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UHMW-PE的改性

与其它工程塑料相比,UHMW-PE具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于UHMW-PE的分子结构和分子聚集形态造成的,可通过填充和交联的方法加以改善。

 

一、填充

  采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二铝、二硫化钼、炭黑等对UHMW-PE进行填充改性,可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善。用偶联剂处理后,效果更加明显。如填充处理后的玻璃微珠,可使热变形温度提高30℃。玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉等可提高硬度、刚度和耐温性;二硫化钼、硅油和专用蜡可降低摩擦因数,从而进一步提高自润滑性;炭黑或金属粉可提高抗静电性和导电性以及传热性等。但是,填料改性后冲击强度略有下降,若将含量控制在40%以内,超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)仍有相当高的冲击强度。

 

二、加工

  UHMW-PE树脂的分子链较长,易受剪切力作用发生断裂,或受热发生降解。因此,较低的加工温度,较短的加工时间和降低对它的剪切是非常必要的。

  为了解决UHMW-PE的加工问题,除对普通成型机械进行特殊设计外,还可对树脂配方进行改进:与其它树脂共混或加入流动改性剂,使之能在普通挤出机和注塑机上成型加工,这就是润滑挤出(注射)

 

三、共混

  共混法改善UHMW-PE的熔体流动性是***有效、***简便和***实用的途径。这方面的技术多见于******文献。共混所用的第二组分主要是指低熔点、低黏度树脂,有低密度聚乙烯(PE-LD)、高密度聚乙烯(PE-HD)、聚丙烯(PP)、聚酯等,其中使用较多的是中分子量PE(分子量40万~60)和低分子量PE(分子量<40)。当共混体系被加热到熔点以上时,UHMW-PE树脂就会悬浮在第二组份树脂的液相中,形成可挤出、可注射的悬浮体物料。

 

  1.与低、中分子量PE共混

  UHMW-PE与分子量低的PE-LD(分子量100020000,以500012000为******)共混可使其成型加工性获得显著改善,但同时会使拉伸强度、挠曲弹性等力学性能有所下降。PE-HD也能显著改善UHMW-PE的加工流动性,但也会引起冲击强度、耐摩擦等性能的下降。为使UHMW-PE共混体系的力学性能维持在一较高水平,一个有效的补偿办法是加入PE成核剂,如苯甲酸、苯甲酸盐、硬脂酸盐、己二酸盐等,可以借PE结晶度的提高,球晶尺寸的微细均化而起到强化作用,从而有效阻止机械性能的下降。有******指出,在UHMW-PE/PE-HD共混体系中加入很少量的细小的成核剂硅灰石(其粒径尺寸范围550 nm,表面积100400 m2/g),可很好地补偿力学性能的降低。

    

  2. 共混形态

  UHMW-PE的化学结构虽然与其它品种的PE相近,但在一般的熔混设备和条件下,它们的共混物都难以形成均匀的形态,这可能与组分之间黏度相差悬殊有关。采用普通单螺杆混炼得到的UHMW-PE/PE-LD共混物,两组分各自结晶,不能形成共晶,UHMW-PE基本上以填料形式分散于PE-LD基体中。熔体长时间处理和使用双辊炼塑机混炼,两组分之间作用有所加强,性能亦有进一步的改善,不过仍不能形成共晶的形态。

Vadhar发现,当采用两步共混法,即先在高温下将UHMW-PE熔融,再降到较低温度下加入线性低密度聚乙烯PE-LLD进行共混,可获得形成共晶的共混物。Vadher用溶液共混法也得到了能形成共晶的UHMW-PE/PE-LLD共混物。    

     

  3. 共混物的力学强度

  对于未加成核剂的UHMW-PE/PE体系,其在冷却过程中会形成较大的球晶,球晶之间存在着明显的界面,而在这些界面上存在着由分子链排布不同引起的内应力,由此会导致裂纹的产生,所以与基体聚合物相比,共混物的拉伸强度有所下降。当受到外力冲击时裂纹会很快地沿球晶界面发展而导致***后的破碎,因此又引起冲击强度的下降。

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