超高分子量聚乙烯抗磨塊

高分子量聚乙烯（UHMW-PE）塑膠以其特有的加工和使用性能已得到廣泛套用。這主要是因為其幾乎集
中了其他工程塑膠的所有優點，其中優異的抗衝擊性、耐磨耗性、低溫性能、自潤滑性和不粘性等尤為
突出，是一種綜合性能優異的熱塑性工程塑膠。其製品套用於日用、工業、文體、交通運輸、國防、機
械等領域的抗沖、減振、防彈、抗疲勞、耐磨、減磨、減阻、防粘等場合。但超高分子量聚乙烯
（UHMW-PE）同時也存在如熔體流動性差、成型加工困難、耐熱性差以及應力開裂等許多缺點。因此，
有關其性能研究、改性研究、加工工藝與設備研究成為近年來國內外研究重點。
加工工藝改進拓寬套用領域
目前國內外用於擠出成型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的生產設備主要以柱塞式擠出機和單螺桿
擠出機為主。菲利浦斯公司在臥式柱塞擠出機上配有一套往復液壓油缸系統，可使模芯與其填裝的物料
一起向前浮動，從而降低往復式擠出活塞反覆衝擊而作用在物料上的剪下力與摩擦力、模芯周期性地快
速回縮，重複其與物料特定的向前運動，該設備可用於生產薄壁管材。我國研製的超高分子量聚乙烯
（UHMW-PE）系列專用單螺桿擠出機，其主要特點是在料筒內壁開槽，解決料塞問題，再配以專用螺桿，
實現了超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的連續穩定擠出，用於對平均相對分子質量為150萬～300萬的超
高分子量聚乙烯（UHMW-PE）製品的加工，可擠出圓棒、片材、絲條、管材等，已成為目前國內外超高
分子量聚乙烯（UHMW-PE）專用擠出機的典型代表。華北研究所根據超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）在很
寬的溫度範圍內處於高彈體的特點，提出了“膠塞輸送”機理，即在螺桿加料段螺槽中的物料是被壓
縮的膠塞，而不是壓實的固體塞，這樣就解決了固體塞與料筒間摩擦因數小固體輸送困難的問題，實現
了用普通單螺桿擠出機對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）進行擠出造粒，粒料用普通注塑機注塑成型，
其產品質量穩定可靠。
超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的燒結成型沿用聚四氟乙烯燒結成型方法，但在燒結過程中製件的
收縮變形較大，該法僅可加工形狀簡單且需後加工的製件。在對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）壓縮模
塑的研究中，採用一種過氧化物及矽烷交聯超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），可使壓縮模塑製品熱脫模，
成型周期顯著縮短。由於超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔體流動性差、強度低、收縮率不穩定，因此
在熱變形加工時對工藝條件要求極為嚴格，另外超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔體粘度極高，在中空吹
塑過程管坯不易下垂，因而適於吹制大型容器。荷蘭、美國的公司及我國的中紡公司等均生產超高分子
量聚乙烯（UHMW-PE）纖維及無紡布，但缺點是耐熱性差，有待研究改進。此外，超高分子量聚乙烯
（UHMW-PE）還可以像PE那樣採用多種工藝製備低發泡製品、中空纖維分離膜、耐磨防粘塗料等。
原料改性研究改善加工性能
針對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）本身固有的缺點，通過改性使其加工性能得到改善，套用領域
將會進一步拓寬。目前對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工改性研究主要有以下幾方面。
——共混改性超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）與PE在一定條件下共混可用普通單螺桿擠出機加工，
高相對分子質量的PE與超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）由於粘度相近，共混屬於分子間分散，超高分子
量聚乙烯（UHMW-PE）性能保持較多；中相對分子質量的PE與超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混較容
易，分散狀況基本屬於海島結構，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）為分散相；低相對分子質量的PE在與
超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混時由於加入量大，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）性能損失較大，
此法實用價值不大。
聚醯亞胺樹脂具有耐熱性好、粘結性優良、高溫下強度不降低、耐磨損等特點，與超高分子量聚
乙烯（UHMW-PE）混合後，可用普通擠出機加工成型。日本專利介紹，在平均相對分子質量100萬以上
的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入0.4%～10%聚醯亞胺樹脂進行改性，在普通單螺桿擠出機上擠
出圓棒料，其材料的物理、力學性能與用採用模壓燒結工藝成型的製品沒有明顯差別。此外聚丙烯、
聚醯胺、彈性體及橡膠也可與超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混改性。
——潤滑劑改性在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入潤滑劑可以改善其加工性能，但加入量不
能太多，否則超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）性能將會大幅降低。北京化工大學製備的MS2潤滑劑，
只需在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入0.6%～0.8%，即能顯著改善其流動性，使其熔點下降10℃。
美國Allicd-Signal公司生產的一種共聚物與硬脂酸鹽配合作為超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）
的潤滑劑，效果良好，這種複合潤滑劑與超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混可在普通單螺桿擠出機
和注塑機上加工。
——液晶高分子原位複合清華大學採用原位複合技術，在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入
適宜配比的液晶高分子（LCP）和特定助劑，混合均勻後，用通用單螺桿擠出機可順利進行造粒。
——其他改性用不同填料對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）進行填充改性，可達到提高硬度、
提高阻燃性、改善耐熱性、減小收縮率和耐磨性、降低摩擦因數、降低成本等效果。填料一般用矽
烷處理，用量不宜超過20%。另外，採用插層法技術用層狀無機納米材料改性超高分子量聚乙烯
（UHMW-PE），可達到增強等多種改性效果。還可對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）進行接枝改性，
如固相接枝法、溶液接枝法、懸浮液接枝法等，以解決有關界面相容問題。