超高分子量聚乙烯的改性研究.pdf

罗玉梅,等:超高分子量聚乙烯的改性研究
17
超高分子量聚乙烯的改性研究
罗玉梅
周勇梁兵
(西南石油大学材料科学与工程学院,成都610500)(高分子材料工程国家重点实验室,叫川大学,成都610065
摘要通过添加P和自制交联聚丙烯(PP-X),使用双辊开炼和Hake密炼的方法对超高分子量聚乙烯(UHM
WPE)进行政性,并通过万能材料试验机、熔体流动速率仪和摩擦磨损试验机等系统研究了 UHMWPE、 UHMWPE
PP UHMWPE/PP-X的力学性能、嫆体流变性能及摩擦磨损性能等。结果表明,当P和PP-X的质量分数小于等于
30%时, UHMWPE的力学性能得到了一定程度的改善,熔体流动性能增加,摩擦磨损性能有较大提高。
关键词超高分子量聚乙烯聚丙烯交联共混
超高分子量聚乙烯( UHMWPE)作为工程塑料
实验部分
具有许多优异性能,在众多场合中得到广泛应用。1.1主要原材料
如人工关节、高速铁路的桥梁支座等,都是基于其良
UHMWPE:M-Ⅲ,平均分子量约为350万,北
好的耐磨性、尺寸稳定性以及良好的耐候性能制备京助剂二厂;
的。但由于其超长的线性分子结构,使得其耐热性
PP:F401,等规均聚型,甘肃兰港石化公司;
能、硬度以及抗磨粒磨损和抗疲劳磨损性能与
PP-X:JIL2,交联度为53.5%,自制。
其它工程塑料相比尚有一定差距。虽然 UHMWPE1.2设备及仪器
自身的化学或辐照交联以及填料可以适度地改善这
Hake转矩流变仪:RC-90型,德国 Thermo
些性能,但均由于不能很好地兼顾其它性能而受到 Haake公司;
限制-4
双辊开炼机:SK-160B型,上海橡塑机械
基于 UHMWPE的难加工性、较差的表面硬度、
平板硫化仪:HP-63D型,上海西玛伟力橡塑
耐热性、抗磨粒磨损和高温下的塑性形变,机械有限公司
UHMWPE的改性主要分为炳部分:一是改善
万能材料试验机: Instron5567型,美国英斯特朗
UHMWPE加工流动性能;二是改善 UHMWPE的摩公司;
擦磨损性能
悬臂梁冲击试验机:CP-25型,上海化工机械
聚丙烯(PP)以强度高、密度低、硬度大、耐热性厂
好、易加工、价格低廉等优势而成为产量仅次于聚乙
洛氏硬度计:TH型,上海精密仪器仪表有限公
烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)的大品种通用塑料。研究司
表明PP能够破坏 UHMWPE完整的链缠绕结构,
摩擦磨损试验机:MM-200型,上海工业大学
降低 UHMWPE的缠结点密度和熔体表观粘度,改附属工厂
善 UEIMWPP的加工流动性能。PP交联后具有较好
维卡软化点温度测试仪: ATLAS HDV2型,美国
的硬度和耐热性能,可以赋予 UHMWPE较好的耐 ATLAS公司;
热性能和抗磨粒磨损性能
熔体流动速率(MFR)仪:CS-127型,美国AT-
笔者采用P和交联聚丙烯(PP-X)对 UHMWPE LAS公
进行改性。并在之前研究的PP-X对 UHMWPE滑1.3试样制备
动摩擦性能的改进的基础上?,继续在较大交联度
将 UHMWPE经100℃千燥8h后与P-X及其
PP的基础上全面研究了 UHMWPE/P2和它助剂共混,经双辊塑化或Hake密炼(220℃,10
UHMWPE/PP-Ⅹ的力学性能、熔体流变性能和摩擦min)后在平板硫化机上热压(190℃,10MPa,8min
磨损性能,以期在改善 UHMWPE加工流动性能的和15min)制成厚度分别为1mm和4mm的片状试
同时保持 UHMWPE,的力学性能,甚至对力学性能样,加工成能够用于力学性能和滑动摩擦测试的试
有所改善的情况下降低材料的摩擦系数,从而扩大
材料的应用范围。
收稿臼期:2010-04-1
工程塑料应用
2010年,第38卷,第6期
样。同样制备 UHMWPE和 UHMWPE,/P试样。
与PP的协同作用。当PP-X质量分数为30%时,断
1.4性能测试
裂伸长率、拉伸强度、拉伸屈服强度以及缺口冲击强
拉伸强度按GB/T1040-1992测试,拉伸速率度均达到最大,比 UHMWPE分别提高了约30.2%、
为100mm/min,试验温度25℃
30.7%、26.9%、19.5%。这归功于PP-X中交联的
缺口冲击强度按GB/T1843-1996测试,试验PP提高了 UHMWPE的强度、耐热性能。当PP-X的
温度25℃;
用量超过30%时,力学性能下降较大。PP-X对UH
洛氏硬度按CB/T9342-1988测试,载荷58.4MWPE力学性能的改善比PP的效果好,这是因为
N,压头12.7mm,温度25℃,试样大小50mmx50PP-X中含有交联的PP,其硬度和耐热性能比纯PP
mm×4
mm
提高幅度较大。PP和PP-X的性能比较见表1
维卡软化温度按 ASTMM D1525-1998测试,负
表1PP和PP-X的性能
载分别为1、5kg,升温速率120℃/60min;
试样「拉伸强度/峡口冲击强度门洛氏硬変/维卡牧化温
Mpa
MFR采用MFR仪测定,负荷为21.6kg,温度
76.2
230℃;
PP-X
3.9
84.5
150.9
摩擦磨损性能按CB/T3960-1983测试
2.2硬度
2结果与讨论
图2示出PP和PP-X的用量对 UHMWPE共混
2.1力学性能
物表面硬度的影响。由图2可知,PP和PP-X的加
图1示出PP和P-X的用量对 UHMWPE及其人均能有效提高 UHMWPE共混物的表面硬度,并
共混物力学性能的影响。从图1可以看出,当PP或且随着其用量的增加,表面硬度也不断增大。当
PPX质量分数为10%~30%时 UHMWPE及其共P、P-X的质量分数为30%时, UHMWPE/PP的硬
混物的力学性能较好,当PP质量分数为30%时,度约为60.1, UHMWPE/PPX的硬度约为65.4,分
UHMWPE/PP F的力学性能最佳,其断裂伸长率、拉伸别比 UFMWPE提高了22.7%和33.5%。
强度、拉伸屈服强度比 UHMWPE分别提高了
23.6%、20.9%、1.9%。当PP质量分数为20%时
66
其缺口冲击强度最佳,提高了约11.3%。加人适量
PP对 UHMWPE力学性能的改善归功于 UHMWPE
500
8450
400
PP和PPX质量分数/%
?
UHMWPE/PP: -UHMWPE/PP-X
嘉350
图2 UHMWPE及其共混物的硬度
2.3耐热性能
10
PP和PX质量分数/%
图3示出不同负载条件下PP和PP-X用量对
-UHMWPE/ PP: A-UHMWPE/PP-X
UHMWPE及其共混物耐热温度的影响。由图3可
110
知,当P的质量分数为30%时, UHMWPE耐热温
100
度升高2.8℃,当PP-X质量分数为30%时,
26
90
UHMWPE的耐热温度升高6.5℃。PP-X自身具有
際24
80?

展开阅读全文