專利名稱：納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復合材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于聚合物技術領域，涉及一種連續立體網狀結構納米改性UHMWPE抗靜電復合材料的制備方法。
背景技術：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大于150萬的聚乙烯(PE)，是一種新型熱塑性工程塑料，它極高的分子量、高度纏繞的鏈段結構賦予其優異的力學性能。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，耐磨損且自潤滑性能優異，是以塑代鋼的理想材料。該材料在石油化工、冶金選礦、生物醫學、微電子機械、海洋工程等高新技術領域得到研究和應用。但UHMWPE存在耐溫性能差、硬度低、流動性差、拉伸強度低以及阻燃性能差等缺點。利用納米粒子特有的表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，開發系列新型納米催化制備UHMWPE樹脂以及新型納米復合功能化UHMWPE·材料，是提高UHMWPE性能、并使其得到更廣泛應用的有效途徑。納米改性UHMWPE，國內外有學者作過一定的研究。Krasnor等制得UHMWPE/Fe復合材料，鐵粒子在高速摩擦過程中，發生化學反應，可起活性中心作用。復合材料具有低的摩擦系數，并且穩定性好。有些學者推出了層狀硅酸鹽熔融插層改性UHMWPE，研究發現，層狀硅酸鹽剝離分散在UHMWPE基體中，使材料的流動加工性能有所改善，但是這種改性方法的對象是粘均分子量150萬左右的UHMWPE，對于粘均分子量較高的UHMWPE，層狀硅酸鹽就無法剝離分散在UHMWPE基體中。納米粒子改性UHMWPE，如果沒有解決好納米粒子與UHMWPE的相容和分散，納米粒子與UHMWPE的界面會有縫隙空穴或納米粒子團聚在UHMWPE基體里，材料的力學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、粉體介質的UHMWPE管材最為關鍵的耐磨、耐壓特性。所以，納米材料表面處理及高效分散技術是其功能有效發揮的重要條件。由于UHMWPE本身熔體粘度極高，無法用常規的擠出設備加工成型管材，而納米粒子的加入，使得體系的熔體粘度進一步加大。納米粒子在高熔體粘度的基體中的分散及微結構控制技術是實現高性能UHMWPE復合材料工業化生產和應用的關鍵。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種連續立體網狀結構的納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復合材料的制備方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復合材料的制備方法，其特征在于，該方法按重量份將2-20份包覆劑放入反應釜中，于150-180°C熔融，放入1-10份納米導電材料、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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電材料；然后將上述有機層包覆納米導電材料與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擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200-230°C，即得產品。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150萬-700萬的聚乙烯。與現有技術相比，本發明針對納米粒子的加入，使得UHMWPE復合材料的熔體粘度 進一步加大，難以擠出成型等技術難點，用有機層包覆納米導電材料，使其與高熔體粘度的UHMWPE基體緊密結合，提高了相容性；同時利用有機包覆劑有較好流動性和UHMWPE基體在熔點以上也無流動性的特征差異，設計有機層包覆納米導電材料在UHMWPE基體中的分散微結構，實現雙螺桿擠出納米級連續立體網狀結構導電網絡的改性UHMWPE抗靜電復合材料。這種立體穿插納米尺度均勻分布，對在低導電材料含量情況下就形成穩定的導電通路作出貢獻。
圖I為本發明納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復合材料的電鏡圖。
具體實施例方式實施例I按重量份將5份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應釜中，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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電炭黑。然后將上述材料與100份粘均分子量350萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在210°C。管材的各項性能指標見表I。實施例2按重量份將2份乙烯-甲基丙烯酸共聚物放入反應釜中，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，過濾烘干，得到有機層包覆導電碳纖維。然后將上述材料與100份粘均分子量150萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200°C。管材的各項性能指標見表I。實施例3按重量份將20份乙烯-丙烯酸共聚物放入反應釜中，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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量500萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在230°C。管材的各項性能指標見表I。實施例4
按重量份將8份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應釜中，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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電炭黑。然后將上述材料與100份粘均分子量700萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在230°C。管材的各項性能指標見表I。實施例5按重量份將15份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應釜中，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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電石墨。然后將上述材料與100份粘均分子量450萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在220°C。管材的各項性能指標見表I。實施例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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量250萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在225°C。管材的各項性能指標見表I。實施例7按重量份將10份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應釜中，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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量600萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在230°C。管材的各項性能指標見表I。實施例8按重量份將20份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物放入反應釜中，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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電材料。然后將上述材料與100份粘均分子量250萬超高分子量聚乙烯高速混合，將混合物用雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出熔體溫度控制在225 °C。表I實施例性能
權利要求
1.一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復合材料的制備方法，其特征在于，該方法按重量份將2-20份包覆劑放入反應釜中，于150-180°c熔融，放入1_10份納米導電材料、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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電材料；然后將上述有機層包覆納米導電材料與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擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200-230 V，即得產品。
2.根據權利要求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.根據權利要求I所述的一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米導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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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150萬-700萬的聚乙烯。
全文摘要
本發明涉及一種納米改性超高分子量聚乙烯抗靜電復合材料的制備方法，該方法按重量份將2-20份包覆劑放入反應釜中，于150-180℃熔融，放入1-10份納米導電材料、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，過濾烘干，得到有機層包覆納米導電材料；然后將上述有機層包覆納米導電材料與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擠出造粒，擠出熔體溫度控制在200-230℃，即得產品。與現有技術相比，本發明制備的納米改性UHMWPE抗靜電復合材料形成納米級連續立體網狀結構導電網絡，這種立體穿插納米尺度均勻分布，對在低導電材料含量情況下就形成穩定的導電通路作出貢獻。
文檔編號C08L23/06GK102888039SQ201210396200
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月17日 優先權日2012年10月17日
發明者張煒, 李志 , 洪尉, 許振華, 趙春保, 李建龍 申請人:上海化工研究院