摘要：超高分子量聚乙烯有着较高的结晶度，较大的拉伸强度、较高的模量，耐冲击性能优异，耐光线照射，耐化学品腐蚀，耐挠曲，较好的耐磨损性，但超高分子量聚乙烯纤维的耐热性能较差，抗蠕变性能差，抗氧化性能较差。本文阐述了超高分子量聚乙烯作为工程塑料和生物材料在应用上的不足以及超高分子量聚乙烯复合材料的研究难点，并提出了多种改性方法，对超高分子量聚乙烯的研究现状进行了综述。
关键词：超高分子量聚乙烯;共混;复合材料;改性
1.超高分子量聚乙烯相关性能
超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)是一种综合性能优异的热塑性线型高分子材料。从分子结构上来看，超高分子量聚乙烯分子链结构中不含有芳香族和极性较大的基团，因此，不易于接触的制品发生粘合反应。超高分子量聚乙烯经过热拉伸之后，其分子链排列更加规整，其内部的缺陷大幅降低，结晶性能也发生较大的改善。另一方面，超高分子量聚乙烯具有良好的耐化学腐蚀性，与强酸强碱接触不会影响自身的综合性能[[] 梁淑君, 贾润礼. 超高分子量聚乙烯的研究现状[J]. 山西化工, 2002, 22(2):20-22.]。
2.UHMWPE改性方法
由于UHMWPE的分子量很大，加工温度即使达到其熔点，熔体几乎不发生流动，因此UHMWPE极其难以加工。UHMWPE是非极性聚合物，造成UHMWPE纤维与很多非极性聚合物之间极性差异较大，两相界面的排斥力强烈，造成两相的结合力很差，导致相容性很差，极容易发生相分离，通常采用添加相容剂来改善它们之间的相容性。鉴于此，本文提出了UHMWPE多种改性方法，包括UHMWPE/PU共混，UHMWPE/CaCO3/HDPE二元和三元共混，UHMWPE/LCP共混体系机械和摩擦性能的研究，硅灰石纤维改性超高分子量聚乙烯共混物的滑动摩擦行为，用等离子体改性UHMWPE耐磨损性等等。
2.1 UHMWPE/PU共混
超高分子量聚乙烯UHMWPE是性能优异的热塑性塑料，具有良好的机械性能，抗冲击性能，优良的自润滑性能，耐化学品腐蚀性，较突出的耐磨损性能。聚氨酯PU具有良好的韧性的热塑性塑料，在加热后变成高弹性的弹性体。聚氨酯也具有良好的耐磨损性能，所以在各种领域应用十分广泛。UHMWPE和PU共混形成塑胶进一步优化了材料的耐磨损性能。
然而，UHMWPE和PU共混存在着诸多问题：1.两种物料的存在较大分子量差异：UHMWPE分子量很大，分子量通常达到100万以上，远远大于聚氨酯以及其他共混物。UHMWPE极大的分子量导致体系分子链缠结严重，同时也会使粘度变得极大，很难与其他聚合物进行共混。为了克服这一系列问题，UHMWPE与其他聚合物共混时采用熔融浇注法，这种方法能增加体系的物理交联程度，这种方法和溶液共混类似。
2.2 UHMWPE/CaCO3/HDPE二元和三元共混
由于无机填料与这些通用塑料的相容性比较差，导致这种复合材料韧性和断裂伸长率都被削弱。通常采用添加相应的偶联剂来改善无机填料与基材的附着力和相容性。除了这种方法，在聚合物中填充技术得到改进，使得聚合反应直接在无机纤维填料的表面进行[[] 苏荣锦, 黄安民. 超高分子量聚乙烯改性研究进展[J]. 塑料科技, 2010, 38(6):93-97.]。其他方法也介绍了，在聚合物中填充橡胶粒子，可以在聚合物内部形成两相结构，形成核-壳相，分散相。刚性的纤维作为核-壳相的核结构，橡胶形成壳结构分散在聚合物基体内部。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然而，这种复合材料的力学性能是复杂的，随着体系中粒子界面之间相互作用而发生变化。在这种分散体系下，在复合材料中橡胶相是随机分散的。虽然填充后的复合材料韧性有所改善，但是模量，刚性和拉伸强度都呈下降趋势。造成这一差异可能是由于填充的橡胶粒子增加了复合材料的韧性。
UHMWPE是一种性能优异的工程塑料，具有良好的韧性，高强度，优异的耐磨损性能。由于UHMWPE的分子量很大，加工温度即使达到其熔点，熔体几乎不发生流动，因此UHMWPE极其难以加工。据报道[[] 雷毅, 郭建良. 超高分子量聚乙烯的流动改性研究进展[J]. 工程塑料应用, 2005, 33(4):70-72.]，UHMWPE能和某些聚合物进行共混，例如，聚醚砜，聚碳酸酯，高密度聚乙烯，提高基材的韧性以及抗裂纹发展的能力[[] 李建利, 张新元, 贾哲昆,等. 超高分子量聚乙烯纤维性能及生产现状[J]. 针织工业, 2016(6):21-25.]。因此，探索出UHMWPE与CaCO3/HDPE两者形成的共混物最佳性能的共混体系。
2.3 UHMWPE综合性能
UHMWPE是一种线型高密度聚乙烯，分子量在2×106到16×106g/mol，极高的分子量为基材提供了优异的抗冲击性能以及耐磨损性，但是它的这些性质阻碍了传统的挤出成型的加工方法。UHMWPE具有独特的理化性质[[] 杨玉清, 王佩璋. 超高分子量聚乙烯的改性研究进展[J]. 塑料制造, 2004(4):45-51.]：1.相对于其他热塑性塑料而言，UHMWPE具有较好的耐磨损性能，2.优异的抗冲击性能，3.具有较低的摩擦系数，以及良好的自润滑性能，3.较高的抗拉伸断裂能力，4.较好的抗疲劳失效能力，5.噪音和能量的衰减性能，6.优异的电绝缘性能，7.广泛用于食品以及医药行业。UHMWPE通常加工成板材来使用，基于UHMWPE以上性质，UHMWPE熔体流动速率几乎为0，与其他热塑性塑料有较差的相容性，由于它的熔体粘度过高，无法采用传统的挤出成型的方法进行加工，熔体粘度大大限制了UHMWPE的加工范围。总之，UHMWPE成型方法源于冶金以及氟碳粉末的加工。UHMWPE粉末由于具有足够的强度，模量以及抗蠕变性能，通常用在建筑行业中作为一种结构材料来使用。
3.展望
以上介绍了UHMWPE多种改性方法，随着改性技术的不断革新，UHMWPE纤维必将广泛地应用于各个领域。UHMWPE改性作为一种新型技术，填充改性后的共混物受诸多因素的影响。其次UHMWPE自增强材料应用领域的特殊性，优化在各个领域使用性能。UHMWPE复合材料的相关性能与各个配方配比及性质有着重要关系，随着时间的推移和更多新产品的开发和研制, UHMWPE必将会更好的造福人类。
4. 参考文献
[1] 梁淑君, 贾润礼. 超高分子量聚乙烯的研究现状[J]. 山西化工, 2002, 22(2):20-22.
[2] 苏荣锦, 黄安民. 超高分子量聚乙烯改性研究进展[J]. 塑料科技, 2010, 38(6):93-97.
[3] 雷毅, 郭建良. 超高分子量聚乙烯的流动改性研究进展[J]. 工程塑料应用, 2005, 33(4):70-72.
[4] 李建利, 张新元, 贾哲昆,等. 超高分子量聚乙烯纤维性能及生产现状[J]. 针织工业, 2016(6):21-25.
[5] 杨玉清, 王佩璋. 超高分子量聚乙烯的改性研究进展[J]. 塑料制造, 2004(4):45-51.
论文作者:黄天舒
论文发表刊物:《青年生活》2018年第10期
论文发表时间:2018/12/26
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