[发明专利]超高分子量聚乙烯组合物及制备方法

说明书

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯组合物，特别是具有较高热变形温度和很大分子量的聚乙烯组合物及制备方法。

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)因其具有好的耐磨性、抗冲击性、耐化学腐蚀性和抗拉强度，作为工程塑料应用日趋广泛。但因其没有完全克服聚乙烯原来的一些固有缺点，如热变形温度低，抗蠕变性差、热膨胀系数大，使得在一定程度上限制了超高分子量聚乙烯的应用范围。

虽有文献公开在超高分子量聚乙烯中添加无机物对其作某些改性处理，以改变和/或提高其某些性能。但作为改性对象的超高分子量聚乙烯，或是分子量相对小(如分子量在100万左右，本专利如无特别指出，分子量均指粘度法测定)的超高分子量聚乙烯，或是掺有较大量低或高分子量聚乙烯使超高分子量聚乙烯粘度降低，增加流动性。由于分子量相对小或作降粘处理，因此添加的无机改性添加物容易与超高分子量聚乙烯基体浸润且充分均混，从而能达到改性目的。

如日本专利公开特许62-48747公开的对超高分子量聚乙烯添加剂无机填充剂来改变或提高某些性能，作为改性对象的超高分子量聚乙烯，是分子量在100万左右适于挤压成型的，而且为使有良好的加工性能，需添加脂肪酸脂和脂肪酸锌盐润滑剂。

美国专利4792588、5019627，及中国专利87108361公开的在超高分子量聚乙烯中添加无机物，所涉及的改性对象则是注射成型用超高分子量聚乙烯，它是由较少量的超高分子量聚乙烯(分子量为165万左右)与较大量的低或高分子量聚乙烯(分子量为1500～36万)经多级聚合反应而制得一种组合物。掺混低或高分子量聚乙烯目的，正如公开的说明书中所述，旨在改善超高分子量聚乙烯流动性，这样一方面可改善超高分子量聚乙烯熔化成型性，使之适于注射成型；另一方面亦容易添加其他改性添加物作改性处理。

上述对超高分子量聚乙烯添加无机填充物作改性处理，所涉及的改性对象是粘度相对低的小分子量或掺混有低或高分子量的聚乙烯的注射用或挤压用超高分子量聚乙烯。它们均未涉及直接和/或对更大分子量如分子量大于300万以上，流动性更差的大粘度模压用超高分子量聚乙烯添加无机填充物作改性处理，更未涉及作提高热变形温度和降低热膨胀性的改性处理。添加润滑剂或掺混低或高分子量聚乙烯，总是要损害超高分子量聚乙烯的一些特性，尤其是耐磨性。另外这种方法技术条件要求高，制备复杂、繁琐。

普通技术人员都知道，超高分子量聚乙烯随着分子量的增大，其各项理化性能将显著提高，表现出优良的综合性能。但是分子量的增大，使得超高分子量聚乙烯粘度变得极高，流动性很差，分子表面张力显著提高，很难与其它添加物亲和，以致造成填充改性很困难。一般认为不可能(至少不能直接)对其添加无机物料进行改性，尤其是提高其热变形温度，因为由于大的分子量带来高的粘度和差的流动性及大的分子表面张力，使得添加的无机物很难与超高分子量聚乙烯亲和均混。从上述已有技术中改性的超高分子量聚乙烯或是分子量相对较小，或是需要首先与较大量的低或高分子量聚乙烯聚合通过降低平均分子量来降低粘度增加流动性，可得到很好的佐证。

本发明的目的在于提供一种综合性能优良，分子量大约在300万以上，且具有较高热变形温度和低热膨胀的模压超高分子量聚乙烯组合物。

本发明的又一目的就是要克服上述技术偏见，提供一种简便的在不损害超高分子量聚乙烯性能，尤其在高粘度状态下直接添加能提高热变形温度的无机物的方法。

本发明第一目的实现，主要通过在分子量大约在300万及以上的超高分子量聚乙烯中掺加5～25％(以聚乙烯重量计)的无机纤维。无机纤维的掺加在UHMW-PE中形成了一种纵横交联骨架，显著提高了UHMW-PE在受热后的强度，从而提高了其热变形温度，亦改善了膨胀收缩性能。

无机纤维的掺加，其特征在是将掺有0.1～1.0％(以聚乙烯重量计)的流动性改进剂的超高分子量聚乙烯及经偶联剂处理的无机纤维分别加热至软化(接近熔融)状态及与之相近的温度，然后在混炼机进行混炼至充分均混。

本发明所述超高分子量聚乙烯可以是商品的分子量大约在300万及以上，尤其是350～500万的乙烯均聚物或乙烯共聚物。

本发明所述超高分子量聚乙烯组合物中无机纤维掺量可为5～25％(以聚乙烯重量计，以下无特别指出，掺量均以聚乙烯重量计)，优选掺量为10～15％。无机纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等无机材料纤维。如将其切割成细小的短纤维掺入，这样更有利与聚乙烯基体充分均混，效果会更好。一般认为无机纤维的掺量如小于5％，则提高热变形温度效果不明显，如掺量大于25％，则不易与聚乙烯基体充分均混。