CN104086848A - 一种高压模塑uhmwpe/pa6合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压模塑UHMWPE/PA6合金及其制备方法，其是由超高分子量聚乙烯30-70份，尼龙6粉70-30份，马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯5份-20份，马来酸酐接枝聚乙烯蜡0.5份-5份，抗氧剂0.1-1份经混合、模压成型即得UHMWPE/PA合金。本发明将马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯作为相容剂，并通过颗粒微粉化处理，使超高分子量聚乙烯、尼龙6、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯的粒径均为100-200μm处于同一水平，提高了超高分子量聚乙烯和尼龙6之间的相容性与分散性，使制得的UHMWPE/PA6合金具有优异的耐磨性能和力学性能。

Description

一种高压模塑UHMWPE/PA6合金及其制备方法
  
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高压模塑UHMWPE/PA6合金及其制备方法。 
  
背景技术
尼龙作为一种通用工程塑料, 具有较高的机械强度和良好的自润滑性, 广泛应用于减摩耐磨领域。但由于其具有比聚四氟乙稀（PTFE） 和聚乙烯（PE ）高得多的表面能, 干摩擦时摩擦因数较高，且存在吸水性强的缺点, 限制了它在摩擦领域中的更广泛应用。而超高分子量聚乙烯(UHMWPE ) 具有优异的耐冲击性、耐磨性、耐低温性能和自润滑性，它与PA6共混则可以改善PA6的低温冲击韧性、尺寸稳定性和摩擦磨损性能等, 从而拓宽PA6的应用范围。但由于UHMWPE是非极性材料, 而尼龙为强极性材料,它们这间的相容性差，而导致最终材料的力学性能差，故常需要加入相容剂密度聚乙烯接枝马来酸酐（HDPE-g-MAH）等来获得良好的力学性能。另一方面，分子量越高造成UHMWPE加工越困难，目前UHMWPE/PA合金的研究主要使用300万以下的UHMWPE。 
  
发明内容
本发明的目的是提供一种高压模塑UHMWPE/PA6合金及其制备方法，制得的UHMWPE/PA6合金既具有超高分子量聚乙烯优异的低温柔韧性、耐磨性，又具有尼龙优异的力学性能和加工性能。 
本发明的技术解决方案： 
一种高压模塑UHMWPE/PA6合金，由以下组分按重量份制备而成：
超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)：30-70份，
尼龙6粉：70-30份，
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯（简称UHMWPE-g-MAH）：5份-20份，
马来酸酐接枝聚乙烯蜡：0.5份-5份，
抗氧剂：0.1-1份。
进一步，所述的超高分子量聚乙烯是粒径为100-200μm、分子量≥500万。 
所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯是由按重量份计的超高分子量聚乙烯70-90份、高密度聚乙烯30-10份、马来酸酐0.5-5份和过氧化二异丙苯0.05-0.5份经共混、挤出制成，其中超高分子量聚乙烯分子量为100万-200万。 
所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168。 
本发明的另一个目的是提供一种上述高压模塑UHMWPE/PA6合金的制备方法，步骤如下： 
（1）制备马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯：将70-90份超高分子量聚乙烯，30-10份高密度聚乙烯，0.5-5份马来酸酐和0.05-0.5份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀后，加入挤出机中挤出，再加入粉碎机中粉碎研磨得到粒径为100-200μm的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯粒料；所述挤出机的加料段140-160℃、熔融段160-180℃、反应段180-200℃；
（2）制备尼龙6粉：将尼龙6粒料在粉碎机中粉碎研磨、筛分得粒径为100-200μm的尼龙6粉；
（3）制备UHMWPE/PA6合金复合粉末：将30-70份超高分子量聚乙烯，70-30份尼龙6粉，5份-20份马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯，0.5份-5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.2-1份抗氧剂放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末；
（4）制备UHMWPE/PA6合金：将（3）制备的复合粉末置于模具中，在10-30MPa压力下进行冷压和排气，然后升温至220-250℃热压20-30分钟，最后保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
所以本发明的有益效果有： 
1、本发明将自制的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯（简称UHMWPE-g-MAH）作为相容剂，从而更好地解决了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和尼龙6（简称PA6）之间的相容性，使制得的UHMWPE/PA6合金具有优异的耐磨性能和力学性能。
2、本发明通过颗粒微粉化处理，使UHMWPE、PA6、UHMWPE-g-MAH的粒径均为100-200μm而处在同一水平，使得UHMWPE/PA6合金复合粉末分散的更加均匀，从而使最终制得的UHMWPE/PA合金性能得到进一步提高。 
3、本发明使用分子量≥500万的超高分子量聚乙烯作为原料，从而使制得的UHMWPE/PA6合金的力学性能和耐磨性能更佳；本发明也提供了一种简单、有效的UHMWPE/PA6合金工艺制备方法。 
  
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。 
实施例1
（1）制备UHMWPE-g-MAH：将70份分子量为100万的超高分子量聚乙烯，30份高密度聚乙烯， 5份马来酸酐和0.05份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中挤出，再加入粉碎机中粉碎研磨、筛分得粒径100-200μm的UHMWPE-g-MAH粒料；所述挤出机的加料段150℃、熔融段170℃、反应段190℃。
（2）制备尼龙6粉：将尼龙6粒料在高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的尼龙6粉。 
（3）制备UHMWPE/PA6合金复合粉末：将30份分子量为500万的超高分子量聚乙烯，70份PA6粉，5份UHMWPE-g-MAH，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂168放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA合金复合粉末； 
（4）制备UHMWPE/PA6合金：将（3）制备的将复合粉末置于模具中，在30MPa压力下进行冷压和排气，升温至240℃热压30分钟，保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
  
实施例2
（1）制备UHMWPE-g-MAH：将90份分子量为100万的超高分子量聚乙烯，10份高密度聚乙烯， 0.5份马来酸酐和0.2份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，再加入高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm UHMWPE-g-MAH粒料。所述的挤出机的加料段140℃、熔融段160℃、反应段180℃。
（2）制备尼龙6粉：将尼龙6粒料在高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的尼龙6粉。 
（3）制备UHMWPE/PA6合金复合粉末：将70份分子量为500万的超高分子量聚乙烯，30份PA6粉，10份UHMWPE-g-MAH， 5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.3份抗氧剂1010，0.3份抗氧剂168放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末； 
（4）制备UHMWPE/PA6合金：将（3）制备的将复合粉末置于模具中，在30MPa压力下进行冷压和排气，升温至220℃热压30分钟，保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
  
实施例3
（1）制备UHMWPE-g-MAH：将80份分子量为100万的超高分子量聚乙烯，20份高密度聚乙烯， 2.5份马来酸酐和0.1份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，再加入高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的UHMWPE-g-MAH粒料。所述的反应挤出，加料段160℃，熔融段180℃，反应段200℃。
（2）制备尼龙6粉：将尼龙6粒料在高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的尼龙6粉。 
（3）制备UHMWPE/PA6合金复合粉末：将50份分子量为500万的超高分子量聚乙烯，50份PA6粉，20份UHMWPE-g-MAH，2份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.5份抗氧剂1010，0.5份抗氧剂168放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末； 
（4）制备UHMWPE/PA6合金：将（3）制备的将复合粉末置于模具中，在30MPa压力下进行冷压和排气，升温至250℃热压20分钟，保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
  
实施例4
（1）制备UHMWPE-g-MAH：将70份分子量为200万的超高分子量聚乙烯，30份高密度聚乙烯， 3份马来酸酐和0.5份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，再加入高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的UHMWPE-g-MAH粒料。所述的反应挤出，加料段150℃，熔融段170℃，反应段190℃。
（2）制备尼龙6粉：将尼龙6粒料在高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的尼龙6粉。 
（3）制备UHMWPE/PA6合金复合粉末：将60份分子量为600万的超高分子量聚乙烯，40份PA6粉，15份UHMWPE-g-MAH，3份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末； 
（4）制备UHMWPE/PA6合金：将（3）制备的将复合粉末置于模具中，在10MPa压力下进行冷压和排气，升温至230℃热压30分钟，保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
  
实施例5
（1）制备UHMWPE-g-MAH：将90份分子量为200万的超高分子量聚乙烯，10份高密度聚乙烯， 5份马来酸酐和0.05份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀，加入挤出机中反应挤出，再加入高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的UHMWPE-g-MAH粒料。所述的反应挤出，加料段150℃，熔融段170℃，反应段190℃。
（2）制备尼龙6粉：将尼龙6粒料在高速万能粉碎机中粉碎研磨，筛分得粒径100-200μm的尼龙6粉。 
（3）制备UHMWPE/PA6合金复合粉末：将40份分子量为800万的超高分子量聚乙烯，60份PA6粉，15份UHMWPE-g-MAH，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂168放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末； 
（4）制备UHMWPE/PA6合金：将（3）制备的将复合粉末置于模具中，在20MPa压力下进行冷压和排气，升温至240℃热压30分钟，保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
  
对比例1
制备方法与用量同实施例1，不同在于：制备UHMWPE/PA6合金复合粉末使用的是分子量为100万的超高分子量聚乙烯，即将30份分子量为100万的超高分子量聚乙烯，70份PA6粉，5份UHMWPE-g-MAH，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂168放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末，将复合粉末置于模具中，在30MPa压力下进行冷压和排气，升温至240℃热压30分钟，保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
对比例2
制备方法与用量同实施例1，不同在于：制备UHMWPE/PA6合金复合粉末使用的是高密度聚乙烯接枝马来酸酐（HDPE-g-MAH），即将30份分子量为500万的超高分子量聚乙烯、70份PA6粉、5份HDPE-g-MAH，0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.2份抗氧剂1010，0.2份抗氧剂168放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末，将复合粉末置于模具中，在30MPa压力下进行冷压和排气，升温至240℃热压30分钟，保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。所述的超高分子量聚乙烯是基体分子量为500万的超高分子量聚乙烯。
  
对上述实施例1-5与对比例1-2制备的UHMWPE/PA6合金的力学性能采用ISO标准进行检测，耐磨性能根据标准GB/T 5478-2008来测定，其物性数据见表1。
表1性能数据 
  实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
拉伸强度MPa 48 30 34 32 42 41 43
弯曲强度MPa 66 45 60 50 65 61 59
Charpy缺口冲击强度KJ/m2 18     30 25 29 27 12 11
耐磨性（750g，1000r） 0.009 0.008 0.010 0.007 0.009 0.018 0.014
如表1所示，本发明制备的UHMWPE/PA6合金保持了较好的力学性能，其中实施例1的拉伸强度最好，实施例2的冲击强度最好。从实施例1与对比例1、2相比，由于实施例1采用分子量为500万的超高分子量聚乙烯及UHMWPE-g-MAH来增强UHMWPE与PA6之间的相容性，从而使制备的UHMWPE/PA6合金的力学性能提高很多，并且其磨耗指数也明显比对比例1、2低，所以UHMWPE/PA6合金材料呈现出了优良的力学性能和耐磨性能。

Claims (5)

1.一种高压模塑UHMWPE/PA6合金，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
超高分子量聚乙烯：30-70份，
尼龙6粉：70-30份，
马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯：5份-20份，
马来酸酐接枝聚乙烯蜡：0.5份-5份，
抗氧剂：0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的高压模塑UHMWPE/PA6合金，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯是粒径为100-200μm、分子量≥500万。
3.根据权利要求1所述的高压模塑UHMWPE/PA6合金，其特征在于：所述的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯是由按重量份计的超高分子量聚乙烯70-90份、高密度聚乙烯30-10份、马来酸酐0.5-5份和过氧化二异丙苯0.05-0.5份经共混、挤出制成，其中超高分子量聚乙烯分子量为100万-200万。
4.根据权利要求1所述的高压模塑UHMWPE/PA6合金，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168。
5.一种如权利要求1－4任一项所述的高压模塑UHMWPE/PA6合金的制备方法，其特征在于：步骤如下：
（1）制备马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯：将70-90份超高分子量聚乙烯，30-10份高密度聚乙烯，0.5-5份马来酸酐和0.05-0.5份过氧化二异丙苯一起在高速混合机中混合均匀后，加入挤出机中挤出，再加入粉碎机中粉碎研磨得到粒径为100-200μm的马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯粒料；所述挤出机的加料段140-160℃、熔融段160-180℃、反应段180-200℃；
（2）制备尼龙6粉：将尼龙6粒料在粉碎机中粉碎研磨、筛分得粒径为100-200μm的尼龙6粉；
（3）制备UHMWPE/PA6合金复合粉末：将30-70份超高分子量聚乙烯，70-30份尼龙6粉，5份-20份马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯，0.5份-5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡，0.2-1份抗氧剂放入高速混合机中充分混合搅拌即得UHMWPE/PA6合金复合粉末；
（4）制备UHMWPE/PA6合金：将（3）制备的复合粉末置于模具中，在10-30MPa压力下进行冷压和排气，然后升温至220-250℃热压20-30分钟，最后保压冷却即得UHMWPE/PA6合金。
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