[发明专利]超高分子量聚乙烯纳米复合材料制品的制备方法、模具及制品

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纳米复合材料制品的制备方法，包括：步骤S1，将超高分子量聚乙烯基材制备成超高分子量聚乙烯熔体，并注入模具；步骤S2，将所述超高分子量聚乙烯熔体在预设压力状态下冷却至第一温度；步骤S3，将低分子量聚烯烃纳米复合熔体以第二温度注入所述超高分子量聚乙烯熔体；步骤S4，冷却定型后制成所述超高分子量聚乙烯纳米复合材料制品。本发明保证了UHMWPE制品本身的力学性能、耐磨性能，制造了UHMWPE制品表面均匀构造，通过表面构造形成润滑层，保证稳定的超低摩擦系数，且成型过程简单、一次成型，成本较低，具有较好的市场化前景。

技术领域

本发明涉及高分子物理成型领域，尤其是涉及一种超高分子量聚乙烯纳米复合材料制品的制备方法。

背景技术

随着经济与社会的发展，由摩擦引起的磨损、润滑、材料与能源消耗等一系列问题的普遍存在对社会、经济的发展产生了巨大影响，已受到科技界的高度重视。世界摩擦学会的统计表明，摩擦损失了世界一次性能源的1/3以上，磨损每年造成的损失约占国民生产总值的1％。

根据目前市场调查，目前市场常用耐磨材料主要为超高分子量聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯材料。UHMWPE一般是指分子量在150万以上的线性结构聚乙烯(PE)，是一种新型的热塑性工程塑料。聚四氟乙烯(PTFE)，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物。聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。

UHMWPE性能特点：超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国AlliedChemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。我国于1964年最早研制成功并投入工业生产。限于当时条件，产物分子量约150万左右，随着工艺技术的进步，目前产品分子量可达100万～900万以上。UHMWPE的耐磨性居塑料之冠，比碳钢、黄铜都高出数倍，比普通聚乙烯高出数十倍；摩擦系数接近聚四氟乙烯(PTFE)，比其他塑料小；吸水率比其他工程塑料小；抗粘附能力好；耐冲击性能非常好；拉伸强度高；耐腐蚀性能好；耐低温性能好；密度小，成本低廉。

聚四氟乙烯(PTFE)性能特点：高度的化学稳定性；耐低温性和耐高温性好；抗粘附性能极好；摩擦系数非常低，润滑性能居塑料之冠；绝缘性能良好；优异的耐老化性和热稳定性；极小的吸水率。

作为耐磨材料，其首要考虑的应是耐磨性能和良好的自润滑性能，在此基础上应具备较好的综合力学性能。相比于聚四氟乙烯、尼龙材料，超高分子量聚乙烯力学性能优异、耐磨性最佳、摩擦系数与聚四氟乙烯相当，在耐磨性能及润滑性方面具有显著的综合性能，但是其在无油润滑条件下摩擦系数仍然较大，限制了超高分子量聚乙烯在无油润滑下的应用，因此进一步降低其摩擦系数成为重要课题。

目前降低超高分子量聚乙烯的耐磨性的方法主要为共混复合，专利CN201710478676.5公开了一种适用于水润滑条件下使用的超高分子量聚乙烯多元纳米复合材料。本发明通过在超高分子量聚乙烯材料中加入增强纤维的同时，添加表面进行改性的可摩擦水解的纳米颗粒。本发明的复合材料在水润滑工况下具有良好的耐磨性能，复合材料在海水介质中使用时，摩擦界面的边界膜在降低聚合物复合材料磨损的同时可有效保护金属对偶表面，降低金属的腐蚀磨损。本专利在水润滑条件下具备较好的耐磨性，但是无法应用于无油润滑工况下，因此需要开发无油润滑条件下的UHMWPE制品。