納米改性增強超高分子量聚乙烯復合材料研究進展

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457000)

納米改性增強超高分子量聚乙烯復合材料研究進展

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457000)

進入21世紀以來，新型材料的使用成為了時代的潮流，納米材料在新型材料中占據了非常重要的地位。納米材料具有很大對比表面積，體積效應以及尺寸效應。納米材料對于增強聚合物材料的性能是很有效的。由于超高分子聚乙烯在實際的生產工程中由于耐磨性，導電性，抗熱性比較差，在應用過程中受到了很多限制。所以可以通過納米填充對其進行改性處理。通過納米材料填充超高分子量聚乙烯，可以使其的性能達到很好的改善，可以增強復合材料的摩擦學性能，電學性能，生物相容性等。對于納米改進增強超高分子聚乙烯復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，復合材料

眾所周知，超高分子聚乙烯的利用價值是非常高的，在各個行業包括醫學，建筑學，化學等等都有很高的利用價值。其的利用價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。隨著經濟科技的不斷發展，對于超高分子聚乙烯的要求也越來越高，所以對于UHMWPE的改性研究也提上日程。提高其的性能主要是采用無機納米材料進行填充，納米新材料具有新型的物化性質，這些性質使其具有比較好的體積效應，表面效應等等。

1 納米材料能夠改性增強UHMWPE的原因

(1)納米材料的理化性質能夠將無機調料的剛性，尺寸穩定性，熱穩定性與高分子聚乙烯的韌性，可加工性，和介電性能結合起來，使其能夠更好的發揮特殊性能，但是，當無機納米材料與高分子量聚乙烯直接混合的時候，還是有一定的缺陷的比如說是共混性差，界面結合強度不高等等。所以，為了解決這樣的問題在混合的時候引入人偶聯劑對納米表現進行改性，從而提高兩者混合界面的強度。[2]納米填充高分子量聚乙烯主要是通過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，機械共混法，液相輔助熔混法等等，進行熱壓時的溫度要保持在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合材料，[4]其主要的制作工藝是通過表面活性劑來改性納米粒子填充UHMWPE制備高分子聚乙烯材料來達到改善其性能的目的。對于無機納米材料來講，單相納米材料的填充主要是依靠一下幾種物質：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，力學性能，生物性，耐熱性以及導電性等等。

2.2 多相納米材料填充改性高分子量聚乙烯

對于多相納米材料填充改性高分子聚乙烯來講，改性主要是通過填充不同的納米材料來進行的。與單相納米材料填充UHMWPE對比來講，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行填充的時候，不同的納米材料會有協同效應的發生。比如來講，[4]采用納米氧化鋅以及二氧化硅進行填充的時候會有明顯的協同效應，對于復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，硼酸鋅等納米進行多相填充到時候不僅會改善復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復合材料的性能

2.3.1 摩擦性能的改變

在實際的應用過程中，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，但是現如今隨著經濟科技的不斷發展，對于不同的需求需要不同的摩擦性能，所以需要對其進行改進。

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

2.3.2 力學性能的轉變

總所周知，對于沒有改性之前的UHMWPE，由于自身內部結構的原因，導致的硬度比較低，耐沖擊的能力較弱。這樣的性質直接導致了其在很多行業運用能力的不足。為了滿足有關工程的需求，需要對其進行改性研究，通過不同的無機納米材料，可以使復合材料表現出不同程度的物理性質。[3]比如說通過偶聯合劑改性二硫化鎢填充UHMWPE制備復合材料，復合纖維，改性之后，復合纖維的抗沖擊性顯著提高，如果添加量變為百分之四時，其的抗拉伸性會提高百分之十左右。對于納米材料的添加量來講，不同比例的添加量也會造成性能的轉變。

2.3.3 電學性能的轉變

對于沒有改性之前的UHMWPE講，其具有很高的介電常數，有很好的絕緣性能。通過納米材料的改性可以降低其的介電常數，提高導電性能。比如，通過液相法可以將MWCNTs（多碳納米管）負載到UHMWPE粉末的表面形成二維的導電網絡，是高分子量聚乙烯的介電常數降低，電阻率下降，提高導電性能。

2.3.4 生物相容性的轉變

高分子量聚乙烯是人工骨頭的主要材料之一，但是在沒有改性之前，由于UNMWPE在磨損過程中會有磨屑的產生，當其溶解在體液中的時候會造成骨質疏松以及連接的松動，導致其在醫學研究上有力限制。在進行改性的研究過程中，我們知道，[3]當采用液相超聲分散并熱壓成型制備了GO/UHMWPE(納米填充后改性過后的復合材料)的復合材料不影響我們人體內細胞的形態以及生存能力，并且與骨細胞有很好的相容能力等。

2.3.5 熱學性能的轉變

對于高分子聚合物來講，特別是高分子量聚乙烯在抗熱方面的能力較差，受熱容易發生形變。為了提高其的抗熱性，可以通過使用結構特殊，性能穩定的納米材料對其進行填充，以達到改性的目的。

3 結語

現如今，對于高分子量聚乙烯的使用范圍越來越廣，但是由于其自身的理化性質也制約著其的發展，通過無機納米材料的填充對其進行改性，使其能夠適用于更關的范圍。本文主要對納米改性增強高分子量聚乙烯復合材料進行過研究，希望讀者對其有簡單的了解。

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

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

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

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