LCP/UHMWPE原位复合物的制备、性能和应用

来源：塑胶五金网发布时间：2013-08-13 09:19:38点击率：

　　【塑胶五金网】超高相对分子质量聚乙烯 (UHMWPE) 是一种综合性能十分优异的热塑性工程塑料。因其具有突出的耐磨性 (比钢铁耐磨8～9倍，比聚酰胺耐磨2.8倍)、优异的耐冲击性 (是聚碳酸酯的2～5倍，ABS的5倍，聚甲醛的1.5倍)、摩擦因数低 (其动摩擦因数为0.10～0.22，可与聚四氟乙烯相媲美，是理想的自润滑材料)，此外，它还有极好的耐化学药品性、耐低温性、消音性、极低的吸水性和优良的抗环境应力开裂性能，因而受到人们的普遍关注，应用范围也很广泛。

　　但由于超高相对分子质量聚乙烯相对分子质量很大，一般在200万以上，加工时熔体黏度极高，高达1×109Pa·s，流动性极差，熔体流动速率为零，因而不能采用通常热塑性塑料加工的方法直接进行挤出或注射成型。原因如下所述。

　　①超高相对分子质量聚乙烯熔融时，不成黏流态，而是处于高黏弹态，在普通螺杆挤出机上进行加工时熔体包住螺杆一起旋转，很难沿螺槽推进，陷入不能挤出的状态，形成 “料塞”。

　　②超高相对分子质量聚乙烯的摩擦因数极低，使粉料在进料过程中极易打滑，不易进料。

　　③超高相对分子质量聚乙烯临界剪切速率很低 (约为1×10-2/s)，在挤出成型时熔体易破裂，表面易出现裂纹。在进行注射成型时，由于出现喷射流状态会引起气孔和脱层现象。

　　④成型温度范围窄，易氧化降解。所以只能采用效率低、能耗大的间歇式压制烧结工艺进行加工，生产的制品 (板、棒) 形状比较简单，使得超高相对分子质量聚乙烯的应用受到极大限制。

　　如何有效地解决超高相对分子质量聚乙烯难加工的问题，使之能采用普通的挤出和注射设备，采用通常热塑性材料的加工方法就可对其进行加工已是世界各国竞相攻坚的研究课题。国外主要从设备改造入手，设计特殊的螺杆和螺筒以强制推料的办法进行加工，设备结构复杂，价格昂贵。

　　①LCP/UHMWPE原位复合物的制备清华大学赵安赤教授成功研究一种崭新的工艺。从工艺配方上加以改进，采用高性能的液晶聚合物，加入一定量的特定助剂与超高相对分子质量聚乙烯进行共混，制备原位复合物。

　　由于分散相液晶聚合物在熔融时处于液晶态，并且大分子平行排列，大分子链间无缠绕，所以黏度低、流动性好。这样就带动基体超高相对分子质量聚乙烯一起流动，极大地改善了流动性。因此，这种新型合金具有很好的加工流动性，可以直接采用普通的挤出和注射设备很方便地进行加工。合金的流动性与加入的液晶聚合物量有关，表 2-35列出不同LCP/UHMWPE配比时的熔体流动速率。

　　表2-35 不同LCP/UHMWPE配比时的熔体流动速率质量份

LCP/UHMWPE	0/100	5/95	10/90	20/80	30/70
熔体流动速率/(g/10min)	0	0.015	0.02	8.07	24.74

　　②LCP/UHMWPE原位复合物的性能由于在制备合金的过程中采用了先进的 “原位复合自增强技术”，使得合金的性能比纯UHMWPE有较大提高。表2-37列出清华大学赵安赤教授制备的LCP/UHMWPE合金与纯UHMWPE材料性能比较。

　　由表2-36数据可看出，经液晶聚合物原位复合改性后合金的性能有较大提高。这是因为分散相液晶聚合物在熔融加工过程中，刚性棒状分子容易沿挤出或注射外力的方向取向排列，形成足够长径比的微纤。这些微纤由于直径小，比表面积大，易于与基体相接触，可均匀地包络在基体中，形成骨架，类似于混凝土中的钢筋，像宏观纤维一样起到承受应力和分散应力的作用，因此可以增强基体。

　　表2-36 LCP/UHMWPE合金与纯UHMWPE材料性能比较

项目	UHMWPE				LCP/UHMWPE 合金
项目	广州塑料厂	上海高桥化工厂	北京助剂二厂	日本三井	清华大学
拉伸屈服强度/MPa	—	—	—	21.6	34.41
拉伸断裂强度/MPa 弯曲强度/MPa	19.1 —	22.91 —	23.73 —	— —	42.90 30.75
缺口冲击强度/(J/cm)	—	—	—	不断	不断
磨损率/%	7.62	11.21	7.53	—	0.02

　　③LCP/UHMWPE原位复合物的应用这种新的加工技术是超高分子量聚乙烯加工技术上的一个很大突破，在国内外尚属首创，已取得国家发明专利。它不仅可以用普通的注射机注射各种耐磨齿轮、滑轮、泵叶轮、耐磨管件、弯头、三通、阀门及其他耐腐耐磨制件，而且也可以用普通的挤出机挤出管材、板材、异型材，生产的工业耐腐耐磨管材可以满足工业生产需要。如用LCP/UHMWPE合金板材卷绕的内衬管用于火力发电厂粉煤灰输送，管道非常光滑，无电化学反应，基本上不结垢，且耐磨性比钢管提高 8倍。

　　LCP/UHMWPE合金管材具有强度高、耐腐蚀、耐摩擦、化学稳定性好等优点，可广泛用于煤矿、铁矿、锰矿等黑色金属矿业，铜矿、金矿、铅矿、钨矿、铝矿等有色金属矿业，石墨矿、石灰石矿、石膏矿等非金属矿业等领域，在化工领域输送酸、碱等强腐蚀性介质，在煤气、天然气、石油输送方面LCP/UHMWPE也是理想管材的材料。

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