[发明专利]一种高性能辐照交联超高聚乙烯挤出板材的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及到板材技术领域，具体为一种超高聚乙烯作为原料的高性能辐射交联熔融挤出板材的制备方法。

【背景技术】

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。与众多聚合物材料相比，因其分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀、耐低温等性能。UHMWPE耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用，但是其耐高温性能并不突出，一定程度上限制了其应用的推广。此外，由于UHMWPE分子量高达数百万，超高分子链之间为无序缠结，其分子链段对热运动反应迟缓，表现为熔体粘度高达108Pa.s，因此，其加工过程中几乎没有流动性，采用常规的熔融挤出法，容易发生熔体破裂。为了提高熔融挤出过程中的生产效率和产品质量，通常在超高分子量聚乙烯原料中加入各种内外润滑剂以及相对低分子量的聚乙烯等来提高熔体的流动性。但是，此类助剂的添加会大大降低UHMWPE固有的优良特征。

辐射交联可以提高UHMPE产品的耐高温性及耐磨、耐腐蚀、高强度等性能，但是聚合物的辐射交联是一个复杂的过程，UHMWPE在辐射下会发生两种变化，首先是分子链断裂(C-C键断裂)，其次是产生自由基(主要是C-H键断裂)，并相互反应的自由基密度极少，对UHMWPE来说相邻分子链上碳原子间距较大，阻碍了交联的产生，自由基被困在聚合物内部。因此，辐射使UHMWPE均裂产生不稳定的自由基，能够在基体内存留很长一段时间，导致分子链断裂。尤其在有氧环境中辐照后，自由基与氧反应产生酮、酯、醛和酸等氧化产物，使UHMWPE分子量降低。而由于交联主要形成非晶区，在固态下辐照产生的交联网状结构不均匀，最终使聚合物机械性能下降。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种高性能辐射交联超高聚乙烯熔融挤出板材的方法。其特点在于超高聚乙烯挤出板材的制备过程中，加入一定量的成核剂抑制氧气渗入聚合物内部，并进行真空退火，保证自由基充分交联，以克服现有辐射交联技术导致UHMWPE降解、破坏固有性能的缺点，得到凝胶含量高且力学性能和耐热性能优异的交联超高聚乙烯板材。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高性能辐照交联超高聚乙烯挤出板材的制备方法，其具体步骤为：

在流动改性剂、增敏剂、成核剂和抗氧化剂助剂的存在下，熔融挤出的超高聚乙烯板材，并通过高能射线辐照发生交联反应，进行真空烘箱退火，得到超高聚乙烯(UHMWPE)板材。辐射交联超高聚乙烯的制备过程中添加一定比例的助剂，在保证超高聚乙烯固有性能的同时，实现了熔融挤出板材工艺，并提高了其耐温性能和耐磨性能。

熔融挤出过程中添加成核剂，采用高能辐射UHMWPE和真空退火处理，提高UHMWPE交联率和综合性能，是本发明相对于现有技术制备超高聚乙烯板材的改进。本发明中，由于成核剂的加入，提高了UHMWPE材料的结晶度，一定程度上抑制了一定量氧气渗入UHMWPE材料中，从而减少了UHMWPE材料的氧化降解，而真空高温退火保证了自由基的充分交联，使得UHMWPE的辐照稳定性提高，改善了UHMWPE力学性能和耐热性能。

所述的成核剂选用1，3-2，4-二苄叉山梨醇、山梨醇、对羟基苯甲酸、苯甲酸、对苯二甲酸中的一种或混合物。成核剂的加入量为UHMWPE材料重量的0.1～3wt％。

所述的高能射线源为电子射线或γ射线；辐射过程中的射线吸收剂量应低于100kGy，最佳控制范围在10～50kGy。

所述的辐照样品在真空中退火温度为80～120℃，退火时间为2～10h。

所述的增敏剂选用四甘醇二甲基丙烯酸酯(TEGDM)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、二甲基丙烯酸四甘醇酯(TEGDM)、三烯丙基氰尿酸脂(TAC)、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)中的一种或它们的混合物。这些多官能团单体的加入可促使链式反应产生，最终形成网状的大分子结构。其加入量为UHMWPE材料重量的1～8％。

所述的抗氧剂选用受阻酚、受阻胺、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)，1，3，5-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰脲酸(3114)，三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(168)，3，4，5-三羟基苯甲酸丙酯(PG)中的一种或混合物；其加入量不大于UHMWPE材料重量的0.5％。