一种耐磨抗划伤复合材料的制备方法与流程

本发明涉及一种uhmwpe/pp/sic复合材料制备，具体涉及一种耐磨抗划伤复合材料的制备方法。

背景技术：

高分子量聚乙烯(uhmwpe)一般指黏均分子量在150万以上的线性聚乙烯，因其极高的分子量和高度缠结的结构，赋予了其它一般工程塑料无法比拟的优异性能，在生物医疗、国防军工、机械工程、运输管道等领域具有关键应用。虽然uhmwpe具有优异的耐磨性能，但是在摩擦行业的运用仍存在不足。主要是因为它的热变形温度低、硬度低、导热差，这些缺点限制了其在摩擦领域的运用。此外，uhmwpe的熔体流动速率为0，熔体黏度为10⁸pa/s,流动性极差，因此很难采用常规的加工方法如螺杆挤出、注射成型等，给成型加工带来很大的困难。

uhmwpe与低分子量聚烯烃的共混改性是目前提高其流动性的比较简便也是有效的方法之一。据文献报道，uhmwpe/lldpe、uhmwp/hdpe、uhmepe/ldpe以及uhmwpe/pp共混合金能够有效的降低uhmwpe的熔体黏度，使其能够用双螺杆挤出成型，显著的提高了uhmwpe的加工效率。此外，pp除了能够有效的降低熔体流动速率之外，还能提高uhmwpe的耐磨性能。但是，uhmwpe与pp的相容性不好，pp不能够渗入uhmwpe内部参与其缠结网络的形成，uhmwpe/pp内部存在大量的薄弱相界面，不利于应力的传递，因此显著降低了uhmwpe的力学性能，丧失uhmwpe原本优异的力学性能。

纳米粒子具有较大的比表面积，对聚合物分子链具有较强的吸附性，因此采用纳米粒子对不相容共混体系的增容改性具有重要的意义。本发明主要是采用纳米sic增容改性uhmwpe/pp，制备具有高耐磨、耐刮擦同时具有优异力学性能的uhmwpe/pp/sic复合材料，其磨损量可由纯uhmwpe的12.4mg降到0.4mg，拉伸强度高达32.9mpa。有望将该复合材料运用于高耐磨uhmwpe管材、板材等领域。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，同时采用pp和sic纳米粒子填充改性uhmwpe，提高uhmwpe的流动性和加工性能，同时赋予了uhmwpe优异的耐磨性能、抗划伤性能。

为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：

1)配方组成

一种耐磨抗刮擦uhmwpe/pp/sic复合材料，由下述重量份配方组成：

所述uhmwpe为粉料，平均粒径为100μm，分子量为500万。

所述pp粒料的牌号为z30s，熔体流动速率25g/10min，由中国石油化工股份有限公司茂名分公司提供。

所述sic为纳米级，纯度>95％，颗粒粒径尺寸<500nm，比表面积大于30m²/g。

所述的复配抗氧剂，由抗氧剂420、抗氧剂1010、抗氧剂168按等重量份比例复配而成。

所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。

2)制备方法

制备方法包括如下步骤：

a.干燥：将uhmwpe、sic、pp分别在干燥箱中80℃干燥4～6h；

b.共混：将uhmwpe粉料、复配抗氧剂和sic偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合5～10min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

c.将上述充分混合均匀的原料双螺杆挤出机进行挤出造粒；

d.模压成型：将步骤e造粒的粒料投入到模具，经过高温210℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，得到uhmwpe/pp/sic复合材料。

所述的sic偶联剂处理产物，通过以下方法制备：将sic与硅烷偶联剂kh-550加入高混机中，保持转速600～2000rpm，高速搅拌5～30min获得。

所述的复配抗氧剂，是按照抗氧剂420、抗氧剂1010、抗氧剂168的质量比1:1:1的比例配合而成。

所述的挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出工艺为一区温度140～150℃，二区温度160～180℃，三区温度185～195℃，四区温度200～210℃，五区温度200～210℃，模头温度200～205℃，主机转速200rpm。

采用上述技术方案后，本发明具有如下特点和优点：1、制品成型效果好，没有熔体破裂现象；2、制品具有较高的拉伸强度、断裂伸长率以及硬度；3、制品具有优异的耐磨性能；5、可根据产品需求制备不同形状的制品。复合材料除了具有优异的耐磨性、抗刮擦性能，同时还保留了超高分子聚乙烯优异的力学性能。

附图说明

图1为本发明纳米sic的含量对超高分子量聚乙烯/pp/sic复合材料的磨损量的影响。

图2本发明纳米sic的含量对超高分子量聚乙烯/pp/sic复合材料的力学性能的影响。

图3为本发明纳米sic的含量对超高分子量聚乙烯/pp/sic复合材料刮擦性能的影响。

具体实施方式

本发明下述实施例所采用的uhmwpe，厂家为德国泰科纳有限公司，平均粒径为100μm，分子量为500万；所采用的pp粒料牌号为z30s，熔体流动速率25g/10min，由中国石油化工股份有限公司茂名分公司提供的产品；所采用的纳米sic的纯度>95％，颗粒粒径尺寸<500nm，比表面积大于30m²/g。

实施例1

1、配方组成：

uhmwpe粉85kg、pp粒料15kg、纳米sic1kg、复配抗氧剂(抗氧剂420、抗氧剂1010、抗氧剂168,质量比＝1:1:1)0.5kg，硅烷偶联剂0.5kg。

2、制备方法

a.干燥：将uhmwpe、sic、pp在干燥箱中80℃干燥6h；

b.称量：按照配方量，称取偶联剂、抗氧剂、干燥后的uhmwpe粉料；

c.sic偶联剂处理：将sic与硅烷偶联剂kh-550加入高混机中，保持转速2000rpm，高速搅拌5min，获得sic偶联剂处理产物；

d.共混：将uhmwpe粉料、复配抗氧剂与步骤c制得的sic偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合8min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.双螺杆挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出工艺为一区温度140℃，二区温度170℃，三区温度185℃，四区温度200℃，五区温度210℃，模头温度200℃，主机转速200rpm；

f.模压成型：将步骤e造粒的粒料投入到模具，经过高温210℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，得到uhmwpe/pp/sic复合材料。

从图1可以看出，本实施制备的uhmwpe/pp/sic复合材料，当sic的添加量为1份时，磨损量仅为0.4mg。

实施例2

1、配方组成：

uhmwpe粉85kg、pp粒料15kg、纳米sic2kg、复配抗氧剂(氧剂420、抗氧剂1010和抗氧剂168复配，质量比＝1:1:1)0.5kg，硅烷偶联剂0.5kg。

3)制备方法

制备方法包括如下步骤：

a.干燥：将uhmwpe、sic、pp在干燥箱中80℃干燥4h；

b.称量：按照配方量，称取偶联剂、抗氧剂、干燥后的uhmwpe粉料；

c.sic偶联剂处理：将sic与硅烷偶联剂kh-550加入高混机中，保持转速600rpm，高速搅拌30min，获得sic偶联剂处理产物；

d.共混：将uhmwpe粉料、复配抗氧剂与步骤c制得的sic偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合10min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.双螺杆挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出工艺为一区温度150℃，二区温度180℃，三区温度185℃，四区温度200℃，五区温度210℃，模头温度205℃，主机转速200rpm；

f.模压成型：将步骤e造粒的粒料投入到模具，经过高温210℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，得到uhmwpe/pp/sic复合材料。

实施例3

1、配方组成：

uhmwpe粉85kg、pp粒料15kg、纳米sic3kg、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(质量比＝1/1/1)0.5kg，硅烷偶联剂0.5kg。

2、制备方法

制备方法包括如下步骤：

a.干燥：将uhmwpe、sic、pp在干燥箱中80℃干燥5h；

b.称量：按照配方量，称取偶联剂、抗氧剂、干燥后的uhmwpe粉料；

c.sic偶联剂处理：将sic与硅烷偶联剂kh-550加入高混机中，保持转速1200rpm，高速搅拌15min，获得sic偶联剂处理产物；

d.共混：将uhmwpe粉料、复配抗氧剂与步骤c制得的sic偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合5min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.双螺杆挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出工艺为一区温度145℃，二区温度170℃，三区温度190℃，四区温度205℃，五区温度205℃，模头温度205℃，主机转速200rpm；

f.模压成型：将步骤e造粒的粒料投入到模具，经过高温210℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，得到uhmwpe/pp/sic复合材料。

实施例4

1、配方组成：

uhmwpe粉85kg、pp粒料15kg、纳米sic4kg、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(质量比＝1/1/1)0.5kg，硅烷偶联剂0.5kg。

2、制备方法包括如下步骤：

a.干燥：将uhmwpe、sic、pp在干燥箱中80℃干燥4h；

b.称量：按照配方量，称取偶联剂、抗氧剂、干燥后的uhmwpe粉料；

c.sic偶联剂处理：将sic与硅烷偶联剂kh-550加入高混机中，保持转速1000rpm，高速搅拌25min，获得sic偶联剂处理产物；

d.共混：将uhmwpe粉料、复配抗氧剂与步骤c制得的sic偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合10min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.双螺杆挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出工艺为一区温度140℃，二区温度180℃，三区温度185℃，四区温度200℃，五区温度200℃，模头温度205℃，主机转速200rpm；

f.模压成型：将步骤e造粒的粒料投入到模具，经过高温210℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，得到uhmwpe/pp/sic复合材料。