專利名稱：玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種聚合物復合材料及制備方法，特別是一種玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有與普通聚乙烯相同的分子結構，是一種粘均相對分子質量在150萬以上的具有線性結構的熱塑性工程塑料，具有其他工程塑料所無可比擬的優異綜合性能耐磨損，其耐磨性居塑料之冠；耐沖擊，是現有塑料中耐沖擊強度最高的；自潤滑性能好，摩擦系數低，其動摩擦系數為0. 1-0. 22，可與聚四氟乙烯(PTFE)相媲美，是理想的潤滑材料；耐化學藥品腐蝕；耐低溫、耐應力開裂、抗黏附能力強；優良的電絕緣性和抗老化性；安全衛生等。超高分子量聚乙烯也有許多不足表面硬度低；強度和剛度較低；抗磨粒磨損和抗疲勞磨損能力差；耐蠕變性差；熔融粘度高；流動性差；耐溫性能差；不抗靜電；導熱性差等。超高分子量聚乙烯的改性方法主要有物理方法和化學方法，物理方法如填充、共混、 增強等；化學方法如共聚、接枝、交聯等。玄武巖纖維是一種能與玻璃纖維和碳纖維相競爭的高科技產品。它是以天然玄武巖礦石為原料，經高溫熔融、澄清均化，熔化后拉制成的纖維，玄武巖纖維在制造過程中，沒有金屬氧化物的排放污染，回收后可以自然降解，不會對環境造成二次污染，因此玄武巖纖維是一種新型綠色環保材料。玄武巖纖維的密度較高，硬度很高，因而具有優異的耐磨、抗拉性能，玄武巖纖維的力學強度遠遠超過天然纖維和合成纖維，所以它是一種理想的增強材料。另外，玄武巖纖維還具有很好的耐高溫、耐水性、耐腐蝕性以及良好的化學穩定性。
發明內容
本發明的目的是提供一種玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料及其制備方法，解決現有超高分子量聚乙烯抗疲勞磨損和抗粘著磨損能力差、表面硬度低、強度低、 耐蠕變性差的問題。本發明的目的是這樣實現的，該復合材料的組成及其質量百分比如下 超高分子量聚乙烯65%-95%、玄武巖纖維5%-35% ；偶聯劑0%- ；
所述的超高分子量聚乙烯基體的粘均分子量為300萬-900萬； 所述的玄武巖纖維的單根直徑為5-50微米；纖維的長度分長纖維和短纖維兩種短纖維的長度為2-10毫米，長纖維的長度為大于10毫米，長纖維和短纖維以任意比例混合；或者長纖維編織成布；或者長纖維做成三相織物結構；
所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑和鋯類偶聯劑中的一種或幾種混合。復合材料的制備方法，該方法包括如下步驟
(1)混料將玄武巖纖維、超高分子量聚乙烯和偶聯劑放入混料機中進行充分的混合，形成均勻的混合料；
(2)熱壓成型將上述混合料放入所需成品形狀的模具中，在180°C -220°C下保溫1-2 小時，然后在10-30MI^的壓力下壓制20-60分鐘，最后冷卻至室溫，即可制備出玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料。有益效果，由于采用了上述方案，玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料的耐磨損性能相比超高分子量聚乙烯有了很大的提高，其磨損量僅為超高分子量聚乙烯磨損量的1/40 ；玄武巖纖維的加入大大的減少了超高分子量聚乙烯基體發生疲勞磨損和粘著磨損，抗疲勞磨損和抗粘著磨損能力好；玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料保持了超高分子量聚乙烯摩擦系數低、自潤滑性能好；玄武巖纖維的加入提高了超高分子量聚乙烯的抗壓強度和硬度，其抗壓強度和硬度提高了 47%和69% ；填充玄武巖纖維使超高分子量聚乙烯的抗蠕變性能得到了有效的提高，其球壓痕深度為57%。解決了現有超高分子量聚乙烯抗疲勞磨損和抗粘著磨損能力差、表面硬度低、強度低、耐蠕變性差的問題，達到了本發明的目的。優點(1)耐磨損性能相比超高分子量聚乙烯有了很大的提高，磨損量僅為超高分子量聚乙烯磨損量的1/40 ；大大的減少了超高分子量聚乙烯基體發生疲勞磨損和粘著磨損。(2)摩擦系數與超高分子量聚乙烯的摩擦系數相差不大，玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料保持了超高分子量聚乙烯摩擦系數低、自潤滑性能好的優點。(3)壓縮強度和硬度比純超高分子量聚乙烯的抗壓強度和硬度提高了 47%和69%。(4)抗蠕變性能得到了有效的提高，球壓痕深度僅為超高分子量聚乙烯球壓痕深度的57%。(5)該材料制備工藝簡單，成本低廉。
圖1為本發明的填充復合材料的微觀形貌圖。圖2為本發明的超高分子量聚乙烯的磨損形貌圖。圖3為本發明的一定玄武巖纖維含量填充的復合材料的磨損形貌圖。
具體實施例方式下面以具體的實施例來對本發明作進一步的說明，但本發明的范圍并不只是局限于這些實施例。實施例1 復合材料的成分組成為超高分子量聚乙烯95克，玄武巖纖維5克，偶聯劑為0克。基于上述，所述超高分子量聚乙烯基體的粘均分子質量為900萬。一種玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料的制備方法，該方法包括如下步驟(1)混料將玄武巖纖維和超高分子量聚乙烯放入混料機中進行充分的混合，形成均勻的混合料；(2)熱壓成型將上述混合料放入所需成品形狀的模具中，在180°C -220°c下保溫1-2小時，然后在10-30MPa的壓力下壓制20-60分鐘，最后冷卻至室溫，即可制備出無偶聯劑添加的玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料。
所述的玄武巖纖維的單根直徑為5-50微米；纖維的長度分長纖維和短纖維兩種 短纖維的長度為2-10毫米，長纖維的長度為大于10毫米，長纖維和短纖維以任意比例混合；或者長纖維編織成布；或者長纖維做成三相織物結構；
實施例2 本實施例與實施例1的不同在于
復合材料的成分組成為超高分子量聚乙烯90克，玄武巖纖維10克，加入硅烷偶聯劑 1. 5 克 ο基于上述，所述超高分子量聚乙烯基體的粘均分子質量為800萬。基于上述，制備方法中，將玄武巖纖維、超高分子量聚乙烯和偶聯劑放入混料機中進行充分的混合，形成均勻的混合料。實施例3 本實施例與實施例2的不同在于
復合材料的成分組成為超高分子量聚乙烯85克，玄武巖纖維15克，加入硅烷偶聯劑1 克，鋁酸酯偶聯劑1克。基于上述，所述超高分子量聚乙烯基體的粘均分子質量為600萬。實施例4 本實施例與實施例2的不同在于
復合材料的成分組成為超高分子量聚乙烯80克，玄武巖纖維20克，加入硅烷偶聯劑 0. 5克，鈦酸酯偶聯劑0. 5克，鋁酸酯偶聯劑0. 5克。基于上述，所述超高分子量聚乙烯基體的粘均分子質量為400萬。實施例5 本實施例與實施例2的不同在于
復合材料的成分組成為超高分子量聚乙烯75克，玄武巖纖維25克，加入硅烷偶聯劑 0. 5克，鈦酸酯偶聯劑0. 5克，鋁酸酯偶聯劑0. 5克，鋯類偶聯劑0. 5克。基于上述，所述超高分子量聚乙烯基體的粘均分子質量為300萬。以上實施例僅用于對本發明的技術措施進行說明而非對其限制，對本發明的具體實施方式
進行修改或對部分技術特征進行等同替換，而不脫離本發明技術措施精神的，均應涵蓋在本發明請求保護的技術措施范圍之內。
權利要求
1.一種玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料，其特征在于，該復合材料的組成及其質量百分比如下超高分子量聚乙烯65%-95%、玄武巖纖維5%-35% ；偶聯劑0%- ；所述的超高分子量聚乙烯基體的粘均分子量為300萬-900萬；所述的玄武巖纖維的單根直徑為5-50微米；纖維的長度分長纖維和短纖維兩種短纖維的長度為2-10毫米，長纖維的長度為大于10毫米，長纖維和短纖維以任意比例混合；或者長纖維編織成布；或者長纖維做成三相織物結構；所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑和鋯類偶聯劑中的一種或幾種混合。
2.一種玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料的制備方法，其特征在于，復合材料的制備方法，該方法包括如下步驟(1)混料將玄武巖纖維、超高分子量聚乙烯和偶聯劑放入混料機中進行充分的混合， 形成均勻的混合料；(2)熱壓成型將上述混合料放入所需成品形狀的模具中，在180°C-220°C下保溫1-2 小時，然后在10-30MI^的壓力下壓制20-60分鐘，最后冷卻至室溫，即可制備出玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料。
全文摘要
一種玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料及其制備方法，屬于聚合物復合材料及制備方法。該材料由以下組分組成超高分子量聚乙烯，質量分數為65%-95%；玄武巖纖維，質量分數為5%-35%；偶聯劑，質量分數為0%-2%。其制備方法包括如下步驟混料，使超高分子量聚乙烯、玄武巖纖維和偶聯劑形成均勻的混合料；熱壓成型，在180℃-220℃下保溫1-2小時，然后在10-30MPa的壓力下壓制20-60分鐘，最后冷卻至室溫，即可制備出玄武巖纖維填充超高分子量聚乙烯復合材料。該改性材料不僅具有很好的耐磨損性能和自潤滑性能，還具有較高的壓縮強度、硬度和耐蠕變性能。
文檔編號C08L23/06GK102181089SQ20111008771
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者劉洪濤, 曹守范 申請人:中國礦業大學