[发明专利]一种增强减磨超高分子量聚乙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及化学工业领域中的高分子复合材料行业，具体地说，涉及一种超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(下面简称UHMWPE)是一种粘均分子量在150万以上聚乙烯，它是一类具有普通聚乙烯及其它工程塑料不可比拟的耐磨性、耐冲击性及耐低温性能等优异性能的热塑性工程塑料。但也有其自身固有的缺陷，如热变形温度低、表面硬度差、抗磨粒磨损和抗疲劳磨损性能差、尺寸收缩率大等，在许多方面，不能满足客户的实际使用的需要。因此需要借助于新的技术，对UHMWPE进行改性，来提高UHMWPE表面硬度和抗磨损性能及综合力学性能。

对UHMWPE的主要改性方法有化学方法(如共聚、接枝、交联等)及物理方法(如填充、共混、增强等)。由于UHMWPE固有的非极性和结晶性，使其与其它材料的粘附力低、缺乏界面亲和性以及难以与其它高分子材料和无机填料实现相容，限制了它在塑料合金及聚合物基复合材料等领域中广泛应用。

目前，为了使UHMWPE的力学性能和摩擦磨损性能得到改善，国内外学者对使用各种形态的填料填充改性的UHMWPE作了大量的研究。另外，也有直接在所填充的无机填料粒子表面接枝聚合适当的单体制得聚合填充的UHMWPE复合材料。如美国专利US 5 352 732所述，用具有酸中性表面的填料：水合氧化铝、二氧化硅、水不溶性硅酸盐、碳酸钙、碱式碳酸铝钠、羟基硅灰石和磷酸钙制成了高模量的均相聚合填充UHMWPE复合材料。另有国际专利WO 9303732报道，在60℃，1.3MPa且有催化剂存在的条件下，使UHMWPE与在庚烷中干燥的氧化铝表面聚合，可得到高模量的均相复合材料。

通过在UHMWPE大分子链上接枝极性基团后，再用表面处理后的超细无机粉末进行填充，可明显地改善组分间的相容性，使产品的性能显著提高。因此，利用UHMWPE接枝改性来制备功能化的聚合物，是扩大高分子材料用途的一种简单而行之有效的方法。

但是，UHMWPE由于其分子量很高，分子链高度缠结，使得熔体粘度极高，熔体流动指数为零，所以，可用的接枝改性的方法并不多。现有技术中，一般地，主要有熔融法、溶液法、辐射法以及等离子体法等。如美国A.B.Brennan等运用⁶⁰Co-Y射线在UHMWPE表面接枝；日本Nishino，Takashi等用马来酸酐接枝反应，对UHMWPE浇铸薄膜进行表面修饰；韩国I.Yim Chae等用双功能单体交联UHMWPE表面的无定形区，并在熔融状态下使用过氧化物进行本体交联，修饰UHMWPE以增强其耐磨性。国内，清华大学使用SBS对UHMWPE进行改性。可见，UHMWPE表面改性技术在国外受到了一些关注，但在国内相关研究开展不多。

溶液接枝法的接枝率较高，可是溶剂回收困难，不易进行大规模生产；另外，使用辐射和等离子体都需要复杂的设备，投资比较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的接枝技术用于制备增强减磨UHMWPE复合材料，借此使得超细无机粉末粒子与聚合物基体之间的界面结合力及粒子的分散性更优越，可以弥补现有技术的不足和缺陷，满足生产的需要。

为了解决上述技术问题，本发明采用新型的固相接枝反应，再用表面处理后的超细无机粉末进行填充，从而明显地改善组分间的相容性，使复合材料表面得到功能性改性。所述固相接枝技术是一种在制备过程中，溶剂使用量少，生产设备简单，便于工业化生产，具有良好开发前景的接枝技术。

按照本发明，所述的增强减磨超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料，组成包括超高分子量聚乙烯和超细无机粉末，所述复合材料是按照下述方法制备的：

(1)以重量计，用溶剂按(3～5):1对偶联剂稀释后，再用高速混合机在搅拌超细无机粉末的同时，在无机粉末上喷洒稀释后的偶联剂，直到无机粉末被喷洒均匀并润湿为止，然后将此经偶联剂偶联处理的超细无机粉末进行风干；

(2)将65～97.99重量％的超高分子量聚乙烯和0.1～10重量％的界面剂置于一台装有强力搅拌的反应釜中，在110～130℃、150～200转/分的转速下，使超高分子量聚乙烯表面熔胀0.5～1.5小时；

(3)在由步骤(2)得到的经表面熔胀处理的超高分子量聚乙烯中加入由步骤(1)得到的经偶联处理的超细无机粉末1～10重量％、马来酸酐0.1～15重量％、引发剂0.01～2重量％、共聚单体0～2重量％及分散剂0～6重量％，在强力搅拌反应釜内，在80～100℃、150～200转/分的转速下，边搅拌边反应1.5～2小时，然后冷却，得到增强减磨超高分子量聚乙烯复合材料。