超高分子量聚乙烯的改性

纳米改性增强超高分子量聚乙烯复合材料研究进展摘要：超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种分子量超过150万､具有线性结构的热塑性工程塑料，其耐冲击性､耐磨损性､耐低温性､耐应力开裂性､抗粘附能力､自润滑性､耐化学腐蚀､无毒害性等优异的综合性能是其他聚合物材料无法比拟的｡鉴于UHMWPE优异的性能特点，其在生物医学､电子科学､建筑业､机械零件､运动器械､化工等领域具有广泛的应用；尤其在生物医学方面，由于UHMWPE优异的生理惰性，已作为人工关节､矫正外科零件､心脏瓣膜等在临床使用｡随着科技发展对聚合物材料的性能要求日益严格，对聚合物的改性增强也随之而来。

关键词：纳米改性；超高分子量聚乙烯；复合材料引言纤维增强复合材料作为复合材料行业的最重要分支，其发展基本可以追溯到20世纪40年代，当时为满足航空航天等高科技行业的迫切需要，玻璃纤维增强塑料被开发出来并成功应用。

随着60年代后碳纤维、硼纤维、芳纶等一些高性能纤维的出现，纤维增强复合材料的性能不断提升。

一、纳米改性UHMWPE复合材料（一）单相纳米材料填充改性UHMWPE单相纳米粒子填充改性UHMWPE制备复合材料，是通过表面活性剂改性纳米粒子填充UHMWPE制备纳米/超高分子量聚乙烯复合材料来改善聚合物的性能｡诸多专家学者在单相纳米材料填充改性超高分子量聚乙烯方面做了相当充分的研究，且大多以无机纳米材料填充聚合物为主｡单相填充UHMWPE的无机纳米粒子主要有Al2O3､ZnO､SiO2､TiO2､ZrO2､纳米蒙脱土（nano-MMT）､纳米羟基磷灰石（HA）､碳系纳米材料（石墨烯纳米片（GNS）､氧化石墨烯（GO）､多壁碳纳米管（MWCNT）､碳纳米纤维（CNF））等，采用单相纳米材料填充UHMWPE制备复合材料有效改善了聚合物的摩擦性能､力学性能､生物性､耐热性和导电性等｡（二）多相纳米材料填充改性UHMWPE多相纳米粒子改性超高分子量聚乙烯是通过填充不同的纳米材料进行UHMWPE的改性｡单相纳米材料填充改性后提高了聚合物的某些性能，但不一定能完全改善材料的其它应用缺陷，所以采用多相纳米粒子填充UHMWPE，通过纳米材料的协同作用来提高聚合物的综合性能｡雷毅等采用纳米Zn0和SiO2共混填充改性UHMWPE，并研究了复合材料的摩擦磨损行为，对比发现纳米ZnO和SiO2具有明显的协同效应｡张炜等采用表面改性纳米炭黑及纳米级Mg（OH）2､硼酸锌､纳米TiO2等作为阻燃剂制备了抗静电无卤阻燃型纳米/UHMWPE复合材料，既改善了超高分子量聚乙烯的热性能和抗静电性能，又提高了其阻燃性能｡二、纳米改性UHMWPE复合材料的性能（一）力学性能由于UHMWPE的硬度低，耐冲击性能较差，限制了其在很多领域的应用，所以需对UHMWPE进行增强改性提高力学性能以满足其在工程应用中的需求｡Ma Tian等通过偶联剂改性WS2填充UHMWPE制备复合纤维，显著提高了复合材料的抗冲击性，在添加量为4%（质量分数）时抗拉伸性能提高了10%｡Jin Tong等通过添加10%（质量分数）表面改性后的硅灰石纤维填充UHMWPE，最大程度地提高了复合材料的拉伸性能和抗冲击性｡Chen Yuanfeng等[7]通过液相超声分散GO与UHMWPE共混制备了GO/UHMWPE复合材料，当添加量为0.5%（质量分数）时，复合材料的屈服强度､抗拉强度和断裂伸长率等均比UHMWPE有不同程度的提升｡Stuerzel Markus等采用原位聚合法制备功能化石墨烯/超高分子量聚乙烯（FG/UHMWPE）纳米复合材料，当添加量为1.0%（质量分数）时复合材料的硬度､断裂伸长率和成核结晶度均得到不同程度的提高｡Wood Weston J等通过优化液体石蜡辅助熔混工艺制备CNFs/UHMWPE复合材料，结果显示CNFs的添加在提高复合材料硬度的同时，还使复合材料保持了纯UHMWPE的韧性和延展性｡Senatov F S等采用机械活化的纳米Al2O3填充UHMWPE，考察了纳米复合材料的力学性能，当添加量为3.0%（质量分数）时，复合材料的极限应力增大了38%，杨氏模量和硬度分别提高了1.58倍和1倍，复合材料的屈服强度和断裂伸长率也得到不同程度的提高，力学性能的改善得益于较大比表面积且形状不规则的纳米颗粒与聚合物的接触面积更大，从而增强了两者之间的附着力｡（二）电学性能聚合物具有比较高的介电常数，良好的绝缘性能，通过导电纳米材料对其改性能显著提高导电性能｡GaoJiefeng等通过液相法将MWCNTs负载至UHMWPE粉末颗粒表面形成二维导电网络，使超高分子量聚乙烯电阻率明显降低，且其渗流阀值仅为0.072%（体积分数）｡HuHongliang等制备了石墨烯包覆UHMWPE的导电复合材料，石墨烯纳米片在聚合物基体中形成导电隔离网膜结构，在0.028%（体积分数）的低渗流阀值时表现出优异的导电性｡狄莹莹等以水､乙醇和肼为混合媒介，通过超声分散方法并热压成型同样制备了具有隔离网状结构的GNS/UHM-WPE复合材料､MWCNTs/UHMWPE复合材料和MWC-NTs-GNS/UHMWPE复合材料，并对比分析了几种复合材料的导电性能以及力学性能｡结果表明：MWCNTs-GNS/UHMWPE和GNS/UHMWPE复合材料均具有低至0.148%和0.059%（体积分数）的渗流阀值，当填料含量为1.0%（质量分数）时，MWCNTs/UHMWPE复合材料的导电率高于相同填料含量的GNS/UHMWPE复合材料；多相填料填充的复合材料MWCNTs-GNS/UHMWPE的渗流阀值仅为0.039%（体积分数），表现出较高的导电性能，但随着填料含量的增加复合材料的力学性能有不同程度的降低｡（三）UHMWPE 纤维增强复合材料的制备经过本体改性的UHMWPE纤维，可以和基体树脂进行特异性结合。

超高分子量聚乙烯的特性及应用进展一、本文概述超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种独特的高分子材料，以其优异的物理性能和广泛的应用领域而备受关注。

本文旨在全面概述超高分子量聚乙烯的基本特性，包括其分子结构、力学行为、热稳定性等方面，同时深入探讨其在多个领域的应用进展，如耐磨材料、航空航天、医疗器械等。

通过对现有文献的综述和分析，本文旨在为研究者和工程师提供有关超高分子量聚乙烯的最新信息，以推动该材料在未来科技和工业领域的发展。

本文将介绍超高分子量聚乙烯的基本结构和性质，包括其分子链长度、结晶度、热稳定性等关键参数，以及这些参数如何影响其宏观性能。

随后，将重点关注UHMWPE在不同应用领域的最新进展，特别是在耐磨材料、航空航天、医疗器械等领域的创新应用。

还将讨论UHMWPE在环保和可持续发展方面的潜力，例如作为可回收材料或生物相容材料的使用。

本文将对超高分子量聚乙烯的未来发展趋势进行展望，包括新材料设计、加工技术改进、应用领域拓展等方面。

通过总结现有研究成果和挑战，本文旨在为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考和指导，以促进超高分子量聚乙烯在科技和工业领域的进一步发展。

二、UHMWPE的基本特性超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种线性聚合物，其分子量通常超过一百万，赋予了其许多独特的物理和化学特性。

UHMWPE具有极高的抗拉伸强度，其强度甚至可以与钢材相媲美，而其密度却远远低于钢材，这使得它成为一种理想的轻量化材料。

UHMWPE的耐磨性极佳，其耐磨性比一般的金属和塑料都要好，因此在许多需要耐磨的场合，如滑动、摩擦等，UHMWPE都有很好的应用前景。

UHMWPE还具有优良的抗冲击性、自润滑性、耐化学腐蚀性以及良好的生物相容性等特点。

这使得它在许多领域都有广泛的应用，包括但不限于工程、机械、化工、医疗、体育等领域。

特别是在工程领域，UHMWPE的轻量化、高强度、耐磨等特点使得它在制造重载耐磨零件、桥梁缆绳、船舶缆绳等方面有着独特的优势。

超高分子量聚乙烯耐热性能的改善秦建华;郝绘坤;王兴隆;李文华【摘要】为了提高超高分子量聚乙烯的耐热性能,采用高岭土、碳酸钙两种材料作为填料进行耐热改性研究.通过实验,对复合材料的各种性能进行测试和分析,比较不同质量分数的填料对超高分子量聚乙烯各性能的影响.结论表明:高岭土和碳酸钙的填充明显改善了超高分子量聚乙烯的耐热性能,当填料质量分数为30％时,填充高岭土得到的复合材料的维卡软化温度为113℃,填充碳酸钙得到的复合材料的维卡软化温度为111℃,均提高30℃左右.其力学性能有不同程度的降低,当填料质量分数为10％时,复合材料的力学性能最好,之后随着添加比例的增大,其力学性能减小的速度也增加.综合考虑,填料质量分数在10％到20％之间时,能同时满足力学性能和耐热性能的需要.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2014(036)006【总页数】4页(P25-27,31)【关键词】超高分子量聚乙烯;维卡软化温度;耐热性能;高岭土;碳酸钙【作者】秦建华;郝绘坤;王兴隆;李文华【作者单位】武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TQ0 引言超高分子量聚乙烯 (简称UHMWPE)是分子量100万以上的聚乙烯，它是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，具有优良的耐磨性、耐冲击性、耐低温性、耐应力开裂性、耐腐蚀性、耐光性、抗粘附性，以及电绝缘性、自润滑性等，可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料广泛地应用于纺织、采矿、化工、包装、机械、医疗、体育等领域[1-2].虽然超高分子量聚乙烯具有非常优异的特性，但是其热变形温度偏低(85 ℃)，这限制了它在高温环境的应用.如果能够提高超高分子量聚乙烯材料的热变形温度，那么这种材料就能得到更加广泛的应用.目前,常见的改性主要是工艺改性和性能改性.工艺改性是针对超高分子量聚乙烯分子量巨大，成型过程中几乎没有流动性，为增加其成型过程中的流动性而进行的改性.性能改性是为了改善超高分子量聚乙烯某一方面或几个方面的性能而进行的改性.其中主要的改性方法有物理改性、化学改性、聚合物填充改性、自增强改性等[3].本文介绍一种通过添加无机填料进行改性的方法，由于高岭土和碳酸钙等无机材料不仅具有很高的耐热性能，而且具有较好的成型能力，所以本文选择高岭土和碳酸钙两种无机填料进行研究，研究的目的是在对超高分子量聚乙烯主要性能影响不大的基础上提高其耐热性能.1 实验部分1.1 主要原材料超高分子量聚乙烯,平均分子量约为350万,北京东方石油化工有限公司; 高岭土，熔点1 785 ℃,甘肃兰港石化公司;碳酸钙(CaCO3)，熔点1 339 ℃,市场随机购买;无水乙醇，天津市天力化学试剂有限公司.1.2 设备及仪器压力成型机：型号XLB-350-350,中国浙江湖州东方机械有限公司制造;热变形、维卡软化点温度测定仪：型号XWY-3004,济南天辰试验机制造有限公司;悬臂梁冲击试验机：型号XJU-22,承德试验机有限责任公司；拉力试验机：型号TCS-2000，高铁检测仪器有限公司；热压机：型号R3202,武汉启恩科技发展有限责任公司.1.3 试样制备将超高分子量聚乙烯干燥后分别与高岭土、碳酸钙混合,高岭土、碳酸钙所占质量比例分别为10%、20%、30%,研磨均匀，适量加入无水乙醇，120 MPa下预压10 min后，在模压机上以250 ℃温度保持一段时间后，随模冷却，制成厚度分别为2 mm和4 mm的片状试样,分别测量其维卡软化温度(℃)、拉伸强度(MPa)、缺口冲击强度 (kJ/m2)和断裂伸长率(%)，每个参数均选3～5个试样分别测量，取平均值.1.4 性能测试维卡热变形温度按GB/T1633-2000测试,负载为4 kg,升温速率120 ℃/60 min;拉伸强度按GB/T 1040-2006测试,拉伸速率为100 mm/min,试验温度室温;缺口冲击强度按GB/T 1843-2008测试,试验温度室温.2 结果与讨论2.1 耐热性能填料高岭土和碳酸钙在不同质量分数时对UHMWPE的维卡软化温度的影响如图1所示.当质量分数为10%时，维卡软化温度平均提高到105 ℃左右；当质量分数为30%时，维卡软化温度平均提高到115 ℃左右.随着填料含量的增加，材料的维卡软化温度逐渐增加，且上升趋势逐渐趋缓.图1 UHMWPE及其共混物的维卡软化温度Fig.1 Vicat softening temperature of UHMWPE and its mixtures因为填料在聚合物基体中起到了物理交联的作用，限制了高分子链的热运动，故提高了材料的维卡软化温度.由于填料对聚合物分子间作用力的影响不同，故改变程度也不同.在一定范围内，大量填料的加入则会过多的削弱分子链之间的作用力[4]，因此随着填料含量的增加，材料的维卡软化温度趋于缓和.2.2 力学性能图2为UHMWPE及其共混物的拉伸强度.从图2中可以看出，随着填料质量分数的提高，拉伸强度先升高然后又降低.在质量分数为10%左右时是比较高的，随着填料质量分数的继续增多，拉伸强度出现下降的趋势，这主要是由于大量的填料容易聚集，从而破坏材料的晶体结构，并带来更多的应力集中点而造成的[5]. UHMWPE及其共混物的断裂伸长率关系见图3.如图3所示，断裂伸长率也呈现出与拉伸强度相似的变化趋势，即略有增加然后减小.断裂伸长率与拉伸强度的变化在机理上是一样的.图2 UHMWPE及其共混物的拉伸强度Fig.2 The tensile strength of UHMWPE and its mixtures图3 UHMWPE及其共混物的断裂伸长率Fig.3 The breaking elongation of UHMWPE and its mixtures对材料的缺口冲击强度的测试结果，如图4所示.纯超高分子量聚乙烯材料具有很高的冲击强度，在实验中几乎不会被冲断.改性后的材料，随着填料质量分数的提高，缺口冲击强度呈降低趋势.因为在超高分子量聚乙烯中添加了无机材料，无机材料的性质就决定了在加热的情况下其共混物的分子之间不一定能结合的非常紧密，所以不能像纯料一样具有很好的韧性.图4 UHMWPE及其共混物的缺口冲击强度Fig.4 The notched impact strength of UHMWPE and its mixtures3 结语填充高岭土和碳酸钙对超高分子量聚乙烯的性能产生了明显的影响，使其耐热性能得到大大提高，但是其力学性能和加工性能有不同程度的降低，基本上能在力学性能和加工性能改变不大的基础上满足耐热性能的需要.a.高岭土和碳酸钙的填充都明显改善了UHMWPE的耐热性能.当质量分数为10%时，高岭土和UHMWPE的共混物的维卡软化温度为105 ℃，碳酸钙和UHMWPE的共混物的维卡软化温度为107 ℃，提高20 ℃左右；当质量分数为30%时，高岭土和UHMWPE的共混物的维卡软化温度为113 ℃，碳酸钙和UHMWPE的共混物的维卡软化温度为111 ℃，提高30 ℃左右.b.两种材料的填充均对UHMWPE的力学性能产生了一定的影响.当高岭土或碳酸钙质量分数为10%时，UHMWPE及其共混物的力学性能最好,随着添加比例的增大，其拉伸强度、断裂伸长率等力学性能减小的速度也增加，其中缺口冲击强度降低的程度最大.c.选用的两种无机填料对UHMWPE的加工性产生了不同程度的影响.添加比例越大，成型越困难.综合考虑，选用无机填料改性时，在提高UHMWPE的耐热性能的同时，为了保证聚合物具有较好的力学性能，在配比时应该选用较小比例，最好在20%以内；如果用于受力不大的工作场合时，可以增加填料比例到30%左右. 致谢本课题的研究工作获得了武汉东湖高新区“3551光谷人才计划”、武汉市科技攻关项目(201010621223)的资金资助，同时也得到武汉晓宏超高分子新材料科技有限公司的大力支持，在此表示衷心的感谢！参考文献：[1] 刘萍,王得禧.超高分子量聚乙烯的改性及其应用[J].工程塑料应用,2001,29(5)：7-9.LIU Ping,WANG De-xi.Modification of UHMWPE and itsapplication[J].Engineering Plastics Application,2001,29(5)：7-9.(in Chinese)[2] 秦建华，王辉，杨光振.超高分子量聚乙烯单螺杆挤出压力形成理论[J].高分子材料科学与工程,2007,23(2):33-40.QIN Jian-hua,WANG Hui,YANG Guang-zhen.The research in UHMWPE single screw extruding process theory[J].Polymer Materials Science and Engineering,2007,23(2):33-40.(in Chinese)[3] 明艳，贾润礼.超高分子量聚乙烯的改性[J].塑料科技,2002,148(2):31-33. MING Yan,JIA Run-li.Modification of UHMWPE [J].Plastics Technology,2002,148(2):31-33.(in Chinese)[4] 王贵恒.高分子材料成型加工原理[M].北京：化学工业出版社,2009:293-320. WANG Gui-heng.Polymer materials processingprinciple[M].Beijing:Chemical Industry Press,2009:293-320.(in Chinese) [5] 马赟喆，黄丽.玻璃微珠改性超高分子量聚乙烯的耐热性能[J].北京化工大学学报,2010,37(2)：49-52.MA Yun-zhe,HUANG Li.Heat resistance of ultra high molecular weight polyethylene compositesmodified by hollow glass bead[J].Journal of Beijing University of Chemical Technology,2010,37(2)：49-52.(in Chinese)。

为了解决UHMWPE纤维与基体结合粘结性差的问题，长期以来各国的学者作了许多相关的研究，也取得了一定的进展。

一些常用的方法主要有等离子处理，电晕放电处理，辐照处理以及氧化法处理等等。

1 等离子处理等离子体处理由于仅作用在材料表面有限深度内(几个分子)，对纤维的力学性能不会有太大的影响，因而受到了人们的关注。

等离子体处理UHMWPE纤维表面的方法分为低温等离子体处理和等离子体引发接枝表面处理两种方法。

韩国的Sung In Moon，Jyongsik Jang 研究了氧气等离子处理后UHMWPE与乙烯基酯树脂的粘结性能的变化，他们发现处理后的纤维与未处理的纤维比较，横向拉伸强度提高，这表明复合体的界面粘结性能得到了改善，且通过SEM观察发现纤维表面产生很多微陷，这有利于纤维与树脂之间的机械互锁作用，同时他们用有限元分析的方法研究了UHMWPE与基体之间力的传递。

Hengjun Liu等人采用氩气对UHMWPE 纤维进行等离子处理，研究结果显示处理后的纤维耐磨性和硬度都得到了提高，同时其表面的润湿性也得到了提高。

之后的研究中他们又将UHMWPE在氧气等离子体在微波电子回旋共振系统中进行处理研究纤维性能的改变，他们发现纤维的硬度和耐磨性都得到了提高的同时纤维的表面产生了许多含氧的活性基团，增加了纤维与基体的润湿性和粘结性。

Zhang YC等人针对超高分子量聚乙烯纤维表面能低与基体结合性能差的缺点，采用了在常压下对纤维进行等离子处理改性的方法，实验中采用的纤维是表面包裹有纳米二氧化硅的UHMWPE纤维，等离子处理所用的载气为氩气和氧气的混合气体(100:1)，处理后纤维的表面能明显提高与基体的润湿角减小，通过红外光谱分析后发现在纤维表面产生了很多的含氧活性基团，大大提高了其与树脂的结合性能。

Z-F. Li等以丙烯酰胺为单体利用等离子接枝的方法处理超高分子量聚乙烯纤维，他们发现处理后的纤维的强度与原纤维相比并没有明显的变化，然而在复合材料层间剪切强度(ILSS)的测试中发现，经过接枝处理的纤维与树脂的结合强度明显高于未处理的纤维，且处理效果与处理功率和时间有关，当等离子功率为30W，处理时间为10min时，剪切强度达到最大值。

超高分子量聚乙烯的改性研究1.改性研究超高分子量聚乙烯通过改性，可以改变其缺陷，提高了其加工流动性，可以达到增韧、增强、提高耐热以及抗磨损的性能。

现在改性都集中在以下几个方面。

1.1与中低分子量聚乙烯改性1.1.1与HDPE共混改性现在国内外都有比较多这方面的研究，也有不少有关这一方面的专利文献。

国内的刘延华等就从加工设备方面进行研究，来提高UHMWPE/HDPE合金的可加工性。

实验采用同向双螺杆挤出机，并设计了两套螺杆组合方案，一套装有7对捏合盘元件，另一套只装有2对，且在排气口都装有一对左螺旋纹元件，以利于排气。

结果证明，装有2对捏合盘的挤出机可以连续挤出，随着螺杆转速成的提高，熔融效果变差且认为熔体在机头内为柱塞式流动，在挤出速率合适的条件下，可挤出光滑的棒材，否则会形成鲨鱼皮状裂纹。

北京化工大学李跃进研究了UHMWPE/HDPE共混物的加工工艺，流变性能，结晶形态以及力学性能。

发现体系粘度相对于超高分子量聚乙烯来说明显降低，成型工艺得到了显著的提高。

实验结果表明，以双辊共混法制备的共混物的粘度最低，混合均匀性好，易于注射成型。

并且UHMWPE与HDPE共混后能产生共晶。

其加入的成核剂为白碳黑，白碳黑的加入对共混的结晶形态有明显的影响，生成大量细小而均匀的球晶，避免了过多过大的晶体缺陷，补尝了UHMWPE与HDPE共混后耐磨性及抗冲击性的降低。

德国的O·Jacobs发现在超高分子量聚乙烯纤维中加入HDPE，超高分子量聚乙烯的很多性能得到了改善。

例如，其共混物的蠕变就比纯的超高分子量聚乙烯慢很多，其抗磨损性能也提高了许多。

共混物所能承受的的静态载荷比超高分子量聚乙烯多了2倍，比HDPE多了1倍。

UHMWPE的拉伸强度和杨氏模量分别为20MPa和708MPa，当加入50%HDPE时发现共混物的强度和模量分别增加了一个到两个数量级，共混物的拉伸强度和杨氏模量分别为850MPa和28000MPa。

利用碳纤维改性UHMW—PE的制备作者：阳成港来源：《世界家苑》2018年第11期摘要：UHMW-PE的全称是超高分子量聚乙烯，综合性能很好，但由于在热变形温度较低，抗压强度较小等方面的缺点，大大限制了UHMW-PE的应用，使用碳纤维改性UHMW-PE后，其热变形、抗拉伸等性能有了很明显的提高，这也在很大程度上提升了UHMW-PE的综合性能。

关键词：UHMW-PE；改性；碳纤维1.原材料背景研究：UHMW-PE的全称为超高分子量聚乙烯，是近年发展起来的一种新型材料[1]，由于其具有耐磨性能良好、摩擦系数较低，良好的自润滑性能，抗化学腐蚀性能良好等等优异的性能。

但是UHMW-PE也不是在每一个方面性能都很优异，其某些方面的性能也是较差的，比如说在热变形温度上，其在受热温度为80℃～85℃时就会发生形变[2]，其抗压模数也相对较低，这些缺陷也在很大程度上限制了UHMW-PE的应用。

而反观高分子材料中，碳纤维的优异性能刚好可以弥补这些缺陷，具有高模量的碳纤维，有着很好的耐腐蚀和耐磨性，且强度很高，是一种性能良好的人工合成纤维，近年来也是作为填充剂在实验中得到大量的应用[3]。

而由于UHMW-PE内部孔隙率较高[4]，所以本实验采用填充改性法，将碳纤维填充到UHMW-PE 中，以提高UHMW-PE的热变形性能等一些其他性能[5～7]，为碳纤维改性UHMW-PE大规模制备提高新思路。

本文主要研究将碳纤维填充至UHMW-PE后复合材料的内部结构与其拉伸性能、维卡软化点温度的关系。

2.实验部分：2.1原材料选取：UHMW-PE--取自南宁助剂一厂碳纤维--取自贵州化学工业有限公司EAA--取自南宁助剂一厂2.2改性UHMW-PE生产工艺流程图：2.3确定最佳制备工艺条件：采用正交设计法，测定复合材料的维卡软化温度。

最终确定拉伸试验中选取碳纤维填充量为0%～～5%，维卡软化点温度测定试验选取碳纤维填充量为10%～～30%，以测定碳纤维的掺入对复合材料UHMW-PE性能的影响。

超高分子量聚乙烯（HUMWPE）是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，具有其它工程塑料所无法比拟的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、耐低温性、耐应力开裂、抗粘附能力、优良的电绝缘性、安全卫生及自身润滑性等性能，可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料，在纺织、采矿、化工、包装、机械、建筑、电气、医疗、体育等领域具有广泛的应用。

虽然UHMWPE具有许多优异的特性，但也有许多不足，如其熔融指数（接近于零）极低，熔点高（90-210°C）、粘度大、流动性差而极难加工成型,另外与其他工程塑料相比，具有表面，硬度低和热变形温度低、弯曲强度和蠕变性能较差，抗磨粒磨损能力差、强度低等缺点，影响了其使用效果和应用范围。

为了克服UHMWPE的这些缺点，弥补这些不足，使其在条件要求较高的某些场所得到应用，需要对其进行改性。

目前，常用的改性方法有物理改性、化学改性、聚合物填充改性、UHMWPE自增强改性等。

改性的目的是在不影响UHMWPE主要性能的基础上提高其熔体流动性、或针对UHMWPE自身性能的缺陷进行复合改性，如改进熔体流动性、耐热性、抗静电性、阻燃性及表面硬度等，使其能在专用设备上或通用设备上成型加工。

1 物理改性所谓物理改性是指把树脂与其它一种或多种物料通过机械方式进行共混，以达到某种特殊要求，如降低UHMWPE的熔体粘度、缩短加工时间等，它不改变分子构型，但可以赋予材料新的性能。

目前常用的物理改性方法主要有用低熔点、低粘度树脂共混改性、流动剂改性、液晶高分子原位复合材料改性以及填料共混复合改性等。

它是改善UHMWPE熔体流动性最有效、最简便以及最实用的途径。

1.1 用低熔点、低粘度树脂共混改性由于HDPE、LDPE、PP、PA、聚酯、橡胶等都是低熔点、低粘度聚合物，它与UHMWPE混合形成共混体系，当共混体系被加热到熔点以上时，UHMWPE树脂就会悬浮在这些共混剂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。

超高分子量聚乙烯的改性及摩擦磨损研究1 前言超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种新型工程塑料，1958年由德国科学家发明了UHMWPE的合成方法，到60年代末国外实现了工业化生产。

我国正式投产是在70年代末80年代初开始的，它具有耐磨损、耐腐蚀、耐冲击、自润滑、摩擦因数小、耐低温等优良特性。

超高分子量聚乙烯虽然有许多优良特性但也有许多不足：硬度低、强度低、耐热性能差、有蠕变性等，为了弥补这些不足和进一步提高其耐磨性可对其进行填料(超细玻璃微珠、二硫化钼、滑石粉、玻璃纤维、碳纤维、聚四氟乙烯)改性。

此外，应根据其应用工矿条件和要求进行不同的改性。

作者用M-200型摩擦磨损试验机进行了环(45#钢)块摩擦磨损试验研究，并在腐蚀磨损试验机上进行了超高分子量聚乙烯沙浆磨损试验。

2 实验仪器、设备及原料和添加剂2.1 原料和添加剂● 超高分子量聚乙烯：白色粉末，M-Ⅱ型，北京助剂二厂生产；● 抗氧剂：北京化工三厂生产；● 偶联剂：硅烷类，南京曙光化工总厂生产；● 超细玻璃微珠：450目，从发电厂粉煤灰筛选(图1)；图1 超细玻璃微珠的形貌(图略)●二硫化钼：200目，市售；● 碳纤维：辽宁锦州斌富隆塑料有限公司(图2)；图2 碳纤维的形貌(图略)● 聚四氟乙烯：型号7A-J(约200目)，日本三井株式会社生产(图3)；图3 聚四氟乙烯的形貌(图略)●玻璃纤维：南京化工研究院生产(见图4)；图4 玻璃纤维的形貌● 滑石粉：200目，市售。

2.2 实验设备● M-200型磨损试验机，宣化材料试验厂生产。

● MSH型腐蚀磨损试验机，宣化材料试验机厂生产，转速为低速中的高速(683r/min)。

2.3 测试仪器称重仪器：湘仪-岛津电子分析天平AEL-200，中国长沙湘仪天平仪器厂。

2.4 试件制备试件毛坯的制备采用烧结压制法，具体工艺为：把配好的原料称重装进喷洒过脱模剂的模具中，然后放进烤箱在195℃下烘80min后，取出模具放到压力机上加压，压力大小按制品上下端面面积考虑为8MPa，模具在压力机上加压的同时进行自然冷却，冷却10min～15min即可卸压开模取出制品，就完成了1个试件毛坯的加工过程。

超高分子量聚乙烯的改性与应用超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight Polyethylene，简称UHMWPE），这可是个在材料领域里相当有分量的“角色”。

今天咱们就来好好聊聊它的改性和应用。

我记得有一次去一家工厂参观，看到工人们正在加工超高分子量聚乙烯的产品。

那场景，真的让我对这种材料有了更直观、更深刻的认识。

先来说说改性吧。

为啥要改性呢？就好比一个人有了不错的基础，但为了更出色，还得不断提升自己，超高分子量聚乙烯也是这个道理。

通过填充改性，可以在里面加入一些像玻璃纤维、碳纤维这样的“小伙伴”，增强它的强度和刚性。

这就像给它穿上了一层坚固的铠甲，让它在面对各种压力和挑战时都能从容应对。

比如说，在制造一些需要高强度的机械零件时，经过填充改性的超高分子量聚乙烯就能大显身手。

还有共混改性，把它和其他聚合物“拉到一起”，取长补短。

比如说和聚酰胺共混，能提高它的耐热性和耐磨性。

想象一下，要是汽车的某些零部件用上这种改性后的材料，是不是能跑得更稳、更久呢？再说说化学改性。

就像给它来一场“化学魔法”，改变它的表面性能，让它更容易和其他材料结合。

比如说，经过化学改性后，它在医疗领域里用于制造人工关节时，就能和人体组织更好地融合。

接下来聊聊应用。

在纺织机械领域，超高分子量聚乙烯可是“明星材料”。

因为它的耐磨性特别好，那些经常会产生摩擦的部件，用了它之后，使用寿命大大延长。

我在那家工厂里看到的纺织机械部件，表面光滑，没有一点磨损的痕迹，工人们都说，这都多亏了超高分子量聚乙烯。

在医疗器械方面，它也是大有用处。

比如制造人工关节的衬垫，不仅摩擦系数小，能让患者活动更自如，而且生物相容性好，不会引起人体的排异反应。

在矿山领域，用超高分子量聚乙烯制作的输送带，那叫一个耐用。

要知道，矿山的工作环境可是相当恶劣的，灰尘大、负荷重，但这种输送带就是能扛得住，减少了维修和更换的频率，为企业节省了不少成本。

全球化时代的社交媒体营销和品牌传播社交媒体的迅速发展以及全球范围内使用者的不断增加，已经成为了品牌传播不可忽视的一部分。

在全球化时代，社交媒体营销为企业提供了更多的机遇和挑战，然而，如何有效运用社交媒体营销，提升品牌传播的效果，是一个值得探讨和研究的课题。

首先，社交媒体在全球范围内的普及性为品牌传播提供了巨大的机遇。

社交媒体平台如Facebook、Instagram和Twitter等的用户数量庞大且覆盖范围广，这意味着企业可以通过这些平台触达全球各地的潜在客户。

与传统的广告方式相比，社交媒体营销成本更低，传播速度更快，且能够实时反馈用户的互动。

这使得品牌传播不再受制于时间和空间的限制，从而加强了企业与消费者之间的互动与沟通。

其次，社交媒体的特点促使企业在品牌传播上展现出更多的创新和个性。

社交媒体平台强调用户生成的内容，这意味着企业需要在传播中注重用户体验和用户参与感。

品牌传播不再仅仅是推销产品，而是打造与用户之间更为亲近的连接。

通过社交媒体平台，企业可以与用户进行对话，了解用户需求，并根据用户反馈和意见进行调整和改进。

这种趋势要求企业与用户建立更为密切的合作关系，通过创新的方式去满足用户的需求，并提供个性化的产品和服务。

然而，社交媒体的普及性和便捷性也为品牌传播带来了挑战。

首先，由于社交媒体上的信息量庞大且杂乱，企业需要花费更多的精力和时间去筛选和传播有价值的内容。

过多的信息可能使用户产生审美疲劳，从而对品牌传播产生抵触情绪。

另外，社交媒体平台也存在着信息虚假和谣言满天飞的问题，这给企业的品牌信誉带来了潜在的风险。

因此，企业在社交媒体营销中应该注重信息的真实性和可信度，积极与用户进行互动，及时回应用户的关切和疑问，加强品牌形象的塑造。

最后，社交媒体的全球化也给企业带来了跨文化传播的难题。

不同地区和国家有不同的文化、价值观和习俗，企业在进行全球品牌传播时需要进行文化适应和差异化定位。

一些企业通过招聘当地员工或者与当地合作伙伴合作，更好地理解当地市场的特点，并对品牌传播策略进行调整。

■纤•纤纺广角■Cover.Articles项目支持：中国纺织工业联合会科技指导性项目，绳缆专用趨高分子量聚乙烯纤维制备及其在服役条件下的力学性能研究，2015019超高分子量聚乙烯纤维表面改性方法研究进展Research Progress on Surface Modification Methods ofUltra-high Molecular Weight Polyethylene Fiber文/罗峻邓华摘要：针对超高分子量聚乙烯纤维表面无极性基团、化学惰性大、表面粘接性差等缺点，国内科研工作者展开了积极探究。

基于近几年有关超高分子量聚乙烯纤维表面改性方法的文献报道，本文介绍了4种常用飾表面改性方法，包括等离子休改性、化学试剂改性、辐射接枝改性和电荤放电改性。

通过对超高分子量聚乙烯纤维表面改性，进一步拓宽了超高分子量聚乙烯纤维在材料领域的应用。

关键词：超高分子量聚乙烯纤维；改性；粘接性能；力学性能开放科学（资源服务）标识码（OSID）超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维又称为高强高模聚乙烯纤维或者直链聚乙烯纤维.通常是平均分子量在150万以上的线性聚合物，与碳纤维.芳纶纤维合称为三大高性能纤维。

UHMWPE纤维具有高比强度、低密度的 特性.在相同的重量下UHMWPE纤维的强度约为钢材的15倍.相同直径下重量只有钢铁的1/6.同时还具有耐光性.耐久性.耐低温性.耐化学腐蚀性.抗冲击以及生物相容性和介电常数低等优异特性.在国防军工.安全防护、海洋产业.航空航天.功能服装等领域得到广泛运用。

由于UHMWPE纤维分子链为线性结构.分子链上只有碳和氢两种元素.表面基本无极性基团.且分子结构非常紧密.具有高结晶度、高取向度，造成其表面能低.化学惰性大、吸湿性差.不易染色、界面粘接性能差.在很大程度上限制了UHMWPE纤维在材料领域的推广应用。

因此.通过对UHMWPE纤维表面进行改性以改善纤维界面粘接性能.进而改善UHMWPE纤维自身的不足.得到区别于UHMWPE纤维表面的其他性能。

超高分子量聚乙烯纤维拉伸性能改进喻文;叶正涛【摘要】超高分子量聚乙烯(UHMWPE)添加纳米氧化铝(NAL),酸蚀纳米氧化铝(ATNAL)及功能化纳米氧化铝(FNAL)可制得拉伸性质更优异的复合纤维。

正如傅里叶红外光谱分析中所述，在功能化过程中马来酸酐接枝聚乙烯(PEg-MAH)分子成功接枝在ATNAL表面，使得FNAL样品比表面积数值明显增大。

当添加极少量的FNAL时, UHMWPE/FNAL (F100Aax%-81PEg-MAHzy)初丝拉伸性能得到明显增强。

本文对UHMWPE/NAL, UHMWPE/ATNAL及UHMWPE/FNAL初丝热学性质及拉伸性质进行分析，并研究纳米氧化铝对纤维拉伸性质的影响。

%By the addition of nanoalumina (NAL), acid treated nanoalumina (ATNAL) or functionalized nanoalumina (FNAL), we can obtain composite fibers with more excellent tensile properties. As evidenced by FTIR analyses, maleic anhydride grafted polyethylene (PEg-MAH) molecules were successfully grafted onto ATNAL fillers, which made the specific surface areas of FNAL fillers increase significantly. The tensile properties of UHMWPE/FNAL(F100Aax%-81PEg-MAHzy) was improved significantly after adding a few of FNAL fillers. In this paper, the thermal properties and tensile properties of UHMWPE/NAL, UHMWPE/ATNAL and UHMWPE/FNAL as-prepared fibers were analyzed and we studied the effect of nanoalumina on the tensile properties of UHMWPE.【期刊名称】《武汉纺织大学学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P18-21)【关键词】超延伸;功能化纳米氧化铝;超高分子量聚乙烯;复合纤维【作者】喻文;叶正涛【作者单位】武汉纺织大学化学与化工学院，湖北武汉 430073;武汉纺织大学化学与化工学院，湖北武汉 430073; 湖北大学材料科学与工程学院，湖北武汉430062【正文语种】中文【中图分类】TS195.54超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为第三代高性能纤维具有高强力高模数等特点，其理论强度可达373 g/denier[1-3]。

超高分子量聚乙烯板介绍聚乙烯板材超高分子量聚乙烯板材，英文名是ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。

中文名超高分子量聚乙烯板材外文名ultra-high molecular weight polyethylene(别名UHMWPE熔点130～136℃密度0.936～0.964g/cm3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℃。

机械性能高于一般的高密度聚乙烯。

具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。

使用温度100～110℃。

耐寒性好，可在-269℃下使用。

密度0.985g/cm3，分子量200万的产品，其断裂拉伸强度40MPa，断裂伸长率350%，弯曲弹性模量600MPa，悬臂梁缺口冲击冲不断。

磨耗量(MPC法)20mm。

UHMWPE有极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般PE，缺点是耐热性（热变形温度）低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。

UHMWPE流动性差，熔融状态下粘度极高，是呈橡胶状的高粘弹性体，早期仅能用压制和烧结方法成型，也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。

1、提高耐磨性。

提高分子量聚乙烯最引人注目的一个性能是它具有极高耐磨性，这一性能有许多工程应用中都是十分宝贵的。

在所有塑料中，其耐磨性是最好的，就连许多金属材料(如碳钢、不锈钢、青铜等)的有规则磨性也不如它。

随着聚乙烯分子量的升高，这种材料就越耐磨。

2、极高的抗冲击性能。

超高分子量聚乙烯的抗冲强度和它的分子量有关，分子量低于200万时，随分子量增长，冲击强度增高，在200万左右达到一峰值，这时峰后，分子量再升高冲击强度反而会下降。