超高分子量聚乙烯的基本性能以及改性方法

[摘 要] 超高分子量聚乙烯是作为一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料存在的，同时期结构也具有一定的独特性。而超高分子量聚乙烯的产生是在1958年，并由德国科学家齐格勒提出并进行研究的的，直到60年代末才真正的实现工业性的生产。超高分子量聚乙烯作为新的热塑性塑料，其主要的分子结构与普通的聚乙烯并没有区别，而两者主要的区别就在于普通的聚乙烯分子量通常为4到18万，而超高分子量聚乙烯的平均分子量通常较多，为35到800万。也正因为如此，超高分子量聚乙烯具有更加优异的耐冲击力以及耐磨性等。本文重点对超高分子量聚乙烯的基本性能以及改性方法进行了分析。

[关键词] 超高分子量基乙烯； 基本性能； 改性方法

超高分子量聚乙烯作为现代一种线性结构的优异性热塑性工程塑料，其自身具有抗冲击性、耐磨性、耐化学腐蚀性等许多普通塑料所不具备的特点，在其保存了普通塑料优点的同时，还有效的提升的自身的性能，并在社会的各个领域都得到了广泛的应用。但是，超高分子量聚乙烯拥有优异性能的同时，还存在一些普通塑料所不存在的问题，例如其熔融指数几乎接近于0、其熔点几乎能够达到210摄氏度、其粘度过大、流动性较差等。所以，为了对超高分子量聚乙烯这些缺点的克服，就需要保证对超高分子量聚乙烯的改性方法进行分析。

1 超高分子量聚乙烯概述

超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene（简称UHMWPE），是分子量100万以上的聚乙烯。分子式：―（―CH2-CH2―）―n―，密度：0.936～0.964g/cm3。热变形温度（0.46MPa）85℃，熔点130～136℃。

2 超高分子量聚乙烯的基本性能

通常情况下，超高分子量聚乙烯的粘均分子量都要大于170万，这同时也是保证其能够与其他普通聚乙烯进行区分的有效方法，因为普通的聚乙烯丙不具备超高分子量聚乙烯的特点。所以，当聚乙烯的粘均分子量超过了170万之后，其就会具有一定的特性，如：

2.1 耐磨性

超高分子量聚乙烯自身耐磨性的特性在所有的塑料中是第一位，甚至还要比碳钢、黄铜等金属的耐磨性还要强，而与普通的聚乙烯塑料相比，其耐磨性甚至是普通聚乙烯耐磨性的十倍。而当超高分子量聚乙烯分子量的不断增大，其耐磨性也会随之而不断增大，而当分子量达到了一定的数值临界点时，其主要的耐磨性能也就不会再增加。

2.2 自身性

超高分子量聚乙烯自身的摩擦系数相比于普通的塑料来说，其摩擦系数要小很多，这也就保证了超高分子量聚乙烯可以作为有效的材料存在。

2.3 吸水性

超高分子量聚乙烯作为分子量的超高聚集，这就导致了其防水的功能，当超高分子量聚乙烯材料放在水中时，也不会发生膨胀，在所有的塑料材料中，超高分子量聚乙烯塑料是吸水率最小的材料。

2.4 耐冲击性

超高分子量聚乙烯中最为重要的性能就是耐冲击性，同时，超高分子量聚乙烯的耐冲击性强度与其他塑料相比也是最高的，而与耐冲击性著称的碳酸酯材料相比，超高分子量聚乙烯材料的耐冲击性甚至比其还要高出3到5倍。同时，超高分子量聚乙烯材料还具有一定的增长特点，其会随着分子量的增加而耐冲击性也会不断增强，而当超高分子量聚乙烯材料中分子量达到一定的临界点时，其耐冲击性的强度也就达到最高值，其后，当分子量再增加时，其耐冲击强度会逐渐降低。

2.5 拉伸强度

超高分子量聚乙烯材料自身具有一定的拉伸性，而其结构特征也保证了其自身超高拉伸强度。通常情况下，超高分子量聚乙烯材料的拉伸强度都在3-3.5GPa，而其拉伸弹性模量高达100-125GPa。

2.6 耐化学药品性

超高分子量聚乙烯自身因为分子结构的构成中不存在双键、支链以及结晶度等分子结构，这也就保证了超高分子量聚乙烯材料自身具有非常好的性能，既能够对一些化学品能够有效的进行防御，例如，当超高分子量聚乙烯材料处于一定温度、浓度范围内时，能够有效的防御各种溶液等的腐蚀。

2.7 耐低温性

超高分子量聚乙烯作为分子量构成的材料，这保证了其所构成的材料能够在超低温时也具有非常好的耐冲击性，而具实验所得，超高分子量聚乙烯的最低可耐温度为零下269摄氏度。

2.8 不粘性

超高分子量聚乙烯材料具有非常好的不粘性。而其不粘性的特点甚至将要达到聚四氟乙烯的水平。

2.9 其他性能

超高分子量聚乙烯材料除了以上几种主要的特性外，同时还具有无毒、密度低、导电绝缘性等的特点。

3 超高分子量聚乙烯的改性方法

3.1 用流动改性剂改性

对于长链分子的解缠来说，最好的方法就是运用流动改性剂进行解缠，因为流动改性剂在对分子进行解缠时，可以保证分子之间的相对性，保证分子链之间能量的最大传递，这样既能够保证了分子间滑动的简单性，同时也对聚合物自身的流动性起到一定的改善。而对于超高分子量聚乙烯的改性来说，流动改性剂的使用可以选用分散性较好的改性剂，这样可以保证其能够与超高分子量聚乙烯金星有效的融合，同时还保证了超高分子量聚乙烯良好的热稳定性。

3.2 液晶高分子原位复合材料改性

液晶高分子原位复合材料指的是液晶高分子与热塑性树脂的共混物，而此两者共混物在进行熔融的过程中，会因为在力场的作用下，从而导致其自身分子结构的刚性不受损坏，同时能够自行的沿着流动方向取向，进而出现变稀现象。其后，基体树脂中能够在原位形成具有取向结构的增强相，简单的说就是就地成纤，进而保证树脂热塑性的增强，以及对加工流动性的改善。所以，运用液晶高分子原位复合材料对超高分子量聚乙烯进行改性，可以有效的提高超高分子量聚乙烯的流动性，同时还可以对其自身的拉伸强度以及冲击强度等特定进行进一步的增强。

3.3 化学交联改性

化学交联改性主要的改性原理就是通过对树脂分子结构的改变进而对树脂的分子形态进行改变的化学方法。化学交联改性方法的使用，在保证了对树脂性能改变的同时，还可以保证对新品树脂材料的有效制造。通常情况下，化学交联改性方法具体有以下两种：

第一，过氧化物交联。超高分子量聚乙烯通过过氧化物交联之后，具有一定的体型结构，但并没有实现完全的交联，所以，这也就保证了超高分子量聚乙烯能够具有非常强的可塑性及硬度等。而通过实验可得，运用过氧化二苯甲酰对超高分子量聚乙烯进行交联改性分析时，过氧化二苯甲酰具体的用量通常要保证在1%内。而在实际的实验进行中，当过氧化二苯甲酰用量不但增加时，超高分子量聚乙烯的热变形温度也会不断提高。

第二，偶联剂交联。偶联剂主要有乙烯基硅氧烷和丙烯基硅氧烷这两类硅烷偶联剂。常用的有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。偶联剂通常由过氧化物引发，常用的是过氧化二苯甲酞，催化剂为有机锡衍生物。由于过氧化物也发生交联，为控制交联度，应严格控制过氧化物用量。硅烷交联超高分子量聚乙烯的成型过程首先使过氧化物受热分解为化学活性很高的游离基，这些游离基夺取聚合物分子中的氢原子使聚合物主链变为活性游离基，然后与硅烷产生接枝反应，接枝后的超高分子量聚乙烯在水及硅醇缩合催化剂的作用下发生水解缩合，形成交联键即得硅烷交联超高分子量聚乙烯。

3.4 超高分子量聚乙烯的自增强改性

在超高分子量聚乙烯基体中加人超高分子量聚乙烯纤维，由于基体和纤维具有相同的化学特征，因此化学相容性好，二组分的界面结合力强，可获得机械性能优良的复合材料。超高分子量聚乙烯纤维的加人可使超高分子量聚乙烯的拉伸强度、模量，冲击强度、耐蠕变性大大提高。与纯超高分子量聚乙烯相比，在超高分子量聚乙烯中加人体积含量为60%的超高分子量聚乙烯纤维，可使最大应力和模量分别提高160%和60%。这种自增强的超高分子量聚乙烯材料尤其适用于生物医学上承重的场合、人造关节的整体替换等方面，这种材料的低体积磨损率可提高其使用寿命。

4 结束语

综上所述，经过人们对超高分子量聚乙烯改性技术的不断研究，超高分子量聚乙烯的综合性能日益提高，应用前景更加广泛。但是这种研究还处在很不完善的阶段，今后的改性研究应该着重于聚合填充复合改性和超高分子量聚乙烯的自增强改性。总之，在针对其不足之处进行改性的过程中，必将推出更加完善的工艺和配方，随着时间的推移和更多的新产品的开发和研制，相信这种新材料将越来越显示其旺盛的生命力。

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