[发明专利]一种高抗冲、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高抗冲抗静电超高分子聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能优异的新型工程塑料，具有摩擦系数小、磨耗低、耐冲击、自润滑性、耐应力开裂性、抗冻性、生物相容性、卫生性等优点。因此，UHMWPE常被用于一些特定领域包括轴承组件、齿轮、导轨和人造关节。

另一方面，UHMWPE的体积电阻率较高，大约为10¹⁷～10¹⁸Ω·cm。UHMWPE制品在成型、运输和使用过程中，受到摩擦和挤压很容易产生和积累静电，这种静电的产生和积累严重时会发生静电放电而产生火花引起恶性爆炸和火灾事故，造成人员和经济的巨大损失。至于静电在电子行业的危害就更为普遍和突出。因此，在这些应用场合，对UHMWPE进行抗静电处理己成为非常突出和迫切的问题。

对UHMWPE的抗静电处理目前使用较广、效果较好的是采用低价的炭黑填充来改善其导电性能，但为了达到较想的导电效果，往往炭黑填充量较大，一方面对基体力学性能造成严重影响，另一方面使材料流变性变差，成型加工困难。碳纳米管(CNTs)由于具有良好导电性能，以及良好的力学、热学性能，用于UHMWPE复合材料的导电填料可以在极小的填充量下实现抗静电性能，同时复合材料的冲击强度、拉伸强度得到一定提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的为提供一种高抗冲、抗静电的超高分子聚乙烯复合材料及其制备方法，所述超高分子量聚乙烯复合材料具有优良的抗冲击、抗静电性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种高抗冲、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料，由多壁碳纳米管与超高分子量聚乙烯在超高转速搅拌作用下复合得到；其中，所述复合材料中多壁碳纳米管的质量百分含量为0.5～5％。

进一步，所述超高分子量聚乙烯的分子量为3～6×10⁶，平均粒径为200～300μm。

进一步，所述在超高转速下复合为将多壁碳纳米管与超高分子量聚乙烯在20000～30000r/min 的转速下混合，经挤出、模压得到复合材料。

本发明所述复合材料的冲击强度为70～80MPa。

本发明所述复合材料的体积电阻为10³～10⁷Ω。

本发明还提供一种制备上述高抗冲、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料的方法，包括如下步骤：将多壁碳纳米管与超高分子量聚乙烯混合后在超高转速下搅拌混合得到混合物，在混合物中加入流动改性剂，通过单螺杆挤出机挤出复合，最后模压得到复合材料。

进一步，所述在超高转速下混合为将多壁碳纳米管与超高分子量聚乙烯在20000～30000r/min 的转速下，处理60～90s。

进一步，所述多壁碳纳米管与超高分子量聚乙烯混合的质量比为0.5～5∶99.5～95。

根据本发明提供的制备高抗冲、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料的方法，所述流动改性剂为石蜡、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的一种或多种；

进一步，所述流动改性剂与混合物混合的质量比为0.5～2∶100

本发明所述制备高抗冲、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料的方法中，将所述复合材料进一步模压成型，得到复合材料片材，所述模压成型所采用温度为160～240℃，所采用的预热压力为5MPa，恒温时间为15min，所采用的全压压力为5～15MPa，并恒温30～120min，平均冷却速率为15℃/min，冷却后得到复合材料。

发明详述：

本发明一方面提供一种超高分子量聚乙烯复合材料，其包括由多壁碳纳米管与超高分子量聚乙烯在超高转速下复合得到的产物；其中，所述复合材料中多壁碳纳米管的质量百分含量为0.5～5％。

本发明另一方面提供一种制备上述复合材料的方法，包括如下具体步骤：

(1)将超高分子量聚乙烯粉末置于真空干燥箱中，在60℃下真空干燥12小时；

(2)准确称取烘干的超高分子量聚乙烯粉末95～99.5wt％，在高速搅拌器中搅拌60～120s，转速为20000～30000r/min；

(3)准确称取多壁碳纳米管粉末0.5～5％加入到步骤(2)中的超高分子量聚乙烯粉末中，继续高速搅拌60～120s，转速为20000～30000r/min；