烷基铝的情况下，金属镁和氯丁烷反应制备得到）。聚合在五种不同的聚合温度（10-90℃）和两种乙烯压力（15和40psia）下进行1小时。
特性：
粉末的分子量从它在 135℃十氢萘中的固有粘度中估计（平均粘度分子量Mv），此在自动粘度计中测量（Cannon AUTOVISC I, State Collige, PA）；所用的三种聚合体的浓度为0.05，0.1，0.15g/L。所有样品的固有粘度在6-25dL/g范围内，其相应平均分子量0.5-4×106。
热性能：
在DSC装置中设置每一种样品（DuPont 2100,Newtown, CT）。它们的熔化峰值温度和熔化热在加热速率为10℃/min时被测量。测量完之后，冷却样品，在同样的速率下进行扫描，然后从熔化温度和熔化热两方面去判定两次（测量的）熔合线之间的差异。
粉末性能：
UHMWPE粉的孔隙体积和特定内表面积可通过水银插入式孔隙率计来确定（Porosimeter 2000, Fisons Instrument,Beverly, MA）。通过扫描电子显微术可直接来确定各种UHMWPE粉末的微粒形态，从而来评定粉末的微孔结构。
X射线衍射：
X射线衍射的测量是在带有镍过滤Cu, Kα辐射（波长0.15406nm）的衍射计上，此操作是在45kV，100mA。衍射计的入射和反射光束里配置有Soller 狭缝。数据收集在15-40°（2θ）范围内（以0.04°为一级，扫描速率为4s/点）。在小角度X射线散射试验中，数据收集在0.06-1°（2θ）范围内（以0.002°为一级，扫描速率为10s/点）。
抗拉特性：
各种条状物的抗拉特性可在室温（25℃）用拉力试验仪来测定（型号4240，Instron, Canton, MA）。十字头的速度和表的长度分别为10mm/min 和100mm。拉伸模量用应力来计算（0.1%应变）。假定UHMWPE的密度是1.0g/cm3，通过对样品的重量和长度的测量，可确定各样品的横截面积。在同样的拉力试验仪（Instron tenslie tester）的调温环境室里，各种的压实条的最大拉伸比（λmax）在升温时可以确定。
固态加工：
固态压实
本研究中用于连续生产固态单体条（从初生UHMWPE反应粉末中）的装置包括：一对相互挤压的热辊（其中一个上有一凹面，另一个上有一适当的突出面），见图1。五种在不同条件下聚合的粉末以同样的辊速（4M/min）和温度（120℃）被压实。另外，改变辊速和温度来研究压条的形态变化。条状物宽度为20mm，在拉伸前，它被切成1.3-5.5mm的窄条。条状物的厚度为0.1-0.2mm，有效的拉伸

图1：适用于单层带状物实验的成型辊：a）示意图 b）侧视图

比在辊压时为2-6（通过移开预先印在条表面的墨水印标记来确定）。

固态拉伸
压实条的多级定向拉伸是在有热板的延伸装置上进行的。每一次拉伸的温度应逐渐从120℃升到145℃，此温度高于粉末的熔化温度但仍低于定向条的熔点。拉伸比是从条的厚度和块的大小的改变中来计算的。
表面分析：
氧等离子体处理
固态加工的UHMWPE纤维有赖于在平行电极式等离子腔（从真空科学装置）中的氧等离子体处理（Vacuum Science and Instrument, Daejeon, Korea）。此腔体被抽成约0.01托的真空，然后用低流率（10sccm）的氧气来净化。无线电频率等离子体（13.56MHz）被应用在50，100，或150w，处理时间为5分钟。等离子体处理一完成，就要对纤维样品进行表面特性记述或研究其粘附性，以便将处理过的纤维在大气中的暴露降到最低。
表面特性记述
经氧处理过的UHMWPE长丝的表面自由能是通过接触角分析器来测量的（ERMA接触测角器, Goniometer type, model G-1-113-100-0, Tokyo, Japan）。在Owents和Wendt程序后，利用了带有去离子水和二碘甲烷（CH2I2）的双液体探针法来隔离开表面自由能的两极和弥散的组分。每一种条件下至少用10个纤维样品来测试，记录平均值。另外，利用X光电子能谱法（XPS, LVG Scientific, ESCA Lab）来研究用氧等离子体处理过的UHMWPE纤维的表面化学性质。样品用Al Kα X射线（20mA, 15kV）来分析，压力保持在1×10-9托。
表面粘附性
图2:不同聚合条件下UHMWPE粉的反应温度和分子量的关系
[Mg]镁的浓度，聚合温度，PC2H4乙烯压力，Y收率，Tm熔融峰点，△Hf熔化焓
表Ⅰ
不同的聚合条件下的UHMWPE粉末的特性
利用羧基末端丁二烯丙烯腈变更的乙烯基酯（SewonWhasung Co., Seoul, Korea），来对纤维表面粘附性进行研究。纤维表面采用乙烯脂（重量比1%的过氧化苯甲酰作为引发剂，13%的邻苯二甲酸溯丙烯作为固化剂）来形成直径大约0.4mm的微孔。在110℃固化20分钟后，用光学显微镜来测量微孔的尺寸和嵌入纤维的长度（L）。微孔测试的进行是在Instron 型号4467 仪器上进行的，其十字头速度为1mm/min。表面剪切力τ可从下列等式中算得：
τ=F/πDeffL，其中F为拉力，Deff为纤维直径。

结果和讨论
UHMWPE粉的特性：
在各个反应条件下聚合得到的UHMWPE粉的基本特性列入表Ⅰ，GUR412为商品名（Ticona, Bayport, TX），其它的为新聚合物。例如：10C-15P，10C表示聚合温度为10℃，15P表示乙烯压力为15psia。
如果没有一定反应条件下的可溶的有机镁成分的催化剂系统，聚合是不可能进行的。大部分UHMWPE粉的产量是100-250kg PE/(g of Ti.h.atm)。产量在温度低于20℃时下降，且随着乙烯压力的升高而升高。
各种条件下的Mv的测量列于图2。在同样催化剂浓度和乙烯压力的情况下，随着聚合温度的升高，分子量逐渐降低，在聚合温度为90℃时，分子量降到106以下。
平均微球尺寸
平均粒度

堆积密度
表Ⅱ
UHMWPE反应粉末的粒子特性
本研究中所用的UHMWPE粉展示了高熔化温度（137-143℃）和熔化热（180-210 J/g），如表Ⅰ。反应粉末的高熔化热可能是由于在低温聚合和结晶的结晶相的高度排序的原因。我们很容易猜测：这种无缠绕结构随着聚合温度的升高而变得不太好。熔化温度随着聚合温度的降低而逐渐升高。每一种反应粉末显示了熔化温度和熔化热（由熔合线决定）之间的明显的差异，而且在低聚合温度时这种差异更明显。
UHMWPE反应粉末的形态：
微孔表面积
微孔体积
本研究中的UHMWPE粉末还具有以下形态结构：低堆积密度（0.05-0.1g/cm3）、高微孔体积（2-3cm3/g）、高微孔内表面积（10-40m2/g）。见表Ⅱ和图3。GUR412也列在内以进行对比。本研究中所用的UHMWPE粉由各向异性的象碎片样的物质（0.5-1.5mm）组成，这些物质又由微细颗粒（直径0.5-1.3μm）构成，见图3。这些微细颗粒（用于低温聚合）的表面是光滑的，但随着聚合温度的升高而变得有折皱。在UHMWPE粉的表征大微孔体积的中等物块中间有很大的面积。另一方面，和本研究中的UHMWPE粉相比，GUR412有许多更小的球状物体（0.15μm）组成，且具有更窄的粒度分布。有一定数量的细小纤维从微细颗粒伸展到其它颗粒。这些微小纤维大约有0.1μm直径，且占据了球状微细颗粒之间的大部分空间。另外，GUR412在微细颗粒的外层有熔化的迹象。这些GUR412和UHMWPE粉的物质形态差异，导致了微孔体积和内表面积的重大差异。后来，我们证明：这些独特的物质形态可供粉末在低于熔点温度下成功压实和变形。
固态压实：
不连续生产
为了确定可纺性和拉伸性能中的可控制成分，关于UHMWPE粉末采取了各种造模加工试验，结果列于表Ⅲ。表Ⅲ中的方法是不连续的，所有
试验的焦点是在对可纺性和拉伸性能中的可控制成分的确定上。方模中的粉末（100×100mm）在400MPa（有或无剪切变形）被压。在同样的条件下，通过重复的压制条的压制，形成剪切力。用压制板的辊压（有或无剪切力）来作比较。30℃时UHMWPE粉的压制板不能在125℃被牵伸，但是如果在较高的温度被压制或压制后形成剪切，那么牵伸是可能的。虽然剪切变形使抗拉强度提高了，但是压制后的辊压对于抗拉强度的提高还是很有效的。表Ⅲ中的模型试验显示：连续辊压成形工艺（包括同时压制和辊压）使条状物适合用进一步的定向拉伸。
通过辊压成形的连续压实
单体UHMWPE条的连续生产在辊压成形系统中已被采用，它由一对相互挤压的热辊构成（见图1）。低温压实和辊压导致易碎的白条（密度0.78-0.9g/cm3）不适合于进一步定向拉伸。只有接近于熔点（110-130℃）的高温辊压成形才能产生粘结的压实的条状物。我们得到的条状物厚度0.1-0.2mm，有效的拉伸比 λeff. 在辊压时为2-6（通过移开预先印在条表面的墨水印标记来确定）。
图4显示了从各种UHMWPE粉连续生产中得到的条状物的热行为。在同样的温度（120℃）下，条状物被加工，辊速保持在4M/min。在固态压实和辊压后，熔化温度和结晶度升高，而且从UHMWPE粉中得到的条状物也显示了较高的熔点（141-144℃）和结晶度（70-80%）。
热压、辊压
热压
冷压、剪切
和辊压
冷压、辊压而不服
冷压、剪切
冷压
变形模式
表Ⅲ 不连续生产UHMWPE带的特性
条状物的SAXS（小角度X衍射）样品的多样性，依赖于所用UHMWPE粉的聚合条件。条状物的长周期（Lp）（取决于SAXS衍射中第一序列的最大值）随着聚合温度的升高，从40-45到27.5-33.5nm直线下降（见图5）。在较高的乙烯压力下聚合的粉末的固态压实和辊压导致较高的Lp值。分子量依赖于聚合温度和乙烯压力的情况是与以前描述过的Lp的趋势走向相一致的。条状物的晶片厚度（折叠长度Lf）值，是从Lp和结晶度计算来的，也被列入图5（b）。由于它们具有较高的结晶度，从低乙烯压力下聚合的UHMWPE粉中得到的条状物的Lf值稍高于高乙烯压力下聚合的UHMWPE粉中得到的条状物的Lf值。SAXS反射强度随着聚合温度和乙烯压力的升高而下降。在SAXS反射中，所有的第一序列的最大值在简单的压制板或在低于100℃加工的条状物中不被观察，所以，在辊压成形中，良好的堆积薄层的制备是非常重要的，它有利于UHMWPE条在熔点之下被成功拉伸。
在UHMWPE粉的辊压成形中，层状薄膜的成形也在SEM图像中被观察，见图6。条状物有进行SEM研究前，用7K2CrO7:150H2SO4:12H2O溶液进行蚀刻1小时。在图6中，白色区域相当于结晶度，它是层状的，由于蚀刻溶液的选择性去除，被无组织区域（黑色部分）隔开。从蚀刻条状物的SEM研究中得到的Lf值是与SAXS研究中得到的Lf值相吻合的。

Lp、或晶片厚度Lf
强度

熔化温度

结晶度

图5:各种UHMWPE粉被压实后的带的SAXS分析：(a) SAXS样品 (b) Lp、Lf和聚合温度的关系
图4.熔点之下被压实的UHMWPE的热行为。不同条件下不同的UHMWPE：(a)熔化温度(b)熔化热和反应温度的关系

固态取向拉伸
λmax
在连续固态多级定向拉伸试验前，从各种UHMWPE粉末中得到的条状物的可纺性通过λmax.的确定而被研究，研究是在一些仍低于熔点温度下拉伸（在Instron 拉力测试仪中）。对于堆积的片状晶体来说，λmax可用Lf和δ（链直径）的比率来估算。
λmax=Lf/δ （2）
和以上等式（2）理论估算相比，我们发现可纺性依赖于聚合和拉伸条
件。在图7和图8中，在两种不同的应变率（10，50cm/min）下，分别绘制了条状物在聚合温度和拉伸温度的λmax值。在Instron拉力测试仪中，应变率50cm/min是最高值，而在连续固态多级定向拉伸试验中的应变率则稍高一些（4-15M/min）。在高应变率（50cm/min）下，λmax值随着聚合和拉伸温度的升高而稳定升高；在相对较低的应变率（10cm/min）下，λmax值随着聚合和拉伸温度而发生复杂的变化。对于从低温UHMWPE得到的条状物，λmax值随着拉伸温度的升高而稳定升高；但是对于在90℃聚合的粉末，λmax值则在高的拉伸温度下而下降。结果是：高拉伸温度（125，130℃）时，30C—15P时的λmax比60C— 15P和90C—15P时的λmax高。这种在低变形率和高拉伸温度下，λmax随着反应温度而下降的趋势与等式（2）的理论估算是一致的。最后，在低温和高乙烯压力（30C—40）下反应的UHMWPE粉，导致最低的max值（在所有的拉伸试验温度下）。尽管Lf相对较大，高压聚合的高分子量聚乙烯仍然可限制链延长和单轴拉伸（尽管它能压实成为粘结的条状物。
多级拉伸定向：
拉伸模量

拉伸强度

拉伸模量

拉伸强度

压实条的多级定向拉伸是在有加热板的牵伸系统上进行的。每次拉伸的温度从120到145℃逐渐升高。样品的总拉伸比（λ）的计算是用条状物压实中的λeff乘多级定向拉伸中得到的拉伸比。当λ＇s（＜30）相对较低时，抗拉强度随着切割条宽度的减小而升高。这可能意味着：条状物横断面上不均匀的定向会导致拉伸性能的降低，只有窄条状才能使通过整个单轴拉伸的链延长变得均匀。在多能拉伸试验中，窄条状（＜1.3mm）有利于带状物在较高的λ＇s（＞45）时被频繁切断。结果是：用3.8mm窄条的多级
拉伸试验中，纤维被拉成λ=90时具有2.5GPa的抗拉强度和130GPa的拉伸模量。试验中（条状物宽度5.5mm）
得到以下结果，可阻止它被频繁切断。
在图9中，显示了UHMWPE粉的聚合条件对拉伸长丝（在同样的拉伸条件下）的拉伸特性的影响。拉伸强度和拉伸模量随着拉伸比的提高而逐渐升高。对于低温粉末30C—15P和30C—40P，在λ值高于20时，拉伸强度的增加幅度在减小；而从90℃聚合的UHMWPE粉中得到的条状物的拉伸强度则呈稳定上升趋势。拉伸模量随着聚合温度的下降而升高，而低温UHMWPE粉拉伸导致了较低的拉伸强度。
图10列出了：从4种不同拉伸条件下得到的条状物的拉伸特性。在此多级拉伸试验中，在每一级，在两种不同的拉伸温度梯度（120-130和120-140℃）下，都采用了两种不同的拉伸速率（4和8M/min）。如图10，在相对低拉伸率（4M/min）和较高温度梯度[120-140℃，高温时的低变形（LDHT）]下拉伸条状物，可得到最高的拉伸性能；而在相对高拉伸率（8M/min）和低温度梯度[120-130℃，低温时的高变形（HDLT）]下拉伸条状物，在同样的λ下，可产生最低的拉伸性能。如果采用相对较低温度梯度，那么拉伸强度不依赖于拉伸率。从这些结果中，我们可以总结如下：在熔点之下，在高强度、高模量的UHMWPE纤维的连续生产中，相对低拉伸率、高温梯度下的拉伸是最基本的。
熔化峰值温度

熔化峰值温度

图11：从UHMWPE粉30C—15P拉伸的纤维的热行为。通过λ表示两种不同的拉伸路线的熔化峰值温度：(a)低变形率4M/min(b)高变形率8M/min
图11描述了：从粉末30C—15P中得到的被拉伸UHMWPE纤维的熔化峰值温度（在两种不同的拉伸率下拉伸）。在两种拉伸率下，熔化温度随着λ的升高而逐渐升高，并且在高拉伸率下，被拉伸条开始出现双吸热峰值。相对尺寸和这两个峰值的峰值温度都依赖于拉伸率。在高温下的第二个吸热峰值在迅速冷却和随后的再加热（第二熔合线）后就消失了。因此，在较高温度出现的双峰值一定是由纤维中线性晶体结构所引起的。在多级固态拉伸加工过程中，线性晶体结构的变形也是利用SAXS研究的结果来进行讨论的。双峰值的出现已在UHMWPE凝胶纺丝的热分析中进行过研究，而尖的单吸热峰在常规的UHMWPE粉的固态拉伸中已被研究过。
图12中列出了：随着拉伸比的提高，从30C—15P粉末中得到的UHMWPE纤维的SAXS样品中所结合能
强度

发生的变化。SAXS反射中第一序列最大值随着拉伸比的提高而直线下降，而且最终在高拉伸比时消失。因从UHMWPE纤维的XPS结果中得到的解捻最高值(A) —C—H，(B) —C—OH，(C) ==C==O，(D)—COOH. (a)无处理(b)氧等离子处理(100W,5min)纤维. KCPS=千支/秒
此，由第一序列最大值确定的条状物的Lp呈直线上升，看起来好像是得到了UHMWPE分子链伸长的结构。也是随着拉伸比的提高而降低的。Clements 和Ward 解释说：SAXS反射强度在高拉伸比时的降低，是由于在两块定向薄层间起连接作用的水晶桥的增加的原因；Peterlin 和 Corneliussen 则把它归因于：无组织成分和水晶成分之间的有效电子密度的差异的降低所引起的。本研究（45-60nm）中SAXS反射的第一序列最大值确定的Lp值高于那些从凝胶纺或以前固态拉伸中得到的Lp值。在以后的的交流中，结构分析（包括本研究中关于UHMWPE粉的固态拉伸的变形机理）将会被完整地介绍。
固态拉伸纤维的表面改性：
表面分析
为了改善固态被加工的UHMWPE纤维的粘附，使它成为矩阵形，纤维在各种各样的条件下被氧等离子体处理。为了确定纤维表面自由能的变化，需要测量其在水上和二碘甲烷上的接触角度。得到的表面自由能被分成极性成分和无极性成分，见表Ⅳ。如表所示：经过氧等离子体处理后，表面能量充分提高了，这种提高主要来自于极性成分。为了辨别这些极性成分，对UHMWPE纤维（等离子处理和不处理的）进行了XPS研究，并且在图13中对两种样品的Cls最高值进行了比较。最高解捻值显示了四种可能的最高值（在等离子处理过的样品中）：C—H（285.0 eV），C—O（286.7 eV），C==O（288.1 eV），O==C—O（289.4
水
二碘甲烷
非极性成分
处理条件
表Ⅳ：经过氧等离子处理的固态加工的UHMWPE纤维的接触角的分析结果
界面切变强度

处理功率
eV）。事实上，这些含氧部分的作用在没经过处理的样品中是不存在的。因此，接触角测量法和XPS分析都表明：氧等离子处理过的纤维表面的极性基（如酮、羧基、羟基）可增加它与水的亲合力，这种亲合力可由它与水的接触角的减小来显示。
表面总自由能
极性成分
负荷
位移
界面切变强度正如所料，从增加的表面自由能和极性成分中，界面切变强度（由微滴测试估算）由于等离子处理而提高了。图14列出了：随着处理功率增加的有乙烯基酯树脂的UHMWPE纤维的界面切变强度。切变强度在100W时达到最大值。在150W时切变强度有少许的降低，可能是由于从高处理功率中纤维的降级所致。
最后，在图15中把表面处理过的UHMWPE纤维（微滴测试）的变形情况和没处理过的纤维的变形作了对比。对于没处理过的样品，松解发生在小位移和低负荷时，原因是纤维和矩阵之间的较低的界面粘接所致；而对于处理过的纤维，界面剪切力却增加了。这个结果表明：经过氧等离子处理的增加的表面自由能和极性成分，依次提高了纤维表面的矩阵的浸透和化学键接。
总结：
在这篇文章中，我们阐述了关于连续加工UHMWPE反应粉末直到拉伸条的研究。首先，在有可溶镁化合物参与的情况下，通过乙烯聚合，在较低的反应温度下制备高产量的UHMWPE反应粉末。我们证明：可溶镁化合物催化剂系统提供了一种独特的、多微孔的粉末形态，它可促使粉末在低温时成功被压实成为连贯的条状物。被压实条的SAXS研究揭示了：在压实过程中，具有相对长而有序的
折叠链晶体形成了，并且转变为伸长链晶体。
我们还研究了反应条件和固态加工的主要参数对连贯的UHMWPE条的抗拉性能和热性能的影响，而这些是通过熔点之下直接辊压成形和随后的伸温时的多级定向拉伸（熔点之下）来实现的。条状物的切断宽度、变形率、和温度在拉伸过程中都会有所变化。拉伸条的热行为和拉伸特性随着拉伸比的提高而被测量，且它们依赖于聚合条件和固态加工中的主要参数。本研究中，纤维被拉伸到λ=90时，具有抗拉强度2.5GPa和拉伸模量130GPa。最后介绍了：固态拉伸的具有乙烯基矩阵的UHMWPE纤维（用氧等离子体处理）的界面抗剪强度的提高。
被高度拉伸的UHMWPE纤维的拉伸特性的抗拉性能在本文没有讨论。只有严格符合热力学和形态学特性要求的UHMWPE粉才能被拉到λ高于100（没有纤维的连续切断）。具有高强度和高模量的被高度拉伸的UHMWPE纤维的拉抻特性和性能的研究尚在进一步研究中。