UHMWPE的物理改性研究进展及其加工成型工艺.doc

UHMWPE的物理改性研究进展及其加工成型工艺 综述石化技术,2007,14(1):60 PETROCHEMICALINDUSTRYTECHN0L0GY UHMWPE的物理改性研究进展 及其加工成型工艺 吴敏张林纪洪波 (1.中国石油化工股份有限公司天津分公司聚酯部,天津,300271; 2.中国石化北京燕化石油化工股份有限公司树脂应用研究所,北京,102500; 3.中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院,北京,100083) 摘要:综述了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的物理改性研究进展并对其加工成型工艺进行了介绍. UHMWPE物理改性方法主要有共混改性,流动改性剂改性及液晶高分子原位复合材料改性.物理改性提高了 UHMWPE的熔体流动性,降低了其熔体黏度,使其能在专用或通用设备上加工成型. 关键词:超高分子量聚乙烯物理改性流动性能加工成型工艺 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性 能优异的新型热塑性工程塑料,它的分子结构与 普通聚乙烯(PE)完全相同,但相对分子质量可达 (1-4)xl0.随着相对分子质量的大幅度升高, UHMWPE表现出普通PE所不具备的优异性能, 如耐磨性,耐冲击性,低摩擦系数,耐化学性和消 音性等. 由于UHMWPE分子链很长,易发生链缠结, 熔融时熔体黏度高达10.Pa?S,熔体流动性差且 临界剪切速率很低,因此容易导致熔体破裂,使其 成型加工困难.为改善UHMWPE的加工成型性 能,需要对其流动性进行改性,而物理改性是主要 的手段 1I『H[MWPE的物理改性 物理改性不改变分子构型,但可以赋予材料 新的性能.目前常用的物理改性方法主要有:(1)将 UHMWPE与低熔点,低黏度的树脂共混改性;(2) 加入流动改性剂,以降低UHMWPE的熔体黏度, 改善其加工性能,使之能在普通挤出机和注射机 上加工;(3)液晶高分子原位复合材料改性等. 1.1共混改性 共混改性是改善UHMWPE熔体流动性最有 效,简便的途径.共混时所用的第二组分主要是指 低熔点,低黏度的树脂,如低密度聚乙烯(LDPE), 高密度聚乙烯(HDPE),聚丙烯(PP),聚酰胺(PA), 聚酯等.目前使用较多的是HDPE和LDPE.当共 混体系被加热到熔点以上时,UHMWPE就会悬浮 在第二组分的液相中,形成可挤出,可注射的悬浮 体物料. 将UHMWPE与LDPE(或HDPE)共混可使其 成型加工性能获得显着改善.但共混体系在冷却 过程中会形成较大的球晶,球晶之间有明显的界 面.在这些界面上存在着由分子链排布不同引起 的内应力,由此会导致产生裂纹,所以与基体聚合 物相比,共混物的拉伸强度有所下降.当受外力冲 击时,裂纹会很快沿球晶界面发展而断裂,引起冲 击强度降低.为保持共混体系的力学性能,可以采 用加入适量成核剂,如硅灰石,苯甲酸,苯甲酸盐, 硬脂酸盐,己二酸盐的方法阻止其力学性能下降. Dumoulin等1对UHMWPE与中相对分子质 量聚乙烯(MMWPE)的共混物进行了研究.在双 辊混炼温度175oC,混炼时间10min;密炼温度 185～200℃,密炼时间10min的条件下,制备了 收稿日期:20o6—09—2l. 修改稿收到日期:20o6一l2—04. 作者简介:吴敏,硕士,高级工程师.2005年毕业于中国 石油化工股份有限公司石油化工科学研究院应用化学专 业,现从事聚酯纤维新产品开发工作.联系电话:022—E—mail:wuminl86@sina.corn. 吴敏等.UHMWPE的物理改性研究进展及其加工成型工艺.61. UHMWPE含量小于或等于6%(质量分数,以下同) 的共混物.在上述条件下制备的共混物的流变性 能得到极大改善. Veda等I21对UHMWPE与MMWPE的共混物 进行了研究.结果表明,UHMWPE与MMWPE在 给定条件下能共结晶.但加入MMWPE后,共混物 的冲击性能,耐磨性能有所下降.为保持力学性 能,在共混体系中加入成核剂. 专利[31介绍了一种UHMWPE共混改性方法. 将70%的UHMWPE与30%的PE共混,用共混物 挤出的制品拉伸强度为390MPa,断裂伸长率为 290%,用带缺口试样进行Izod冲击试验时,试样 不断裂. 专利报道,将79.18%的uHMWPE(相对分 子质量3.5x10),19.19%的普通PE(相对分子质 量6.0xlo5),0.13%的成核剂(热解硅石,粒径5-50 txm,表面积100—400m2/g)熔融混合,所得共混物 可在普通注射机上成型,产品的抗冲击性,耐磨性 等物理机械性能优于不加成核剂的共混物. Vadhar等[51对UHMWPE与线型低密度聚乙 烯(LLDPE)共混物进行了研究.采用同步和顺序 投料方式,在密炼机,