[发明专利]一种致密串晶化超强超耐磨聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料领域，公开了一种致密串晶化超强超耐磨聚乙烯复合材料及其制备方法。将高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯经干燥后机械混合，得到预混物，然后经挤出机熔融共混，造粒，干燥，得到共混物粒料，所得共混物粒料利用在熔体模塑成型过程中叠加振荡和推拉复合力场的方法进行模塑成型，制备得到致密串晶化超强超耐磨聚乙烯复合材料。本发明的制备方法无需添加任何相容剂即可有效改善HDPE和UHMWPE的界面结合效果，所得复合材料由外到内均为致密的shish‑kebab串晶，其内部晶体结构趋于统一，所得复合材料机械性能和摩擦学性能大幅度提升。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种致密串晶化超强超耐磨聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

高密度聚乙烯(HDPE)作为最常用的通用塑料之一，因结晶能力强，结晶度高，价格低廉，热加工性优异，以及杰出的耐潮湿、耐溶剂等特点，被广泛应用于食品包装、化学化工、日用品等领域。然而，由于其略低的机械强度和较差机械耐磨性等使其难以满足替代工程塑料的使用需求。近年来，寻找一种简单易绿色化的加工方式来提高HDPE的强度、模量、韧性以及耐磨性以拓宽其在工程塑料替代产品方面的应用，成为塑料工业领域的热点研究方向。迄今为止，诸如溶液共混法、熔融共混法、原位聚合法、熔体插层法等方式皆已被广泛用来改善HDPE本身固有的性能缺陷，而这其中，熔融共混被认为是改善HDPE机械性能并使其功能化最简单有效且成本低廉的方法。理论上，将HDPE与高强度、高耐磨性的刚性粒子或工程塑料进行熔融共混即可改善基体材料的宏观性能。然而，两相之间较差的相容性和弱的界面作用常常导致最终制品较低的强度和摩擦性能，增强效果总是差强人意。由于超高分子量聚乙烯(UHMWPE)拥有与HDPE相同的结构单元，将HDPE与UHMWPE熔融共混可在一定程度上避免相容性差导致的性能下降，并且UHMWPE自身较高的机械性能和良好的摩擦性能也将赋予共混物相应的特性。在过去的十几年中，研究者们进行了大量尝试，在提高HDPE强韧化方面取得了一些有意义的进展，但仅在极少的情况下才能获得同时兼具强、硬、韧、高耐磨性的HDPE材料。优化聚合物试样内部晶体结构的种类和数量是改善材料综合机械性能的一种非常有效方法之一。近年来，在PP、PLA、PE等半结晶聚合物中调控获得的一种微纳米层级结构(如shish-kebab取向串晶，柱状晶，取向片晶等)由于可以同时使制品增强增韧等独特优势引起研究者们广泛关注和重视。在聚合物基体中构筑这种自增强自增韧的层级结构被认为是制备高性能材料的简单、低成本和环境友好的最佳途径。因此，考虑到UHMWPE与HDPE良好的相容性和层级结构对制品强韧化的作用效果，一些研究人员尝试将二者进行结合，以提高HDPE材料的宏观性能。尽管已有报道声明，利用UHMWPE和构筑层级结构制备了增强的HDPE基材料，但所制备的HDPE基材料的力学性能和耐摩擦性仍然不能达到与大部分工程塑料相当的水平，限制了HDPE在实际中作为工程塑料替代材料的使用。此外，这些报道所使用的方法大多也需要预处理过程，使其制备过程相对更加复杂和环境不友好。因此，寻找一种简单、高效、环保的方法，制备高性能的可代替大部分工程塑料的HDPE基材料仍然是十分必要的。

发明内容

针对以上现有技术和成型方法存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种致密串晶化超强超耐磨聚乙烯复合材料的制备方法。本发明方法在不添加任何相容剂的前提下仅通过引入推拉振荡剪切力场作用就可以改善HDPE和UHMWPE界面相互作用，获得界面结合好、可熔融加工、含大量shish-kebab取向串晶的制品，从而显著提高制品的拉伸强度/模量、弯曲强度/模量、冲击韧性和摩擦学性能。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的致密串晶化超强超耐磨聚乙烯复合材料。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种致密串晶化超强超耐磨聚乙烯复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将高密度聚乙烯(HDPE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)经干燥后机械混合，得到预混物；