UHMW-PE的其它改性方法
來(lái)源：peek板材供應(yīng)商-恒鑫實(shí)業(yè) 作者：PEEK板材加工
1.高分子
液晶高分子原位復(fù)合材料是指熱致液晶高分子(TLCP)與熱塑性樹(shù)脂的共混物，這種共混物在熔融加工過(guò)程中，由于TLCP分子結(jié)構(gòu)的剛直性，在力場(chǎng)作用下可自發(fā)地沿流動(dòng)方向取向，產(chǎn)生明顯的剪切變稀行為，并在基體樹(shù)脂中原位就地形成具有取向結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)相，即就地成纖，從而起到增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂和改善加工流動(dòng)性的作用。清華大學(xué)趙安赤等采用原位復(fù)合技術(shù)，對(duì)UHMW-PE加工性能的改進(jìn)取得了明顯的效果。
用TLCP對(duì)UHMW-PE進(jìn)行改性，不僅提高了加工時(shí)的流動(dòng)性，采用通常的熱塑加工工藝及通用設(shè)備就能方便地進(jìn)行加工，而且可保持較高的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，耐磨性也有較大提高。
2.聚合填充
高分子合成中的聚合填充工藝是一種新型的聚合方法，它是把填料進(jìn)行處理，使其粒子表面形成活性中心，在聚合過(guò)程中讓乙烯、丙烯等烯烴類單體在填料粒子表面聚合，形成緊密包裹粒子的樹(shù)脂，最后得到具有獨(dú)特性能的復(fù)合材料。它除具有摻混型復(fù)合材料性能外，還有自己本身的特性：首先是不必熔融PE樹(shù)脂，可保持填料的形狀，制備粉狀或纖維狀的復(fù)合材料；其次，該復(fù)合材料不受填料/樹(shù)脂組成比的限制，一般可任意設(shè)定填料的含量；另外，所得復(fù)合材料是均勻的組合物，不受填料密度、形狀的限制。
與熱熔融共混材料相比，由聚合填充工藝制備的UHMW-PE復(fù)合材料中，填料粒子分散良好，且粒子與聚合物基體的界面結(jié)合也較好。這就使得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度與超UHMW-PE相差不大，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于共混型材料，尤其是在高填充情況下，對(duì)比更加明顯，復(fù)合材料的硬度、彎曲強(qiáng)度，尤其是彎曲模量比純UHMW-PE提高許多，尤其適用作軸承、軸座等受力零部件。而且復(fù)合材料的熱力學(xué)性能也有較好的改善：維卡軟化點(diǎn)提高近30℃，熱變形溫度提高近20℃，線膨脹系數(shù)下降20%以上。因此，此材料可用于溫度較高的場(chǎng)合，并適于制造軸承、軸套、齒輪等精密度要求高的機(jī)械零件。
采用聚合填充技術(shù)還可通過(guò)向聚合體系中通入氫或其它鏈轉(zhuǎn)移劑，控制超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)分子量大小，使得樹(shù)脂易加工。
美國(guó)專利用具有酸中性表面的填料：水化氧化鋁、二氧化硅、水不溶性硅酸鹽、碳酸鈣、堿式碳酸鋁鈉、羥基硅灰石和磷酸鈣制成了高模量的均相聚合填充超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)復(fù)合材料。另有專利指出，在60℃，1.3MPa且有催化劑存在的條件下，使UHMW-PE在庚烷中干燥的 氧化鋁表面聚合，可得到高模量的均相復(fù)合材料。齊魯石化公司研究院分別用硅藻土、高嶺土作為填料合成了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)復(fù)合材料。
3.超高分子
在UHMW-PE基體中加入U(xiǎn)HMW-PE纖維，由于基體和纖維具有相同的化學(xué)特征，因此化學(xué)相容性好，兩組分的界面結(jié)合力強(qiáng)，從而可獲得力學(xué)性能優(yōu)良的復(fù)合材料。UHMW-PE纖維的加入可使UHMW-PE的拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量、沖擊強(qiáng)度、耐蠕變性大大提高。與純UHMW-PE相比，在UHMW-PE中加入體積分?jǐn)?shù)為60%的UHMW-PE纖維，可使最大應(yīng)力和模量分別提高160%和60%。這種自增強(qiáng)的UHMW-PE材料尤其適用于生物醫(yī)學(xué)上承重的場(chǎng)合，而用于人造關(guān)節(jié)的整體替換是才倍受關(guān)注的，UHMW-PE自增強(qiáng)材料的低體積磨損率可提高人造關(guān)節(jié)的使用壽命。
4.合金化
UHMW-PE除可與塑料形成合金來(lái)改善其加工性能外，還可獲得其它性能。其中，以PP/UHMW-PE合金最為突出。
通常聚合物的增韌是在樹(shù)脂中引入柔性鏈段形成復(fù)合物(如橡塑共混物)，其增韌機(jī)理為“多重銀紋化機(jī)理”。而在PP/UHMW-PE體系，UHMW-PE對(duì)PP有明顯的增韌作用，這是“多重裂紋”理論所無(wú)法解釋的。國(guó)內(nèi)最早于1993年報(bào)道采用UHMW-PE增韌PP取得成功，當(dāng)UHMW-PE的含量為15%時(shí)，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度比純PP提高2倍以上。又有報(bào)道，UHMW-PE與含乙烯鏈段的共聚型PP共混，在UHMW-PE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，其沖擊強(qiáng)度比PP提高一倍多。以上現(xiàn)象的解釋是“網(wǎng)絡(luò)增韌機(jī)理”。
PP/UHMW-PE共混體系的亞微觀相態(tài)為雙連續(xù)相，UHMW-PE分子與長(zhǎng)鏈的PP分子共同構(gòu)成一種共混網(wǎng)絡(luò)，其余PP構(gòu)成一個(gè)PP網(wǎng)絡(luò)，二者交織成為一種“線性互穿網(wǎng)絡(luò)”。其中共混網(wǎng)絡(luò)在材料中起到骨架作用，為材料提供機(jī)械強(qiáng)度，受到外力沖擊時(shí)，它會(huì)發(fā)生較大形變以吸收外界能量，起到增韌的作用；形成的網(wǎng)絡(luò)越完整，密度越大，則增韌效果越好。
為了保證“線性互穿網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)的形成，必須使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)以準(zhǔn)分子水平分散在PP基體中，這就對(duì)共混方式提出了較高的要求。北京化工大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：四螺桿擠出機(jī)能將UHMW-PE均勻地分散在PP基體中，而雙螺桿擠出機(jī)的共混效果卻不佳。
EPDM能對(duì)PP/UHMW-PE合金起到增容的作用。由于EPDM具備的兩種主要鏈節(jié)分別與PP和UHMW-PE相同，因而與兩種材料都有比較好的親合力，共混時(shí)容易分散在兩相界面上。EPDM對(duì)復(fù)合共晶起到插入、分割和細(xì)化的作用，這對(duì)提高材料的韌性是有益的，能大幅度地提高缺口沖擊強(qiáng)度。
另外，UHMW-PE也可與橡膠形成合金，獲得比純橡膠優(yōu)良的力學(xué)性能，如耐摩擦性、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等。其中，橡膠是在混合過(guò)程中于UHMW-PE的軟化點(diǎn)以上進(jìn)行硫化的。
5.復(fù)合化
UHMW-PE可與各種橡膠(或橡塑合金)硫化復(fù)合制成改性PE片材，這些片材可進(jìn)一步與金屬板材制成復(fù)合材料。除此之外，UHMW-PE還可復(fù)合在塑料表面以提高耐沖擊性。
