基于超高分子量聚乙烯复合材料加工改性研究

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本文以(HDPE+UHMWPE)为基体材料,聚酰胺(PA)为耐热改性组分,并添加相容剂改善相界面结构,制得一种性能优异的耐高温、耐水解复合材料。系统研究了不同物料配比、相结构形态对复合材料力学性能、耐热性能以及耐磨性的影响。结果表明,(1)在以(HDPE+UHMWPE)为基体,与PA1012、HDPE-g-MAH共混制备的复合材料中,随着UHMWPE含量的逐渐增加,复合材料的拉伸强度逐渐增加后趋于稳定,断裂伸长率则逐渐减小。当(HDPE/UHMWPE)基体中UHMWPE质量分数等于40份时,复合材料的VST达到最小值,仅为141℃。高于或低于该质量分数,复合材料的VST始终保持在较高水平。复合材料的耐磨性则随着UHMWPE含量的增加逐渐降低。这主要是由于随着HDPE与UHMWPE配比的变化,复合材料的基体与分散相发生了反转,从而引起了复合材料性能的改变。(2)以HDPE为基体材料,PA1012为耐热改性组分,HDPE-g-MAH为相容剂制备了复合材料。当HDPE与PA1012的配比为50:50时,复合材料的整体性能较为优异。并且随着相容剂HDPE-g-MAH加入量的增加,复合材料的维卡软化点逐渐上升,当加入量为3%时,复合材料的维卡软化点达到峰值171℃,此时的维卡软化点比纯HDPE高出约50℃。继续加入相容剂时,复合材料维卡软化点逐渐下降,当质量分数增加至20%,复合材料的维卡软化点温度降至128℃,与纯HDPE相近。通过对不同相容剂含量的复合材料微观结构进行表征,发现复合材料中PA1012相分散在HDPE基体中的成丝状结构,其耐热性能与形成的特殊丝状结构密切相关。在逐渐加大相容剂加入量时,复合材料中PA1012分散相的尺度逐渐减小,长径比变大,当相容剂加入量为3%时,其形态也由棒状结构过渡到丝状结构,复合材料的VST达到最高值。此时,复合材料存在明显的两相结构,PA1012形成了完整的空间骨架,使复合材料表现出优异的耐高温蠕变性。(3)以耐热改性组分PA6为基体材料,UHMWPE为综合性能平衡组分,POE-g-MAH为相容剂,制得PA6/UHMWPE/POE-g-MAH三元复合材料。研究结果表明,POE-g-MAH的加入可改善PA6的韧性,但降低了PA6的拉伸强度,随着POE-g-MAH加入量增加,其断裂伸长率逐渐增加,当加量为30%时,断裂伸长率达到最大值397%,拉伸强度为39 MPa,随后逐渐减小。UHMWPE组分不仅提高了复合材料的拉伸强度和韧性,同时改善了其耐水解性能。当PA6:POE-g-MAH:UHMWPE=70:30:10时,断裂伸长率提高至477%,拉伸强度为44MPa,并使得复合材料的耐水解性显著提高。通过SEM分析观察复合材料的微观形态,发现在PA6基体中POE-g-MAH和UHMWPE形成核-壳结构,对PA6韧性的提高起到了协同作用。
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