專利名稱：一種聚乙烯納米復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚乙烯復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚乙烯納米復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種線型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。其產(chǎn)品由于潔白無毒，經(jīng)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(fā)電機(jī)密封帶、醫(yī)療衛(wèi)生中人工關(guān)節(jié)、人工骨、船舶用滑塊，各種鏟運(yùn)機(jī)械等等。可廣泛應(yīng)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(jī)械行業(yè)。
超高分子量聚乙烯雖然有許多優(yōu)良特性，但由于其大分子鏈段的連續(xù)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(yīng)用和發(fā)展，向高分子量聚乙烯材料中填加無機(jī)材料是聚烯烴塑料工程化的發(fā)展主流。良好界面相容的復(fù)合材料將無機(jī)物的剛性、耐熱性、耐磨性等，與有機(jī)物的柔韌性、良好的可加工性、可塑性，較好地結(jié)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(kuò)充材料的使用范圍。納米填料/UHMPE復(fù)合材料兼具有無機(jī)、有機(jī)和納米材料的性質(zhì)，因此具有良好的綜合性能。而這些性能隨材料的結(jié)構(gòu)、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(yōu)化組合其物理性能，集合出不同用途的復(fù)合材料。納米金剛石是平均粒徑為納米量級(jí)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(jié)構(gòu)缺陷和表面含氧官能團(tuán)等，使其在開發(fā)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(fù)合涂層、潤(rùn)滑油添加劑、研磨材料和金屬基納米金剛石復(fù)合材料等領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用。在復(fù)合材料中添加超硬材料粉末提高復(fù)合材料的性能是一條重要途徑。從現(xiàn)有技術(shù)來看，聚乙烯基納米復(fù)合材料一般填充物為納米碳化硅、納米二硫化鑰、納米炭黑等。這些填充物能夠增加復(fù)合材料的強(qiáng)度、耐磨性、硬度，但是提高的幅度都不是很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚乙烯納米復(fù)合材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述聚乙烯納米復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種聚乙烯納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括以下組分及重量份數(shù)超聞分子量聚乙烯66.5 88.7份，
中低分子量聚乙烯10 25份，
納米金剛石0.5 5份，
潤(rùn)滑劑0.5 2份，
抗氧劑0.2 0.5份，
成核劑0.1 I份。所述的超聞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(jīng)過預(yù)處理，處理步驟如下高壓釜中，加入Ikg的未經(jīng)過處理的納米金剛石和5L的濃硝酸，180°C，攪拌5小時(shí)，過濾，用去離子水洗滌至中性；把去除微量雜質(zhì)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°C，攪拌5小時(shí)，過濾，用去離子水洗滌至中性，干燥；將鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101用沸程為60-90°C的石油醚溶解，用丙酮分散，加入上述的納米金剛石，超聲I小時(shí)，放入烘箱中除去溶劑，100°C干燥2小時(shí),密封保存。所述的納米金剛石純度彡95%,平均粒徑10_50nm。
所述的潤(rùn)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(fā)明還提供了一種上述聚乙烯納米復(fù)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(rùn)滑劑,0. 2 0. 5份的抗氧劑,0. I I份的成核劑加入高混機(jī)中混合均勻，從加料口進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)，擠出成型。所述的單螺桿擠出機(jī)的具體各區(qū)溫度如下一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度220°C，三區(qū)溫度230°C，四區(qū)溫度235°C ;成型模具溫度區(qū)間為220-250°C。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明制備的超高分子量聚乙烯納米復(fù)合材料在納米金剛石添加量很少情況下，硬度、強(qiáng)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(wěn)定性好，吸水率低等特點(diǎn)，大大的拓寬了超高分子量聚乙烯材料的應(yīng)用范圍。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。拉伸性能的測(cè)試GB1040/T-1992，塑料拉伸性能試驗(yàn)方法，1992.拉伸速度5mm/min0沖擊性能的測(cè)試懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按照GB/T1843-1996，塑料懸臂梁沖擊試驗(yàn)方法，1996。耐磨性能的測(cè)試樣條加工成20mm* 120mm*200mm的長(zhǎng)方體試樣，磨損實(shí)驗(yàn)在MCF-30沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；沖蝕條件噴嘴直徑8mm，水壓13MPA，沖擊角度為45度，含沙量6-10% (wt% ),試驗(yàn)采用60-80目石英沙，時(shí)間30min。利用精度為Img的分析天平測(cè)定樣品的磨損質(zhì)量損失。以下實(shí)施例中是所用納米金剛石的處理步驟高壓釜中，加入Ikg未經(jīng)過處理的納米金剛石和5L的濃硝酸，180°C，攪拌5小時(shí)，過濾，用去離子水洗滌至中性；把去除微量雜質(zhì)后的納米金剛石和5L的氫氧化鈉溶液(濃度10% )加入高壓釜中，150°C，攪拌5小時(shí)，過濾，用去離子水洗滌至中性，干燥；將鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101用沸程為60-90°C的石油醚溶解，用丙酮分散，加入上述的納米金剛石，超聲I小時(shí)。放入烘箱中除去溶劑，100°C干燥2小時(shí)。密封保存。以下實(shí)施例中所用的納米金剛石純度彡95%,平均粒徑10_50nm ;所用的超高分子量聚乙烯為粉末狀，粘均分子量為150-400W。實(shí)施例I把88. 5份分子量為150W的超聞分子量聚乙烯，10份分子量為40-45W的聚乙烯，·
0.5份的納米金剛石，0. 5份的硬脂酸鈣鋅，0. 2份的抗氧劑1010，0. 2份的抗氧劑168，0. I份的白炭黑加入高混機(jī)中混合均勻，從加料口進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)，擠出成型。具體各區(qū)溫度如下一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度220°C，三區(qū)溫度230°C，四區(qū)溫度235°C。成型模具溫度區(qū)間為 220-250°C。測(cè)試性能數(shù)據(jù)如下拉伸強(qiáng)度23. 1MPA，沖擊強(qiáng)度77. 67kj/m2，磨損率0. 78，(空白實(shí)驗(yàn)，不添加納米金剛石的數(shù)據(jù)為拉伸強(qiáng)度20. 6MPA，缺口沖擊76. lkj/m2，以基體的磨損率做對(duì)比定為I)實(shí)施例2把82. 4份分子量為200W的超高分子量聚乙烯，15份分子量為20-25W的聚乙烯，I份的納米金剛石，I份的聚乙烯蠟，0. 2份的抗氧劑1010，0. 2份的抗氧劑168，0. 2份的硅藻土加入高混機(jī)中混合均勻，從加料口進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)，擠出成型。具體各區(qū)溫度如下一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度220°C，三區(qū)溫度230°C，四區(qū)溫度235°C。成型模具溫度區(qū)間為220-250 °C。測(cè)試性能數(shù)據(jù)如下拉伸強(qiáng)度29. IMPA,沖擊強(qiáng)度80. 3kj/m2,磨損率0. 48 (空白實(shí)驗(yàn)，不添加納米金剛石的數(shù)據(jù)為拉伸強(qiáng)度21. 3MPA，缺口沖擊76. 6kj/m2，以基體的磨損率做對(duì)比定為I)實(shí)施例3把66. 5份分子量為400W的超聞分子量聚乙烯，25份分子量為30-35W的聚乙烯，5份的納米金剛石，2份的固體石蠟，0. 3份的抗氧劑1010，0. 2份的抗氧劑168，I份的熱解硅石加入高混機(jī)中混合均勻，從加料口進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)，擠出成型。具體各區(qū)溫度如下一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度220°C，三區(qū)溫度230°C，四區(qū)溫度235°C。成型模具溫度區(qū)間為220-250°C。測(cè)試性能數(shù)據(jù)如下拉伸強(qiáng)度38.9MPA，沖擊強(qiáng)度61.0kj/m2，磨損率0. 17 (空白實(shí)驗(yàn)，不添加納米金剛石的數(shù)據(jù)為拉伸強(qiáng)度22. 6MPA，缺口沖擊66. 2kj/m2，以基體的磨損率做對(duì)比定為I)實(shí)施例4
把80. 6份分子量為250W的超高分子量聚乙烯，15份分子量為55-60W的聚乙烯，3份的納米金剛石，0. 8份的固體石蠟，0. 2份的抗氧劑1010，0. 2份的抗氧劑168，0. 2份的苯甲酸鈉加入高混機(jī)中混合均勻，從加料口進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)，擠出成型。具體各區(qū)溫度如下一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度220°C，三區(qū)溫度230°C，四區(qū)溫度235°C。成型模具溫度區(qū)間為 220-250 °C。測(cè)試性能數(shù)據(jù)如下 拉伸強(qiáng)度32. 4MPA，沖擊強(qiáng)度75. 8kj/m2，磨損率0. 21 (空白實(shí)驗(yàn)，不添加納米金剛石的數(shù)據(jù)為拉伸強(qiáng)度21. 3MPA，缺口沖擊74. 9kj/m2，以基體的磨損率做對(duì)比定為I)實(shí)施例5把75. 5份分子量為300W的超高分子量聚乙烯，20份分子量為50-55W的聚乙烯，2份的納米金剛石，I份的硬脂酸鎂，0. 3份的抗氧劑1010，0. 2份的抗氧劑168，I份的熱解硅石加入高混機(jī)中混合均勻，從加料口進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)，擠出成型。具體各區(qū)溫度如下一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度220°C，三區(qū)溫度230°C，四區(qū)溫度235°C。成型模具溫度區(qū)間為220-250 °C。測(cè)試性能數(shù)據(jù)如下拉伸強(qiáng)度31. 8MPA，沖擊強(qiáng)度72. 5kj/m2，磨損率0. 22 (空白實(shí)驗(yàn)，不添加納米金剛石的數(shù)據(jù)為拉伸強(qiáng)度22. 2MPA，缺口沖擊70. 3kj/m2，以基體的磨損率做對(duì)比定為I)上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料包括以下組分及重量份數(shù)， 超高分子量聚乙烯 66. 5 88. 7份， 中低分子量聚乙烯 10 25份， 納米金剛石0. 5 5份， 潤(rùn)滑劑0. 5 2份， 抗氧劑0. 2 0. 5份， 成核劑0. I I份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于所述的超高分子量聚乙烯為粉末狀，粘均分子量為150-400W。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于所述的中低分子量聚乙烯粘均分子量為20-60W。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于所述的納米金剛石經(jīng)過預(yù)處理，處理步驟如下高壓釜中，加入Ikg未經(jīng)過處理的納米金剛石和5L的濃硝酸，1800C，攪拌5小時(shí)，過濾，用去離子水洗滌至中性；把去除微量雜質(zhì)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°C，攪拌5小時(shí)，過濾，用去離子水洗滌至中性，干燥；將鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101用沸程為60-90°C的石油醚溶解，用丙酮分散，加入上述的納米金剛石，超聲I小時(shí)，放入烘箱中除去溶劑，100°C干燥2小時(shí)，密封保存。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于所述的納米金剛石純度≥95%，平均粒徑10-50nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于所述的潤(rùn)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。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于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。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯納米復(fù)合材料，其特征在于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。
9.權(quán)利要求I至8任一所述的聚乙烯納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于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份納米金剛石，0. 5 2份的潤(rùn)滑劑,0. 2 0. 5份的抗氧劑,0. I I份的成核劑加入高混機(jī)中混合均勻，從加料口進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)，擠出成型。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚乙烯納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的單螺桿擠出機(jī)的各區(qū)溫度如下一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度220°C，三區(qū)溫度230°C，四區(qū)溫度2350C ;成型模具溫度區(qū)間為220-250°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于聚乙烯復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種聚乙烯納米復(fù)合材料及其制備方法。該聚乙烯復(fù)合材料包括以下組分及重量份數(shù)66.5～88.7份超高分子量聚乙烯、10～25份中低分子量聚乙烯、0.5～5份的納米金剛石、0.5～2份潤(rùn)滑劑、0.2～0.5份抗氧劑和0.1～1份成核劑。本發(fā)明還公開了該聚乙烯納米復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明制備的超高分子量聚乙烯納米復(fù)合材料在納米金剛石添加量很少情況下，硬度、強(qiáng)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(wěn)定性好，吸水率低等特點(diǎn)，大大的拓寬了超高分子量聚乙烯材料的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)C08K13/06GK102757585SQ201110106739
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者李萬里 申請(qǐng)人:合肥杰事杰新材料股份有限公司