[发明专利]一种具有自修复功能的离子交联超高分子量聚乙烯材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有自修复功能的离子交联超高分子量聚乙烯材料及其制备方法。所述材料，按重量份数计，包括以下组分：UHMWPE 100份，高密度聚乙烯10～30份，线性低密度聚乙烯5～20份，氧化物1～10份，硬脂酸盐2～8份，过氧化物0.2～1份，功能单体2～10份，第二单体1～4份。本发明所述离子交联超高分子量聚乙烯材料不仅耐磨性能优异，拉伸强度、断裂伸长率、摩擦系数和磨损量均符合标准，性能优异；而且还具有微裂纹自修复的功能，从而延长UHMWPE在高强度结构件中的使用寿命，极大拓展UHMWPE材料的应用领域；所述离子交联超高分子量聚乙烯材料的制备过程简单、方便操作，便于大规模化工业生产。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地，涉及一种具有自修复功能的离子交联超高分子量聚乙烯材料及制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)因其具有抗冲击强度高、耐磨损性强、摩擦系数低、生物相容性好等诸多优点，在国防军事、生物医学、海洋工程等领域具有极其关键的应用。随着UHMWPE产业的迅猛发展和UHMWPE的合成与加工技术显著提升，UHMWPE材料在高强度结构件中的应用日益广泛。尽管新型加工方法可很好解决了 UHMWPE加工困难问题，同时还显著提升了力学性能，但其耐磨性能与交联 UHMWPE还存在较大的差距，还需对其进行后续交联处理，才能满足高强度结构件的需求。但交联处理往往导致材料的耐裂纹扩展能力和耐疲劳性能显著降低，引发结构件的破坏，甚至是早期失效，从而影响制品的使用寿命和安全性。因此，解决 UHMWPE高强度结构件裂纹及其扩展问题，是实现UHMWPE材料在高强度结构件中实际应用的关键问题。

自修复材料是一种可感受外界环境变化，通过模拟生物体损伤自修复机理，材料受损时能够自行修复的智能材料。目前，通过分子或结构设计使材料表面的破坏能够快速有效地自修复正成为一个新兴的研究方向。目前，具有自修复功能的UHMWPE 还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自修复功能的离子交联超高分子量聚乙烯材料。本发明所述离子交联超高分子量聚乙烯材料不仅耐磨性能优异，而且还具有微裂纹自修复的功能，从而延长UHMWPE在高强度结构件中的使用寿命，极大拓展UHMWPE 材料的应用领域。

本发明的另一目的在于提供所述具有自修复功能的离子交联超高分子量聚乙烯材料的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：

一种具有自修复功能的离子交联超高分子量聚乙烯材料，按重量份数计，包括以下组分：UHMWPE 100份，高密度聚乙烯10～30份，线性低密度聚乙烯5～20份，氧化物1～10份，硬脂酸盐2～8份，过氧化物0.2～1份，功能单体2～10份，第二单体1～4份。

通过采用氧化物、过氧化物、功能单体和第二单体，形成具有可逆交联特性离子交联网络结构，同时配合适量的高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和硬脂酸盐调控 UHMWPE离子聚集体的松弛运动，赋予UHMWPE材料优异的耐磨、修复性能，实现UHMWPE微裂纹的有效修复。

本发明通过设计构建合适的离子交联结构，利用具有工业化价值的自由基引发体系(过氧化物、功能单体和第二单体)，构建具有较高离子交联度和较为均匀分布的离子交联结；同时利用硬脂酸盐极性添加剂调控离子交联结构的分子松弛运动，赋予 UHMWPE微裂纹自修复功能，阻碍裂纹扩展，则可显著提高UHMWPE产品的安全性和使用寿命。

优选地，按重量份数计，包括以下组分：UHMWPE 100份，高密度聚乙烯15～ 23份，线性低密度聚乙烯9～16份，氧化物2～6份，硬脂酸盐4～6份，过氧化物 0.3～0.7份，功能单体4～8份，第二单体2～3份。

优选地，所述UHMWPE为初生态UHMWPE，其分子量为1.5×10⁶～6.0×10⁶g/mol。