專利名稱：納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)納米改性UHMWPE抗靜電復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大于150萬(wàn)的聚乙烯(PE)，是一種新型熱塑性工程塑料，它極高的分子量、高度纏繞的鏈段結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能。UHMWPE的抗沖擊性能居塑料之首，耐低溫、在-80°C仍能保持韌性，耐腐蝕，耐磨損且自潤(rùn)滑性能優(yōu)異，是以塑代鋼的理想材料。該材料在石油化工、冶金選礦、生物醫(yī)學(xué)、微電子機(jī)械、海洋工程等高新技術(shù)領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。但UHMWPE存在耐溫性能差、硬度低、流動(dòng)性差、拉伸強(qiáng)度低以及阻燃性能差等缺點(diǎn)。利用納米粒子特有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，開(kāi)發(fā)系列新型納米催化制備UHMWPE樹脂以及新型納米復(fù)合功能化UHMWPE·材料，是提高UHMWPE性能、并使其得到更廣泛應(yīng)用的有效途徑。納米改性UHMWPE，國(guó)內(nèi)外有學(xué)者作過(guò)一定的研究。Krasnor等制得UHMWPE/Fe復(fù)合材料，鐵粒子在高速摩擦過(guò)程中，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可起活性中心作用。復(fù)合材料具有低的摩擦系數(shù)，并且穩(wěn)定性好。有些學(xué)者推出了層狀硅酸鹽熔融插層改性UHMWPE，研究發(fā)現(xiàn)，層狀硅酸鹽剝離分散在UHMWPE基體中，使材料的流動(dòng)加工性能有所改善，但是這種改性方法的對(duì)象是粘均分子量150萬(wàn)左右的UHMWPE，對(duì)于粘均分子量較高的UHMWPE，層狀硅酸鹽就無(wú)法剝離分散在UHMWPE基體中。納米粒子改性UHMWPE，如果沒(méi)有解決好納米粒子與UHMWPE的相容和分散，納米粒子與UHMWPE的界面會(huì)有縫隙空穴或納米粒子團(tuán)聚在UHMWPE基體里，材料的力學(xué)性能尤其是耐磨性和耐沖擊性大幅度下降，失去了作為輸送漿體、粉體介質(zhì)的UHMWPE管材最為關(guān)鍵的耐磨、耐壓特性。所以，納米材料表面處理及高效分散技術(shù)是其功能有效發(fā)揮的重要條件。由于UHMWPE本身熔體粘度極高，無(wú)法用常規(guī)的擠出設(shè)備加工成型管材，而納米粒子的加入，使得體系的熔體粘度進(jìn)一步加大。納米粒子在高熔體粘度的基體中的分散及微結(jié)構(gòu)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高性能UHMWPE復(fù)合材料工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種連續(xù)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法按重量份將2-20份包覆劑放入反應(yīng)釜中，于150-180°C熔融，放入1-10份納米導(dǎo)電材料、1-5份分散劑，高速攪拌分散10-30分鐘，力口入10-50份溶劑，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料；然后將上述有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料與100份超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200-230°C，即得產(chǎn)品。所述的包覆劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的一種或幾種。所述的納米導(dǎo)電材料選自納米炭黑、納米石墨、碳纖維、納米銅粉中的一種或幾種。所述的分散劑為聚乙烯蠟、石蠟中的一種或幾種。所述的溶劑為蒸餾水、丙酮、乙醇中的一種或幾種。所述的超聞分子量聚乙烯為粘均分子量150萬(wàn)-700萬(wàn)的聚乙烯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對(duì)納米粒子的加入，使得UHMWPE復(fù)合材料的熔體粘度 進(jìn)一步加大，難以擠出成型等技術(shù)難點(diǎn)，用有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料，使其與高熔體粘度的UHMWPE基體緊密結(jié)合，提高了相容性；同時(shí)利用有機(jī)包覆劑有較好流動(dòng)性和UHMWPE基體在熔點(diǎn)以上也無(wú)流動(dòng)性的特征差異，設(shè)計(jì)有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料在UHMWPE基體中的分散微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙螺桿擠出納米級(jí)連續(xù)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的改性UHMWPE抗靜電復(fù)合材料。這種立體穿插納米尺度均勻分布，對(duì)在低導(dǎo)電材料含量情況下就形成穩(wěn)定的導(dǎo)電通路作出貢獻(xiàn)。


圖I為本發(fā)明納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的電鏡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I按重量份將5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應(yīng)釜中，于160°C熔融，放入3份納米炭黑、2份聚乙烯蠟、I份石蠟，高速攪拌分散15分鐘，加入10份丙酮，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電炭黑。然后將上述材料與100份粘均分子量350萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在210°C。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表I。實(shí)施例2按重量份將2份乙烯-甲基丙烯酸共聚物放入反應(yīng)釜中，于150°C熔融，放入I份碳纖維、4份聚乙烯蠟，高速攪拌分散10分鐘，加入15份蒸餾水，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆導(dǎo)電碳纖維。然后將上述材料與100份粘均分子量150萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200°C。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表I。實(shí)施例3按重量份將20份乙烯-丙烯酸共聚物放入反應(yīng)釜中，于180°C熔融，放入6份納米石墨、4份納米銅粉、5份石蠟，高速攪拌分散30分鐘，加入45份乙醇，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量500萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在230°C。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表I。實(shí)施例4
按重量份將8份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應(yīng)釜中，于155°C熔融，放入5份納米炭黑、3份聚乙烯蠟、2份石蠟，高速攪拌分散20分鐘，加入30份蒸餾水，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電炭黑。然后將上述材料與100份粘均分子量700萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在230°C。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表I。實(shí)施例5按重量份將15份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應(yīng)釜中，于170°C熔融，放入8份納米石墨、5份聚乙烯蠟，高速攪拌分散25分鐘，加入50份蒸餾水，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電石墨。然后將上述材料與100份粘均分子量450萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在220°C。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表I。實(shí)施例6按重量份將2份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、3份乙烯-丙烯酸共聚物放入反應(yīng)釜中，于160°C熔融，放入I份納米炭黑、I份碳纖維、2份聚乙烯蠟、I份石蠟，高速攪拌分散20分鐘，加入30份丙酮，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量250萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在225°C。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表I。實(shí)施例7按重量份將10份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應(yīng)釜中，于150°C熔融，放入2份納米炭黑、2份納米銅粉、3份聚乙烯蠟，高速攪拌分散15分鐘，加入20份丙酮，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量600萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在230°C。管材的各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表I。實(shí)施例8按重量份將20份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應(yīng)釜中，于160°C熔融，放入2份納米炭黑、I份聚乙烯蠟，高速攪拌分散20分鐘，加入30份丙酮，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量250萬(wàn)超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在225 °C。表I實(shí)施例性能
權(quán)利要求
1.一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法按重量份將2-20份包覆劑放入反應(yīng)釜中，于150-180°c熔融，放入1_10份納米導(dǎo)電材料、1-5份分散劑，高速攪拌分散10-30分鐘，加入10-50份溶劑，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料；然后將上述有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料與100份超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200-230 V，即得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的包覆劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米導(dǎo)電材料選自納米炭黑、納米石墨、碳纖維、納米銅粉中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的分散劑為聚乙烯蠟、石蠟中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的溶劑為蒸餾水、丙酮、乙醇中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯為粘均分子量150萬(wàn)-700萬(wàn)的聚乙烯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復(fù)合材料的制備方法，該方法按重量份將2-20份包覆劑放入反應(yīng)釜中，于150-180℃熔融，放入1-10份納米導(dǎo)電材料、1-5份分散劑，高速攪拌分散10-30分鐘，加入10-50份溶劑，降溫冷卻，過(guò)濾烘干，得到有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料；然后將上述有機(jī)層包覆納米導(dǎo)電材料與100份超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200-230℃，即得產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的納米改性UHMWPE抗靜電復(fù)合材料形成納米級(jí)連續(xù)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這種立體穿插納米尺度均勻分布，對(duì)在低導(dǎo)電材料含量情況下就形成穩(wěn)定的導(dǎo)電通路作出貢獻(xiàn)。
文檔編號(hào)C08L23/06GK102888039SQ201210396200
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者張煒, 李志 , 洪尉, 許振華, 趙春保, 李建龍 申請(qǐng)人:上?；ぱ芯吭?br>