纳米改性超高分子量聚乙烯抗静电复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种纳米改性超高分子量聚乙烯抗静电复合材料的制备方法，该方法按重量份将2-20份包覆剂放入反应釜中，于150-180℃熔融，放入1-10份纳米导电材料、1-5份分散剂，高速搅拌分散10-30分钟，加入10-50份溶剂，降温冷却，过滤烘干，得到有机层包覆纳米导电材料；然后将上述有机层包覆纳米导电材料与100份超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在200-230℃，即得产品。与现有技术相比，本发明制备的纳米改性UHMWPE抗静电复合材料形成纳米级连续立体网状结构导电网络，这种立体穿插纳米尺度均匀分布，对在低导电材料含量情况下就形成稳定的导电通路作出贡献。

说明书

技术领域

本发明属于聚合物技术领域，涉及一种连续立体网状结构纳米改性UHMWPE 抗静电复合材料的制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大于150万的聚乙烯(PE)， 是一种新型热塑性工程塑料，它极高的分子量、高度缠绕的链段结构赋予其优异的 力学性能。UHMWPE的抗冲击性能居塑料之首，耐低温、在-80℃仍能保持韧性， 耐腐蚀，耐磨损且自润滑性能优异，是以塑代钢的理想材料。该材料在石油化工、 冶金选矿、生物医学、微电子机械、海洋工程等高新技术领域得到研究和应用。但 UHMWPE存在耐温性能差、硬度低、流动性差、拉伸强度低以及阻燃性能差等缺 点。利用纳米粒子特有的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应， 开发系列新型纳米催化制备UHMWPE树脂以及新型纳米复合功能化UHMWPE材 料，是提高UHMWPE性能、并使其得到更广泛应用的有效途径。

纳米改性UHMWPE，国内外有学者作过一定的研究。Krasnor等制得 UHMWPE/Fe复合材料，铁粒子在高速摩擦过程中，发生化学反应，可起活性中心作 用。复合材料具有低的摩擦系数，并且稳定性好。有些学者推出了层状硅酸盐熔融 插层改性UHMWPE，研究发现，层状硅酸盐剥离分散在UHMWPE基体中，使材 料的流动加工性能有所改善，但是这种改性方法的对象是粘均分子量150万左右的 UHMWPE，对于粘均分子量较高的UHMWPE，层状硅酸盐就无法剥离分散在 UHMWPE基体中。

纳米粒子改性UHMWPE，如果没有解决好纳米粒子与UHMWPE的相容和分 散，纳米粒子与UHMWPE的界面会有缝隙空穴或纳米粒子团聚在UHMWPE基体 里，材料的力学性能尤其是耐磨性和耐冲击性大幅度下降，失去了作为输送浆体、 粉体介质的UHMWPE管材最为关键的耐磨、耐压特性。所以，纳米材料表面处理 及高效分散技术是其功能有效发挥的重要条件。

由于UHMWPE本身熔体粘度极高，无法用常规的挤出设备加工成型管材，而 纳米粒子的加入，使得体系的熔体粘度进一步加大。纳米粒子在高熔体粘度的基体 中的分散及微结构控制技术是实现高性能UHMWPE复合材料工业化生产和应用 的关键。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种连续立体网 状结构的纳米改性超高分子量聚乙烯抗静电复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种纳米改性超高分子量聚乙烯 抗静电复合材料的制备方法，其特征在于，该方法按重量份将2-20份包覆剂放入 反应釜中，于150-180℃熔融，放入1-10份纳米导电材料、1-5份分散剂，高速搅 拌分散10-30分钟，加入10-50份溶剂，降温冷却，过滤烘干，得到有机层包覆纳 米导电材料；然后将上述有机层包覆纳米导电材料与100份超高分子量聚乙烯高速 混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在200-230℃，即得 产品。

所述的包覆剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯 酸共聚物中的一种或几种。

所述的纳米导电材料选自纳米炭黑、纳米石墨、碳纤维、纳米铜粉中的一种或 几种。

所述的分散剂为聚乙烯蜡、石蜡中的一种或几种。

所述的溶剂为蒸馏水、丙酮、乙醇中的一种或几种。

所述的超高分子量聚乙烯为粘均分子量150万-700万的聚乙烯。

与现有技术相比，本发明针对纳米粒子的加入，使得UHMWPE复合材料的熔 体粘度进一步加大，难以挤出成型等技术难点，用有机层包覆纳米导电材料，使其 与高熔体粘度的UHMWPE基体紧密结合，提高了相容性；同时利用有机包覆剂有 较好流动性和UHMWPE基体在熔点以上也无流动性的特征差异，设计有机层包覆 纳米导电材料在UHMWPE基体中的分散微结构，实现双螺杆挤出纳米级连续立体 网状结构导电网络的改性UHMWPE抗静电复合材料。这种立体穿插纳米尺度均匀 分布，对在低导电材料含量情况下就形成稳定的导电通路作出贡献。

附图说明

图1为本发明纳米改性超高分子量聚乙烯抗静电复合材料的电镜图。

具体实施方式

实施例1

按重量份将5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反应釜中，于160℃熔融，放入3 份纳米炭黑、2份聚乙烯蜡、1份石蜡，高速搅拌分散15分钟，加入10份丙酮， 降温冷却，过滤烘干，得到有机层包覆纳米导电炭黑。然后将上述材料与100份粘 均分子量350万超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒， 挤出熔体温度控制在210℃。管材的各项性能指标见表1。

实施例2

按重量份将2份乙烯-甲基丙烯酸共聚物放入反应釜中，于150℃熔融，放入1 份碳纤维、4份聚乙烯蜡，高速搅拌分散10分钟，加入15份蒸馏水，降温冷却， 过滤烘干，得到有机层包覆导电碳纤维。然后将上述材料与100份粘均分子量150 万超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度 控制在200℃。管材的各项性能指标见表1。

实施例3

按重量份将20份乙烯-丙烯酸共聚物放入反应釜中，于180℃熔融，放入6份 纳米石墨、4份纳米铜粉、5份石蜡，高速搅拌分散30分钟，加入45份乙醇，降 温冷却，过滤烘干，得到有机层包覆纳米导电材料。然后将上述材料与100份粘均 分子量500万超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒，挤 出熔体温度控制在230℃。管材的各项性能指标见表1。

实施例4

按重量份将8份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反应釜中，于155℃熔融，放入5 份纳米炭黑、3份聚乙烯蜡、2份石蜡，高速搅拌分散20分钟，加入30份蒸馏水， 降温冷却，过滤烘干，得到有机层包覆纳米导电炭黑。然后将上述材料与100份粘 均分子量700万超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒， 挤出熔体温度控制在230℃。管材的各项性能指标见表1。

实施例5

按重量份将15份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反应釜中，于170℃熔融，放入 8份纳米石墨、5份聚乙烯蜡，高速搅拌分散25分钟，加入50份蒸馏水，降温冷 却，过滤烘干，得到有机层包覆纳米导电石墨。然后将上述材料与100份粘均分子 量450万超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔 体温度控制在220℃。管材的各项性能指标见表1。

实施例6

按重量份将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应釜 中，于160℃熔融，放入1份纳米炭黑、1份碳纤维、2份聚乙烯蜡、1份石蜡，高 速搅拌分散20分钟，加入30份丙酮，降温冷却，过滤烘干，得到有机层包覆纳米 导电材料。然后将上述材料与100份粘均分子量250万超高分子量聚乙烯高速混合， 将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在225℃。管材的各项性能 指标见表1。

实施例7

按重量份将10份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反应釜中，于150℃熔融，放入 2份纳米炭黑、2份纳米铜粉、3份聚乙烯蜡，高速搅拌分散15分钟，加入20份 丙酮，降温冷却，过滤烘干，得到有机层包覆纳米导电材料。然后将上述材料与 100份粘均分子量600万超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤 出造粒，挤出熔体温度控制在230℃。管材的各项性能指标见表1。

实施例8

按重量份将20份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反应釜中，于160℃熔融，放入 2份纳米炭黑、1份聚乙烯蜡，高速搅拌分散20分钟，加入30份丙酮，降温冷却， 过滤烘干，得到有机层包覆纳米导电材料。然后将上述材料与100份粘均分子量 250万超高分子量聚乙烯高速混合，将混合物用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体 温度控制在225℃。

表1实施例性能