[发明专利]高耐磨共混聚合物材料或制品及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于共混改性聚合物耐磨性及其制备技术领域，具体涉及一种含有表面含氟超高分子量聚乙烯的高耐磨共混聚合物材料或制品及其制备方法。

背景技术

随看国民经济的飞速发展，性能优异的聚合物材料制品倍受青睐，尤其是像聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂等这类工程高聚物，它们因具有优异的力学性能和耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀、耐射线辐射、粘合性好、吸震能力强等性能，目前正在逐步替代传统材料制品，并广泛应用于各种复合材料、轮胎、胶轮、胶辊、覆铜板、粘结剂等领域。

虽然这些聚合物已具有非常出色的性能，但是随着其使用的推广和使用量的迅速增加，每年因为磨损造成的材料更新和设备更新带来的费用消耗也高得惊人，如果能够进一步提升这类工程高聚物的耐磨擦性能，那么必将带来巨大的经济效益和社会效益。

目前提高聚合物耐磨性的方法五花八门，但各自弊端也十分明显，归结起来，其主要方法有：1）对聚合物分子改性，即通过设计分子结构来提高耐磨性能。如华南理工大学周南桥等（石油化工，2008.37（11）：1181-1186）通过改变聚氨酯弹性体中的软、硬段比例以及改变不同软段结构来提高聚氨酯的耐磨性能。该种方法通常限制了聚氨酯种类，同时需要设计特定的软段单体，因而成本较高，单体合成复杂，结构控制困难，难以商业化推广。2）在聚合物合成过程中，添加其他组分进行原位共混改性。如在发泡聚氨酯弹性体合成过程中加入柔性组分进行原位共混改性，公开的文献有：拜耳科技申请的专利（CN102344541A）是通过在聚氨酯弹性体中引入一定量的聚异戊二烯；陶氏化学申请的专利 （CN1192757A）是通过在合成聚氨酯时添加液态聚丁二烯。该种方法通常只是用于聚氨酯弹性体，因而适用面窄。3）在聚合物加工过程中，添加其他耐磨组分进行共混改性，这一类方法是现在增加聚合物耐磨性能的主流方法，广泛适用于共混聚合物体系。如合肥工业大学徐卫兵等（塑料，1995，24（1）：5-9）用聚四氟乙烯改性聚甲醛的摩擦损耗性能，结果虽然表明其复合材料的摩擦损耗性能有所提高，但是由于添加的聚四氟乙烯表面是非极性的，故而不仅导致其与基体界面相容性差、难以分散，且通常还会降低整体材料的力学性能。

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。超高分子量聚乙烯分子量通常在100～500万，比普通聚乙烯要高2个数量级，结晶度65～85%，密度0.92～0.96g/cm³，且其的耐磨损性能非常卓越，是摩擦性能最好的高聚物之一，比一般碳钢和钢等金属要耐磨数倍、比尼龙耐磨4倍，同时超高分子量聚乙烯具有较低的摩擦系数以及好的自润滑性能。

按照一般推理，如果能将超高分子量聚乙烯稳定分散在聚合物连续相中，得到的复合材料的耐磨性能及力学性能必定有所提高。但遗憾的是，超高分子量聚乙烯表面极性弱，表现十分惰性，难以稳定分散在上面所述的极性高聚物中，因而对复合材料的耐磨性能及力学性能贡献极为有限，所以需要对超高分子量聚乙烯进行表面改性。目前对超高分子量聚乙烯改性方法也有一些报道，如中科院宁波材料所申请的专利（CN102250370）就采用了界面缩聚的方法来改性超高分子量聚乙烯的表面，利用化学法在超高分子量聚乙烯表面缩聚一层聚脲和/或聚氨酯和/或聚酰胺薄膜，从而增大超高分子量聚乙烯表面极性，进而改善其在高聚物中的相容性和粘结性。但是由于该方法需要使用多种多官能度反应单体来逐次反应，同时需要消耗大量溶剂，故而必然存在操作繁琐、成本偏高、溶剂难回收和环境污染等问题，难以实现规模化生产。

发明内容

本发明的首要目的是针对现有技术的不足，提供一种高耐磨共混聚合物材料或制品的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种有上述方法制备的高耐磨共混聚合物材料或制品。

本发明提供的高耐磨共混聚合物材料或制品的制备方法，该方法的工艺步骤和条件如下：

1）将超高分子量聚乙烯置于密闭的真空反应器中抽真空并用惰性气体置换反应器中剩余的空气后，向真空反应器中充入氟气混合气，在25～75℃下对其氟化处理0.1～2小时，再用氮气置换残余氟化气体后，即得到氟化超高分子量的聚乙烯，其中氟气在反应器中的分压为5～50kPa；

2）先将基体聚合物100份与氟化超高分子量的聚乙烯5～30份预混均匀，然后按照常规的加工方式制备成材料或制品。

上述方法中氟气在反应器中的分压优选为20～30KPa，更优选为25 KPa，反应温度优选为25～50℃，反应时间优选为0.5～1小时。