納米改性增強(qiáng)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料研究進(jìn)展

王利朋 趙欣欣 田虎群 翟冠虎 史銀路(河南沃森超高化工科技有限公司，河南濮陽(yáng)457000)

納米改性增強(qiáng)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料研究進(jìn)展

王利朋 趙欣欣 田虎群 翟冠虎 史銀路(河南沃森超高化工科技有限公司，河南濮陽(yáng)457000)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，新型材料的使用成為了時(shí)代的潮流，納米材料在新型材料中占據(jù)了非常重要的地位。納米材料具有很大對(duì)比表面積，體積效應(yīng)以及尺寸效應(yīng)。納米材料對(duì)于增強(qiáng)聚合物材料的性能是很有效的。由于超高分子聚乙烯在實(shí)際的生產(chǎn)工程中由于耐磨性，導(dǎo)電性，抗熱性比較差，在應(yīng)用過(guò)程中受到了很多限制。所以可以通過(guò)納米填充對(duì)其進(jìn)行改性處理。通過(guò)納米材料填充超高分子量聚乙烯，可以使其的性能達(dá)到很好的改善，可以增強(qiáng)復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能，電學(xué)性能，生物相容性等。對(duì)于納米改進(jìn)增強(qiáng)超高分子聚乙烯復(fù)合材料的研究是十分有必要的。

納米改性，超高分子量聚乙烯，復(fù)合材料

眾所周知，超高分子聚乙烯的利用價(jià)值是非常高的，在各個(gè)行業(yè)包括醫(yī)學(xué)，建筑學(xué)，化學(xué)等等都有很高的利用價(jià)值。其的利用價(jià)值主要依靠自身的耐沖擊性，耐磨損性，耐低溫性，抗粘附能力等等的性質(zhì)。隨著經(jīng)濟(jì)科技的不斷發(fā)展，對(duì)于超高分子聚乙烯的要求也越來(lái)越高，所以對(duì)于UHMWPE的改性研究也提上日程。提高其的性能主要是采用無(wú)機(jī)納米材料進(jìn)行填充，納米新材料具有新型的物化性質(zhì)，這些性質(zhì)使其具有比較好的體積效應(yīng)，表面效應(yīng)等等。

1 納米材料能夠改性增強(qiáng)UHMWPE的原因

(1)納米材料的理化性質(zhì)能夠?qū)o(wú)機(jī)調(diào)料的剛性，尺寸穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性與高分子聚乙烯的韌性，可加工性，和介電性能結(jié)合起來(lái)，使其能夠更好的發(fā)揮特殊性能，但是，當(dāng)無(wú)機(jī)納米材料與高分子量聚乙烯直接混合的時(shí)候，還是有一定的缺陷的比如說(shuō)是共混性差，界面結(jié)合強(qiáng)度不高等等。所以，為了解決這樣的問(wèn)題在混合的時(shí)候引入人偶聯(lián)劑對(duì)納米表現(xiàn)進(jìn)行改性，從而提高兩者混合界面的強(qiáng)度。[2]納米填充高分子量聚乙烯主要是通過(guò)高分子聚乙烯與改性納米材料均勻混合后熱壓成型，混合的辦法包括液相超聲分散法，機(jī)械共混法，液相輔助熔混法等等，進(jìn)行熱壓時(shí)的溫度要保持在180到230攝氏度之間。

2 納米改性高分子量聚乙烯符合材料。

2.1 單相納米材料填充改性高分子量聚乙烯

單相納米粒子填充改性高分子量聚乙烯制備復(fù)合材料，[4]其主要的制作工藝是通過(guò)表面活性劑來(lái)改性納米粒子填充UHMWPE制備高分子聚乙烯材料來(lái)達(dá)到改善其性能的目的。對(duì)于無(wú)機(jī)納米材料來(lái)講，單相納米材料的填充主要是依靠一下幾種物質(zhì)：三氧化二鋁，氧化鋅，二氧化硅，碳系納米材料，碳納米纖維等等。采用這種填充工藝主要是改善聚合物的摩擦性能，力學(xué)性能，生物性，耐熱性以及導(dǎo)電性等等。

2.2 多相納米材料填充改性高分子量聚乙烯

對(duì)于多相納米材料填充改性高分子聚乙烯來(lái)講，改性主要是通過(guò)填充不同的納米材料來(lái)進(jìn)行的。與單相納米材料填充UHMWPE對(duì)比來(lái)講，其可以完善聚合物其他方面的缺陷，提高其的綜合性能。在使用多種納米材料進(jìn)行填充的時(shí)候，不同的納米材料會(huì)有協(xié)同效應(yīng)的發(fā)生。比如來(lái)講，[4]采用納米氧化鋅以及二氧化硅進(jìn)行填充的時(shí)候會(huì)有明顯的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)于復(fù)合材料的耐磨性有很好的改性效果，還有就是利用氫氧化鎂，硼酸鋅等納米進(jìn)行多相填充到時(shí)候不僅會(huì)改善復(fù)合材料的熱性能以及抗電性能，還能提高其的阻燃性。

2.3 納米改性UHMWPE復(fù)合材料的性能

2.3.1 摩擦性能的改變

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，雖然高分子量聚乙烯本身就有比較良好的抗磨性以及很低的摩擦因素，但是現(xiàn)如今隨著經(jīng)濟(jì)科技的不斷發(fā)展，對(duì)于不同的需求需要不同的摩擦性能，所以需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

利用納米填充技術(shù)可以對(duì)其的摩擦性進(jìn)行改進(jìn)，比如說(shuō)如果采用一定是分散方法將GO（氧化石墨烯，一種納米物質(zhì)）與UHMWPE進(jìn)行分散，并且通過(guò)球磨混合和熱壓成型制備兩者的復(fù)合材料，并且在去離子水以及生理鹽水的減摩潤(rùn)滑與氧化鋯進(jìn)行滑動(dòng)摩擦，在摩擦的過(guò)程中，復(fù)合材料的磨損率比未進(jìn)行改造之前的磨損率要下降百分之二十左右。

2.3.2 力學(xué)性能的轉(zhuǎn)變

總所周知，對(duì)于沒(méi)有改性之前的UHMWPE，由于自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因，導(dǎo)致的硬度比較低，耐沖擊的能力較弱。這樣的性質(zhì)直接導(dǎo)致了其在很多行業(yè)運(yùn)用能力的不足。為了滿足有關(guān)工程的需求，需要對(duì)其進(jìn)行改性研究，通過(guò)不同的無(wú)機(jī)納米材料，可以使復(fù)合材料表現(xiàn)出不同程度的物理性質(zhì)。[3]比如說(shuō)通過(guò)偶聯(lián)合劑改性二硫化鎢填充UHMWPE制備復(fù)合材料，復(fù)合纖維，改性之后，復(fù)合纖維的抗沖擊性顯著提高，如果添加量變?yōu)榘俜种臅r(shí)，其的抗拉伸性會(huì)提高百分之十左右。對(duì)于納米材料的添加量來(lái)講，不同比例的添加量也會(huì)造成性能的轉(zhuǎn)變。

2.3.3 電學(xué)性能的轉(zhuǎn)變

對(duì)于沒(méi)有改性之前的UHMWPE講，其具有很高的介電常數(shù)，有很好的絕緣性能。通過(guò)納米材料的改性可以降低其的介電常數(shù)，提高導(dǎo)電性能。比如，通過(guò)液相法可以將MWCNTs（多碳納米管）負(fù)載到UHMWPE粉末的表面形成二維的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，是高分子量聚乙烯的介電常數(shù)降低，電阻率下降，提高導(dǎo)電性能。

2.3.4 生物相容性的轉(zhuǎn)變

高分子量聚乙烯是人工骨頭的主要材料之一，但是在沒(méi)有改性之前，由于UNMWPE在磨損過(guò)程中會(huì)有磨屑的產(chǎn)生，當(dāng)其溶解在體液中的時(shí)候會(huì)造成骨質(zhì)疏松以及連接的松動(dòng)，導(dǎo)致其在醫(yī)學(xué)研究上有力限制。在進(jìn)行改性的研究過(guò)程中，我們知道，[3]當(dāng)采用液相超聲分散并熱壓成型制備了GO/UHMWPE(納米填充后改性過(guò)后的復(fù)合材料)的復(fù)合材料不影響我們?nèi)梭w內(nèi)細(xì)胞的形態(tài)以及生存能力，并且與骨細(xì)胞有很好的相容能力等。

2.3.5 熱學(xué)性能的轉(zhuǎn)變

對(duì)于高分子聚合物來(lái)講，特別是高分子量聚乙烯在抗熱方面的能力較差，受熱容易發(fā)生形變。為了提高其的抗熱性，可以通過(guò)使用結(jié)構(gòu)特殊，性能穩(wěn)定的納米材料對(duì)其進(jìn)行填充，以達(dá)到改性的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今，對(duì)于高分子量聚乙烯的使用范圍越來(lái)越廣，但是由于其自身的理化性質(zhì)也制約著其的發(fā)展，通過(guò)無(wú)機(jī)納米材料的填充對(duì)其進(jìn)行改性，使其能夠適用于更關(guān)的范圍。本文主要對(duì)納米改性增強(qiáng)高分子量聚乙烯復(fù)合材料進(jìn)行過(guò)研究，希望讀者對(duì)其有簡(jiǎn)單的了解。

[1]陳戰(zhàn)，王家序，秦大同.超高分子量聚乙烯基本性能及改性與應(yīng)用研究仁[J].潤(rùn)滑與密封，2009，16（05）：54-56.

[2]袁俊霞.超高分子量聚乙烯的性能、改性及應(yīng)用[J].化_L新型材料，2013，31（03）：19-21.

[3]孫振國(guó)，薛平，蔣啟柏.超高分子量聚乙烯的改性[J].化學(xué)建材，2011（08）：4-7.

[4]明艷，賈潤(rùn)禮.超高分子量聚乙烯的改性[J].塑料科技，2009，148（02）：31-33.