[发明专利]一种超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及高分子材料领域，特别是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(Ultra-high molecular weight polyethylene，简称UHMWPE)是一种线型的高分子聚合物，是分子量通常在1×10⁶g/mol以上的聚乙烯。极大的分子量导致分子间强烈的互相缠绕，带来了优良的力学性能，使得其具备良好的润滑性能、耐磨损性能。现有的以UHMWPE为基体制备耐磨用的复合材料时，一般是通过将UHMWPE、耐磨剂和加工助剂混合，经过热压成型形成复合材料。该制备过程中涉及添加较多的原材料作为耐磨剂和加工助剂，有些方案中还涉及添加催化剂等，生产加工成本较高，制备过程复杂。且制得的复合材料的耐磨性能较差。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法，制备过程工艺简单，较环保，且制得的复合材料的耐磨性能较好。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤，(1)将碳纳米管分散到水中，得到碳纳米管分散液；(2)将超高分子量聚乙烯粉末与步骤(1)中得到的碳纳米管分散液混合；(3)将步骤(2)制备的超高分子量聚乙烯粉末和碳纳米管水溶液混合物在0℃以下冷冻成固体状态，然后进行冷冻干燥，得到超高分子量聚乙烯/碳纳米管混合粉末；(4)将步骤(3)制备的超高分子量聚乙烯/碳纳米管混合粉末在175～185℃、10～20MPa下热压10～30min，热压后降温得到超高分子量聚乙烯复合材料。

一种根据如上所述的制备方法制得的超高分子量聚乙烯复合材料。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，采用在超高分子量聚乙烯中填充碳纳米管的方法制备复合材料，且制备时通过冷冻干燥的方法使碳纳米管均匀分散在超高分子量聚乙烯表面，从而使填充碳纳米管可以显著提高复合材料的耐磨性能。本发明在制备超高分子量聚乙烯复合材料的过程中，无需采用有机溶剂，不会对环境造成危害，是一种非常环保的方法。本发明制备的超高分子量聚乙烯复合材料，碳纳米管分散优良，复合材料具有优异的耐磨性能，相对于现有的超高分子量聚乙烯为基体的耐磨材料，耐磨性能提升达到27.6％。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式一制备过程中得到的超高分子量聚乙烯混合粉末的扫描图片的流程图；

图2是本发明具体实施方式二制备过程中得到的超高分子量聚乙烯混合粉末的扫描图片的流程图；

图3是本发明具体实施方式三制备过程中得到的超高分子量聚乙烯混合粉末的扫描图片的流程图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的构思是：超高分子量聚乙烯是指分子量超过100万或者150万的聚乙烯。超高分子量聚乙烯是一种非常优秀的耐磨材料，其耐磨性在所有工程塑料中是最好的，甚至优于许多金属材料。然而，超高分子量聚乙烯表面硬度低，易发生疲劳磨损和磨粒磨损，这也大大限制了超高分子量在耐磨方面的应用。为了提高超高分子量聚乙烯的耐磨性能，可以采取填充一些材料的方法。考虑到碳纳米管作为一维纳米材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能，如抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍；硬度与金刚石相当等。因此考虑在超高分子量聚乙烯中填充碳纳米管以提升耐磨性能。然而，经研究发现，碳纳米管的分散状态对填充后得到的复合材料的性能有着非常大的影响。当碳纳米管均匀分散时，填充碳纳米管可以显著提高复合材料的耐磨性能；而当碳纳米管严重团聚时，填充碳纳米管可能会导致复合材料的性能急剧下降。