超高分子量聚乙烯改性研究進(jìn)展

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1、超高分子量聚乙烯改性研究進(jìn)展2010-09-26超高分子量聚乙烯(UHMWPE)雖然其分子結(jié)構(gòu)排列與普通PE完全相同，但由于其具有非常高的相對(duì)分子量（普通PE的相對(duì)分子量僅為2-3萬，而UHMWPE-般在150萬以上），則賦予其許多普通PE沒有的優(yōu)異性能，是一種性能非常優(yōu)異的新型工程塑料，其應(yīng)用范圍正不斷擴(kuò)大，用量不斷增加，預(yù)計(jì)將有較好的發(fā)展前景。1UHMWPE的研究方向及改性目的1.1研究方向目前，世界上對(duì)UHMWPE的研究。主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)改善UHMWPE的加工流動(dòng)性；(2)對(duì)UHMWPE

2、基本物理規(guī)律的研究；(3)成型加工；(4)填料改性及新產(chǎn)品開發(fā)、推廣應(yīng)用等。其中，對(duì)UHMWPE的改性研究是熱點(diǎn)，通過改性使UHMWPE應(yīng)用前景更廣。1.2改性目的UHMWPE雖然具有很多優(yōu)良的特性，但也有許多不足：由于其分子鏈很長，極易發(fā)生鏈纏結(jié)；熔融時(shí)，熔體黏度高達(dá)108Pa·S；且臨界剪切速率很低，易發(fā)生熔體破裂，給成型加工帶來困難；另外，還有表面硬度低、抗磨粒磨損能力差和熱變形溫度低等缺限。為了使其能在條件要求高的場合得到應(yīng)用，需對(duì)UHMWPE性能進(jìn)行適當(dāng)改性。改性的目的是：在不影響UHMWPE性能

3、的基礎(chǔ)上，提高其熔體流動(dòng)性，或針對(duì)UHMWPE自身性能的缺點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合改性（如改進(jìn)熔體流動(dòng)性、耐熱性、抗靜電性、阻燃性及表面硬度等）。2化學(xué)改性化學(xué)改性主要是指化學(xué)交聯(lián)改性，通過化學(xué)方法改變樹脂分子結(jié)構(gòu)或分子形態(tài)使樹脂獲得新的性能。采用該法不僅能夠改變一種樹脂的性能，而且可以開發(fā)出新的樹脂品種。通過交聯(lián)，UHMWPE的結(jié)晶度下降，被掩蓋的韌性又表現(xiàn)出來?；瘜W(xué)改性可分為化學(xué)交聯(lián)改性和輻射改性?；瘜W(xué)交聯(lián)是在UHMWPE中加入適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑后，在熔融過程中發(fā)生交聯(lián)。其又可分為過氧化物交聯(lián)和偶聯(lián)劑交聯(lián)。輻射交聯(lián)是采用電

4、子射線或γ射線直接對(duì)UHMWPE制品進(jìn)行照射使分子發(fā)生交聯(lián)。下面將介紹近年來化學(xué)改性方面取得的新進(jìn)展。2.1原位化學(xué)合成法原位化學(xué)合成法是一種對(duì)聚合物基體材料進(jìn)行表面化學(xué)處理使其具有活性，然后誘導(dǎo)溶液中的無機(jī)離子沉積在基體表面轉(zhuǎn)化為固相無機(jī)粒子從而制得聚合物/無機(jī)填料復(fù)合材料的方法。相對(duì)于固相機(jī)械混合法、熔融共混法、溶液攪拌法、氣流分散法等方法，原位化學(xué)合成法具有分散效果好、界面結(jié)合作用強(qiáng)等特點(diǎn)。華南理工大學(xué)的王小俊等采用原位化學(xué)合成法在改性的UHMWPE粉末表面生成碳酸鈣(CaCO3)顆粒，經(jīng)模壓或柱塞擠

5、出制備UHMWPE/CaCO3復(fù)合材料。通過力學(xué)性能和熱性能測試表明，原位化學(xué)合成法比機(jī)械共混法制備的UHMWPE/CaCO3復(fù)合材料具有更高的拉伸性能、彎曲性能及熱變形溫度，當(dāng)CaCO3為9.5%時(shí)，原位化學(xué)合成法制備的UHMWPE/CaCO3復(fù)合材料的拉伸性能和彎曲性能達(dá)到最大，熱變形溫度為106℃。2.2硅烷交聯(lián)硅烷交聯(lián)就是通過硅烷偶聯(lián)劑引入聚乙烯(PE)中，增加PE的強(qiáng)度、抗老化性等。解孝林等采用硅烷對(duì)UHMWPE進(jìn)行交聯(lián)改性，系統(tǒng)地研究了交聯(lián)UHMWPE的凝膠率、熔點(diǎn)、結(jié)晶度、力學(xué)性能與耐磨性。結(jié)

6、果表明：硅烷偶聯(lián)劑導(dǎo)致了UHMWPE的交聯(lián)，使UHMWPE的凝膠率提高。當(dāng)硅烷含量較低時(shí)，UHMWPE的熔點(diǎn)增高、結(jié)晶度增大；當(dāng)硅烷含量較高時(shí)，UHMWPE的熔點(diǎn)、結(jié)晶度呈下降的趨勢；硅烷交聯(lián)導(dǎo)致了UHMWPE材料的模量和強(qiáng)度提高，磨耗率降低；當(dāng)硅烷含量較高時(shí)，交聯(lián)UHMWPE材料的力學(xué)性能和磨耗率均變差；當(dāng)硅烷含量為0.2%-0.4%時(shí)，交聯(lián)UHMWPE材料的綜合性能最佳。華東理工大學(xué)郎彥慶等在過氧化物引發(fā)下，采用硅烷(KH-570)對(duì)UHMWPE纖維進(jìn)行接枝交聯(lián)，改性。經(jīng)過加熱(110℃)12h測定纖維

7、的力學(xué)性能。結(jié)果表明：經(jīng)硅烷處理，纖維受熱后力學(xué)性能和纖維的蠕變性能有了很大提高。南京航空航天大學(xué)的溫建萍等制備了UHMWPE與硅烷偶聯(lián)劑修飾的納米蒙脫土(nano-MMT)復(fù)合材料。在室溫干摩擦條件下測試了復(fù)合材料的摩擦性能，結(jié)果表明：隨著nano-MMT含量的增加，經(jīng)偶聯(lián)劑修飾的nano-MMT/UHMWPE復(fù)合材料的硬度、摩擦因數(shù)和磨損率增加；改善了復(fù)合材料的摩擦性能。2.3輻射交聯(lián)四川大學(xué)的劉鵬波等采用γ射線在室溫、空氣條件下對(duì)UHMWPE進(jìn)行輻照，采用傅里葉紅外光譜、差示掃描量熱法、特性黏度測定、

8、熔體流動(dòng)速率測定以及力學(xué)性能測試等手段研究了γ射線輻照對(duì)UHMWPE結(jié)構(gòu)、流動(dòng)性能以及力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：在室溫下和空氣中，通過γ射線輻照可在UHMWPE分子鏈上引入羰基等含氧極性基團(tuán)；UHMWPE經(jīng)過γ射線輻照以后分子鏈發(fā)生降解，分子量降低，熔體流動(dòng)速率增大，流動(dòng)性得到改善；在一定輻照劑量范圍內(nèi)，γ射線輻照使UHMWPE的拉伸屈服強(qiáng)度及斷裂伸長率增加，缺口沖擊強(qiáng)度下降。A.M.Abdul-Kader等