[发明专利]一种普通聚乙烯耐磨复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备访求，更具体地说涉及一种普通聚乙烯耐磨复合材料及其制备方法。

背景技术

磨损是机械设备重要的失效方式。我国每年因磨损消耗的金属耐磨材料约300万t以上。磨损不仅引起设备零件失效，导致工件更换和维修频繁、设备工作效率降低，而且消耗了大量的能源和材料。因而减少摩擦和磨损，有利于提高资源利用效率，有利于以最少的资源消耗获得最大的经济和社会收益。目前减摩降磨主要有两种方法：1.合理选择和使用耐磨材料；2.应用表面技术，在普通材料表面上制备一层耐磨涂层，节省贵重材料。

高分子材料由于具有较低的密度、优良的力学性能和优良的减摩、耐磨、自润滑性能，可以解决传统的金属、木材难以解决的摩擦学问题，可以提高摩擦零部件的可靠性和耐久性，为改进机械产品的设计结构，促进新技术的发展，提供了关键的配套材料。高分子材料的品种繁多，性格各异，应用非常广泛。目前已广泛应用于包装与食品加工工业、建筑与农业机械、造纸机械、纺织机械、化工机械、热电行业、建材业等各个行业。

其中，管材和大型包装容器(如开式罐、储水桶、内衬罐、浮筒、汽油箱等)是高分子耐磨材料主要的应用领域之一。

滚塑又称旋转成型、旋转浇铸成型，是一种热塑性塑料成型方法。即将粉状或糊状物料注入模内，通过对模具的加热和纵横向的滚动旋转，使物料借自身重力作用均匀地布满模具内腔并且熔融，待冷却后脱模而得中空制品。相对于注射、挤出等通用工艺手法，滚塑工艺有其显著的特点：1.适于模塑大型及特大型制件；2.适于成型各种复杂形状的中控制件；3.适用于多品种、小批量塑料制品的生产；4.节约原材料；5.易变换制品的颜色；6.便于生产多层材质的塑料制品。当然滚塑工艺也有其不足之处，如能耗大、成型周期长、制品尺寸精度较差、劳动强度较大等。但综上所述，滚塑工艺仍不失为一种优良的成型加工手法。

我国滚塑工艺的开发研究起始于上世纪60年代。目前，国内企业已能制备容器量20000L以上的化工贮槽以及高速全塑游艇等大型塑料制品。近几年来，我国的滚塑行业发展迅速，全国各地的各种滚塑厂家已近百家，这些厂家所生产的滚塑制品种类越来越多。应用领域也越来越广泛。但是同国外发达国家先进水平相比，差距仍十分明显。上世纪90年代初在美国滚塑协会注册的滚塑制品就已超过5000种，而我国到目前也只有40余种，国外的滚塑制品已涉及30多种行业，而我国的滚塑制品只涉及到十余种行业。在滚塑原料方面，目前国内在滚塑制品中，市场上聚乙烯及其复合材料的滚塑占整个滚塑产品的比例目前约75％，99％以上的滚塑制品原料为PE，其中的95％又是非常适合于滚塑成型的滚塑级LLDPE，而国外滚塑聚乙烯材料的比例大致为：LLDPE为65％，XHDPE(交联聚乙烯)为2％，HDPE为10％，LDPE为5％。

超高密度聚乙烯(UHMWPE)是一种优良的耐磨材料。从UHMWPE的性能来看，它几乎集中了各种塑料的优点，具有其它工程塑料无可比拟的耐磨、抗冲击、自润滑、耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、耐湿等综合性能，目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。然而UHMWPE的成型加工难度很大，主要表现在以下三个方面：1.摩擦系数极小，粉料在送料时极易打滑，不易进料。2.熔体粘度高，UHMWPE的熔体流动速率(MFR)在负荷加大10倍(即21.6kg)时也几乎等于零，粘度高达108Pa·s。用螺杆挤出时，熔体极易包住螺杆一起旋转，很难沿螺杆推进，易形成“料塞”。3.临界剪切速率低，在挤出加工时，由于熔体破裂而引起制品裂纹现象，在注射加工时，由于喷流的出现而导致制品气孔和脱层现象。传统的成型加工方法主要是压制烧结法和热塑加工法，但效率低、产量低。

专利CN1527848，采用不同分子量的聚乙烯进行组合，得到了可熔融加工的耐磨聚乙烯。专利CN101240092，通过在超高分子量聚乙烯中添加耐磨剂和加工助剂，得到了一种耐磨复合材料，但仍需要采用传统的混合、冷压、加热熔融、模压成型、冷却定型及切割等工序制成高耐磨复合材料。专利CN101344198以超高分子量聚乙烯树脂、玻璃纤维或玻璃微珠、硅烷类偶联剂、石墨和聚乙烯蜡等为原料，置备了一种超高分子量聚乙烯耐磨管道。专利CN101004231以钢管为外管，聚乙烯管为内管，经多级滚压轮式缩径设备对聚乙烯管进行滚压缩径，使聚乙烯管外径小于钢管内径并立即将其插入钢管内。在钢管内的聚乙烯管经高温返径后便与钢管内壁紧紧地贴合成一体，制备了一种钢紧衬聚乙烯耐磨复合管。