CN101716809A - 电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材的制备方法 - Google Patents

电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材的制备方法 Download PDF

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周瑞敏
张建强
林香凤
邓邦俊
费舜廷
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Abstract

本发明涉及一种电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)板材的制备方法，属高分子聚合物板材制备及处理加工技术领域。本发明要点主要是在常温常压下采用常规通用的电子加速器产生的高能量电子束对超高分子量聚乙烯板材进行辐照处理，使超高分子量聚乙烯分子间及超高分子量聚乙烯与交联剂之间发生交联化学反应；所采用的电子辐照剂量为10～300KGy，最终制得的板材其物理性能如弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率均有所提高。本发明的工艺简单，操作简便，成本低，而且无污染有利环保。

Description

电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)板材的制备方法，属高分子聚合物板材制备及处理加工技术领域。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其优异的冲击性能、自润滑性能及耐磨性能成为一种新型的热塑性工程塑料，受到人们的广泛重视。然而超高分子量聚乙烯与其它聚乙烯材料一样，和其它工程塑料相比耐热性、耐蠕变性较差。一般说来，对UHMWPE进行交联是可以改善耐磨性、耐蠕变性及环境应力开裂性。通过交联，UHMWPE的结晶度下降，韧性有提高的可能。但是交联必须适度，否则由于两交联点间的网链较短，易造成应力集中，增加材料的脆性，受到冲击时易断裂；交联也是改善HUMWPE耐热性的主要途径；同时由于化学交联相当于进一步提高了的HUMWPE分子量，还可提高HUMWPE的耐磨性。化学交联的主要途径分为氧化物交联、偶联剂交联和辐射交联等。通过辐射交联对超高分子量聚乙烯进行改性的研究在国外已有报道，这些研究表明，辐射交联可提高超高分子量聚乙烯的耐磨性、耐蠕变性、耐氧性，选择合适的剂量和剂量率，其弹性模量、断裂强度、屈服强度和硬度等也能够得到相应的提高，这些性能的改变与超高分子量聚乙烯形成的交联结构密切相关。国内对超高分子量聚乙烯交联的研究则比较少，并且大多集中于对UHMWPE进行无机填料的填充改性，对添加敏化剂(交联剂)的UHMWPE进行电子束辐照交联的研究还未见于报道。本专利用电子束辐照技术对添加敏化剂的UHMWPE成型板材进行辐照交联改性。
电子束辐照技术，作为一种高科技方法，还有许多优点，如操作方便、工艺简单、不会带来二次污染等。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)板材的制备方法。
本发明一种电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.配料：采用分量为200～500万的超高分子量聚乙烯树脂为原料，加入适量的交联剂；超高分子量聚乙烯树脂与交联剂两者的重量配比为100∶1～5；所述的交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸脂或三羟甲基丙烷三丙烯酸脂；
b.混炼：首先称取一定量的交联剂，将其溶于一定量的无水乙醇中，然后加入一定量的超高分子量聚乙烯基树脂粉末；搅拌之使乙醇蒸出；然后将所得混合料先混合均匀后再加入到混炼机中混炼10～15分钟；混炼温度为160～180℃；
c.模压成型：将上述混炼好的混合料放入热压模具中进行热压；压力成型机热压板的温度为170～210℃；起始在6～10MPa压力下预压20～50分钟，接着在18～30MPa压力下保温保压20～60分钟；
d.脱模冷却：将热压模具冷却至室温，膜模；
e.辐照：将上述热压并冷却好的超高分子量聚乙烯板材在常规通用的电子加速器产生的电子束辐照下进行交联化学反应；辐照在常温常压下进行，采用的辐照剂量为10～300KGy；最终制得电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材。
上述辐照过程中所采用的最适宜的辐照剂量为50～150KGy。
本发明的特点及优点如下：
本发明中采用的交联剂为含有双键官能团的丙烯酸脂类交联剂，其交联或敏化性能较佳。本发明所得产物其物理性能如弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率均有所提高。另外，本发明的工艺简单，操作简便，操作周期短，成本低，而且无污染有利环保。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1：首先称取0.5g的三羟甲基丙烷三甲丙烯酸酯(TMPTA)，将其溶于盛有一定量的无水乙醇的烧杯溶中，向烧杯中加入40gUHMWPE树脂粉末，搅拌后将乙醇蒸出，再将加入了交联剂的UHMWPE树脂粉末干燥，在开放式混炼机上混炼8分钟，然后在压力成型机上8MPa预压半个小时，保温20分钟，保温压力为20MPa，整个模压过程中保持温度195℃，即得到UHMWPE的板材。然后对其进行电子束辐照，辐照剂量为50KGy，得到电子束辐照改性的UHMWPE板材。经分析，其凝胶含量为91.9％，弹性模量474.2MPa，断裂伸长率238.4％，最大拉伸强度35.8MPa。
实施例2：首先称取0.9g的三羟甲基丙烷三甲丙烯酸酯(TMPTA)，将其溶于盛有一定量的无水乙醇的烧杯溶中，向烧杯中加入36gUHMWPE树脂粉末，搅拌后将乙醇蒸出，再将加入了交联剂的粉末干燥，在开放式混炼机上混炼8分钟，然后在压力成型机上6MPa预压半个小时，保温30分钟，保温压力为18MPa，整个模压过程中保持温度195℃，即得到UHMWPE的板材。然后对其进行电子束辐照，辐照剂量为50KGy，得到电子束辐照改性的UHMWPE板材。经分析，其凝胶含量为93.6％，弹性模量422.5MPa，断裂伸长率248.6％，最大拉伸强度32.1MPa。
实施例3：首先称取0.9g的三羟甲基丙烷三甲丙烯酸酯(TMPTA)，将其溶于盛有一定量的无水乙醇的烧杯溶中，向烧杯中加入36gUHMWPE树脂粉末，搅拌后将乙醇蒸出，再将加入了交联剂的粉末干燥，在开放式混炼机上混炼8分钟，然后在压力成型机上6MPa预压半个小时，保温30分钟，保温压力为18MPa，整个模压过程中保持温度195℃，即得到UHMWPE的板材。然后对其进行电子束辐照，辐照剂量为150KGy，得到电子束辐照改性的UHMWPE板材。经分析，其凝胶含量为96.0％，弹性模量548.9MPa，断裂伸长率171.5％，最大拉伸强度32.6MPa。
结果表明：电子束辐照以后，UHMWPE取得明显的交联，凝胶含量得到大幅的提高，并且随着交联剂的含量和辐照剂量的增大，力学性能也有比较大的变化。

Claims (2)

1.一种电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.配料：采用分量为200～500万的超高分子量聚乙烯树脂为原料，加入适量的交联剂；超高分子量聚乙烯树脂与交联剂两者的重量配比为100∶1～5；所述的交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸脂或三羟甲基丙烷三丙烯酸脂；
b.混炼：首先称取一定量的交联剂，将其溶于一定量的无水乙醇中，然后加入一定量的超高分子量聚乙烯基树脂粉末；搅拌之使乙醇蒸出；然后将所得混合料先混合均匀后再加入到混炼机中混炼10～15分钟；混炼温度为160～180℃；
c.模压成型：将上述混炼好的混合料放入热压模具中进行热压；压力成型机热压板的温度为170～210℃；起始在6～10MPa压力下预压20～50分钟，接着在18～30MPa压力下保温保压20～60分钟；
d.脱模冷却：将热压模具冷却至室温，膜模；
e.辐照：将上述热压并冷却好的超高分子量聚乙烯板材在常规通用的电子加速器产生的电子束辐照下进行交联化学反应；辐照在常温常压下进行，采用的辐照剂量为10～300KGy；最终制得电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材。
2.如权利要求1所述的一种电子束辐照改性的超高分子量聚乙烯板材的制备方法，其特征在于所述辐照过程中所采用的辐照剂量为50～150KGy。
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