超高分子量聚乙烯加工改性热点

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）塑料以其特有的加工和使用性能已得到广泛应用。这主要是因为其几乎集中了其他工程塑料的所有优点，其中优异的抗冲击性、耐磨耗性、低温性能、自润滑性和不粘性等尤为突出，是一种综合性能优异的热塑性工程塑料。其制品应用于日用、工业、文体、交通运输、国防、机械等领域的抗冲、减振、防弹、抗疲劳、耐磨、减磨、减阻、防粘等场合。但超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）同时也存在如熔体流动性差、成型加工困难、耐热性差以及应力开裂等许多缺点。因此，有关其性能研究、改性研究、加工工艺与设备研究成为近年来国内外研究重点。

　　加工工艺改进拓宽应用领域

　　目前国内外用于挤出成型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的生产设备主要以柱塞式挤出机和单螺杆挤出机为主。菲利浦斯公司在卧式柱塞挤出机上配有一套往复液压油缸系统，可使模芯与其填装的物料一起向前浮动，从而降低往复式挤出活塞反复冲击而作用在物料上的剪切力与摩擦力、模芯周期性地快速回缩，重复其与物料特定的向前运动，该设备可用于生产薄壁管材。我国研制的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）系列专用单螺杆挤出机，其主要特点是在料筒内壁开槽，解决料塞问题，再配以专用螺杆，实现了超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的连续稳定挤出，用于对平均相对分子质量为150万～300万的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）制品的加工，可挤出圆棒、片材、丝条、管材等，已成为目前国内外超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）专用挤出机的典型代表。华北研究所根据超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）在很宽的温度范围内处于高弹体的特点，提出了“胶塞输送”机理，即在螺杆加料段螺槽中的物料是被压缩的胶塞，而不是压实的固体塞，这样就解决了固体塞与料筒间摩擦因数小固体输送困难的问题，实现了用普通单螺杆挤出机对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）进行挤出造粒，粒料用普通注塑机注塑成型，其产品质量稳定可靠。

　　超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的烧结成型沿用聚四氟乙烯烧结成型方法，但在烧结过程中制件的收缩变形较大，该法仅可加工形状简单且需后加工的制件。在对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）压缩模塑的研究中，采用一种过氧化物及硅烷交联超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），可使压缩模塑制品热脱模，成型周期显著缩短。由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔体流动性差、强度低、收缩率不稳定，因此在热变形加工时对工艺条件要求极为严格，另外超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔体粘度极高，在中空吹塑过程管坯不易下垂，因而适于吹制大型容器。荷兰、美国的公司及我国的中纺公司等均生产超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维及无纺布，但缺点是耐热性差，有待研究改进。此外，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）还可以像PE那样采用多种工艺制备低发泡制品、中空纤维分离膜、耐磨防粘涂料等。

　　原料改性研究改善加工性能

　　针对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）本身固有的缺点，通过改性使其加工性能得到改善，应用领域将会进一步拓宽。目前对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工改性研究主要有以下几方面。

　　——共混改性超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）与PE在一定条件下共混可用普通单螺杆挤出机加工，高相对分子质量的PE与超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）由于粘度相近，共混属于分子间分散，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）性能保持较多；中相对分子质量的PE与超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混较容易，分散状况基本属于海岛结构，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）为分散相；低相对分子质量的PE在与超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混时由于加入量大，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）性能损失较大，此法实用价值不大。

　　聚酰亚胺树脂具有耐热性好、粘结性优良、高温下强度不降低、耐磨损等特点，与超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）混合后，可用普通挤出机加工成型。日本专利介绍，在平均相对分子质量100万以上的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入0.4%～10%聚酰亚胺树脂进行改性，在普通单螺杆挤出机上挤出圆棒料，其材料的物理、力学性能与用采用模压烧结工艺成型的制品没有明显差别。此外聚丙烯、聚酰胺、弹性体及橡胶也可与超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混改性。

　　——润滑剂改性在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入润滑剂可以改善其加工性能，但加入量不能太多，否则超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）性能将会大幅降低。北京化工大学制备的MS2润滑剂，只需在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入0.6%～0.8%，即能显著改善其流动性，使其熔点下降10℃。美国Allicd-Signal公司生产的一种共聚物与硬脂酸盐配合作为超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的润滑剂，效果良好，这种复合润滑剂与超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混可在普通单螺杆挤出机和注塑机上加工。

　　——液晶高分子原位复合清华大学采用原位复合技术，在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入适宜配比的液晶高分子（LCP）和特定助剂，混合均匀后，用通用单螺杆挤出机可顺利进行造粒。

　　——其他改性用不同填料对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）进行填充改性，可达到提高硬度、提高阻燃性、改善耐热性、减小收缩率和耐磨性、降低摩擦因数、降低成本等效果。填料一般用硅烷处理，用量不宜超过20%。另外，采用插层法技术用层状无机纳米材料改性超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），可达到增强等多种改性效果。还可对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）进行接枝改性，如固相接枝法、溶液接枝法、悬浮液接枝法等，以解决有关界面相容问题。

　　有关专家指出，目前超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）在各领域应用的产品品种近千种，但其中除板材、管材和纤维外，其余产品均只在小范围、单品种上使用。因此，加大对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）改性的研究力度，进一步拓宽其应用领域是当务之急。