[發明專利]一種聚乙烯納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110106739.7
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102757585A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 李萬里
• 申請（專利權）人: 合肥杰事杰新材料股份有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K13/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/04;B29C47/92
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于聚乙烯復合材料技術領域，具體涉及一種聚乙烯納米復合材料及其制備方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種線型結構的具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料。其產品由于潔白無毒，經加工成型后為板材、管材、棒材，可制成滾輪、齒輪、耐酸泵、軸套、軸瓦、脫水板、吸水箱、汽車燃油箱、大功率發電機密封帶、醫療衛生中人工關節、人工骨、船舶用滑塊，各種鏟運機械等等。可廣泛應用于紡織、食品、造紙、皮革、化工、輕工、煤礦、冶金、電氣電子、通訊、汽車、摩托車、兵器、航空、船舶零件及各種機械行業。

超高分子量聚乙烯雖然有許多優良特性，但由于其大分子鏈段的連續性和柔韌性，使得其性能與工程塑料相比偏低，限制了其向功能化、高性能化方向的應用和發展，向高分子量聚乙烯材料中填加無機材料是聚烯烴塑料工程化的發展主流。良好界面相容的復合材料將無機物的剛性、耐熱性、耐磨性等，與有機物的柔韌性、良好的可加工性、可塑性，較好地結合起來，從而賦予通用型材料工程化，或某些特殊性能，提高材料檔次、擴充材料的使用范圍。

納米填料/UHMPE復合材料兼具有無機、有機和納米材料的性質，因此具有良好的綜合性能。而這些性能隨材料的結構、兩相的組成和兩相比例的改變而變化，這樣就可以通過兩相的優化組合其物理性能，集合出不同用途的復合材料。

納米金剛石是平均粒徑為納米量級的金剛石微粉，它具備了納米粒子和超硬材料的雙重特性，巨大的比表面積(300-400m²/g)，大量的結構缺陷和表面含氧官能團等，使其在開發具有特殊性能的新材料方面具有較大的潛力。目前，納米金剛石在復合涂層、潤滑油添加劑、研磨材料和金屬基納米金剛石復合材料等領域有著很廣泛的應用。在復合材料中添加超硬材料粉末提高復合材料的性能是一條重要途徑。

從現有技術來看，聚乙烯基納米復合材料一般填充物為納米碳化硅、納米二硫化鉬、納米炭黑等。這些填充物能夠增加復合材料的強度、耐磨性、硬度，但是提高的幅度都不是很大。

發明內容

本發明的目的是提供一種聚乙烯納米復合材料。

本發明的另一個目的是提供一種上述聚乙烯納米復合材料的制備方法。

本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種聚乙烯納米復合材料，該復合材料包括以下組分及重量份數：

所述的超高分子量聚乙烯為粉末狀，粘均分子量為150-400W。

所述的中低分子量聚乙烯粘均分子量為20-60W。

所述的納米金剛石粉經過預處理，處理步驟如下：高壓釜中，加入1kg的未經過處理的納米金剛石和5L的濃硝酸，180℃，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性；把去除微量雜質后的納米金剛石和5L的濃度為10％的氫氧化鈉溶液加入高壓釜中，150℃，攪拌5小時，過濾，用去離子水洗滌至中性，干燥；將鈦酸酯偶聯劑NDZ-101用沸程為60-90℃的石油醚溶解，用丙酮分散，加入上述的納米金剛石，超聲1小時，放入烘箱中除去溶劑，100℃干燥2小時，密封保存。

所述的納米金剛石純度≥95％，平均粒徑10-50nm。

所述的潤滑劑選自固體石蠟、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅或硬脂酸鎂等。

所述的抗氧劑選自抗氧劑1010、抗氧劑1076或抗氧劑168中的一種或幾種的混合物。

所述的成核劑選自苯甲酸、硅藻土、苯甲酸鈉、己二酸鈉、硬脂酸鹽、熱解硅石或白炭黑。

本發明還提供了一種上述聚乙烯納米復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：把66.5～88.7份的超高分子量聚乙烯，10～25份的中低分子量聚乙烯，0.5～5份的納米金剛石，0.5～2份的潤滑劑，0.2～0.5份的抗氧劑，0.1～1份的成核劑加入高混機中混合均勻，從加料口進入單螺桿擠出機，擠出成型。

所述的單螺桿擠出機的具體各區溫度如下：一區溫度190℃，二區溫度220℃，三區溫度230℃，四區溫度235℃；成型模具溫度區間為220-250℃。

本發明同現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

本發明制備的超高分子量聚乙烯納米復合材料在納米金剛石添加量很少情況下，硬度、強度就能有明顯的提升，耐磨性能有大幅度的提高，具有耐熱性、韌性、尺寸穩定性好，吸水率低等特點，大大的拓寬了超高分子量聚乙烯材料的應用范圍。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步的說明。