一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料及其制备方法，具体由以下重量份的原料组成：PMMA树脂45‑85份、UHMWPE树脂10‑25份、纳米功能母粒3‑10份、外润滑剂0.5‑3份、抗氧剂2‑4份，所述纳米功能母粒是指通过单层重堆积法得到的单层二硫化钼插层复合乙烯‑丙烯酸甲酯共聚物的纳米功能母粒。本发明专利技术通过制备纳米级的二硫化钼单层体(MoS

A PMMA / UHMWPE alloy material with chemical resistance, high wear resistance and self lubrication and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料及其制备方法。
技术介绍
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是汽车、工业电子、家用电器等领域最常用的装饰性零部件的选材之一，其原因在于其特殊的分子链化学结构。PMMA中的大分子链上具有柔性的烯烃基团以及体积巨大的侧链乙酸乙酯基团，因此，不仅其柔韧抗冲击性良好，且有着其他聚合物材料所不可企及的高透明度，甚至比传统的无机玻璃材料还要高，也被称为有机玻璃；然而这样的化学结构也有着自身不可回避的缺陷，那就是表面偏软、易划伤、不耐磨损，以及因酯基不耐化学性、易断链降解而导致耐化学性低下等问题，这对于其在更广泛领域的深入推广造成了严重的阻碍。当前的PMMA表面耐磨损改性方法都是通过物理共混法加入一些耐磨改性助剂来提升材料的表面硬度。CN106905649A中提及耐磨性改善的PMMA复合材料，其通过加入一定量的纳米二氧化硅以及少量的硅氧烷润滑剂来实现的，然而其改性效果严重依赖于纳米二氧化硅在PMMA中的分散程度，而实际上传统的熔融共混基础法并不能很好地实现二氧化硅在树脂基体中达到纳米级别的分散程度；虽然CN110079041A中通过气凝胶化解决了纳米纤维素的分散问题，但因为填充体的尺寸相对较小，表面增刚、改善硬度的效果并不稳定；而CN107057253A则是通过加入高耐磨性的聚甲醛POM树脂来达到改性目的，POM的加工窗口过窄，在PMMA中合金相容性并不好。更重要的是，已有的PMMA耐磨改性的案例中只侧重于耐磨性改善，而并不能兼顾PMMA的其他性能缺陷问题如耐化学溶剂性欠佳、易化学降解等的协同改善，这对PMMA及其合金在高光泽度、美观、高稳定性等高表观需求的装饰部件领域的进一步拓展应用带来严重的性能困扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于填补现有技术方案的空白之处，提供兼具高耐磨以及耐化学溶剂性能优良的PMMA/UHMWPE合金材料，以高效、定向的磁力搅拌-超声分散法制备了乙烯-丙烯酸甲酯多嵌段共聚物插层复合的单层二硫化钼母粒(MoS2-IC)，成功解决了低极性、难分散的UHMWPE分散相在PMMA连续相中的相容性及相分布问题，这有助于发挥UHMWPE材料固有的耐磨、自润滑、高耐溶剂的优良特性，同时，母粒中的单层二硫化钼(MoS2-1F)也得以较好发挥其耐磨改性的能力，从而实现了所得PMMA合金的优良表面特性。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，包括以下重量份的原料：所述纳米功能母粒是指通过单层重堆积法得到的单层二硫化钼插层复合乙烯-丙烯酸甲酯共聚物的纳米功能母粒。上述PMMA/UHMWPE合金材料中：所述的PMMA树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，其在220℃、10kg的测试条件下的熔融指数MFR为2-10g/10min。所述的UHMWPE树脂为超高分子量聚乙烯粉末，分子量在150万以上，颗粒目数为60-150目，粒径为100-300um。所述的外润滑剂为聚烯烃蜡、聚酰胺蜡、芥酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯PETS、聚四氟乙烯等有机类外润滑剂中的一种或几种。所述的抗氧剂为能捕捉聚合物受热降解产生自由基的特定结构有机助剂如亚磷酸酯、受阻酚、硫代酯类化合物等中的一种或几种的复配体。所述纳米功能母粒的制备方法为：称取3～10份的纳米二氧化钼微粒MoS2，在氮气保护下，将MoS2微粒浸入到200ml、浓度为1mol.L-1的正丁基锂的正环己烷溶液中，磁力搅拌反应24h后将反应产物沉淀、洗涤、干燥，然后在超声分散作用下，将其投入到固含量30-45％的乙烯-丙烯酸甲酯乳液中，超声功率为52w，超声时间为20min，频率为55Hz，得到单层二硫化钼插层复合乙烯-丙烯酸甲酯共聚物的稳定悬浮液，停止超声后形成絮凝，将其过滤、洗涤、干燥，得到所述的纳米功能母粒。所述的纳米二硫化钼为多片层状无机粉体，外观为灰黑色，平均粒径为30-100nm，比表面积为80-170m2/g，有效含量≥99.9％。所述的乙烯-丙烯酸甲酯乳液为乙酸乙烯酯与甲基丙烯酸酯通过种子乳液聚合自制而得的多单体共聚物乳液，固含量在30-45％。本专利技术的第二目的在于提供一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料及其制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：(1)按所述的重量份称取PMMA树脂、UHMWPE树脂、外润滑剂、抗氧剂，混合均匀，得到混合原料：(2)将干燥后的混合原料放置于一台紧密啮合同向旋转的双螺杆挤出机的主喂料仓中，经喂料螺杆加入到挤出机的机筒内；按比例称取一定量的纳米功能母粒，经侧向喂料螺杆加入到挤出机的机筒内。所用螺杆挤出机的直径为42mm，长径比L/D为50，主机筒从加料口到机头出口的各分区温度设定为：180℃、210℃、220℃、235℃、230℃、230℃、230℃、230℃、220℃，主机转速为200转/分钟，经过熔融挤出、造粒、干燥处理等工序后得到所述的耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料。本专利技术具有如下有益效果：1、首先通过高效、定向的磁力搅拌反应法，基于小尺寸(目数≤100)、大平面(表面积≥80m2/g)的多层二硫化钼粉体材料，精确制得了具有单层结构的二硫化钼(MoS2-1F)片层体，然后凭借高频超声分散的方式，将乙烯-丙烯酸甲酯共聚物的大分子链扩散、插入到片层之间，获得了分散尺寸达到纳米级的二硫化钼功能母粒，与常规方法中所用功能单一的耐磨助剂如无机纤维(碳纤、玻纤)、无机粉体如(碳酸钙、滑石粉、硅灰石)、高刚性聚合物(POM)等相比，该母粒所含的嵌段共聚物一方面具有促进UHMWPE在PMMA基体中的相容性、分散性的作用；另一方面，其无机结构体二硫化钼纳米层也可更好低发挥其片层状结构对PMMA表面耐磨特性的改性、提高。2、通过本专利技术技术方案得到PMMA/UHMWPE合金材料，具有优良的力学性能、极其优异的耐化学性以及改善明显的表面耐磨、自润滑特性。测试表明，改性后的PMMA/UHMWPE合金材料的刚性及抗冲击性与改性前保持相近或略有提升，而得益于UHMWPE的良好分散分布效果，PMMA合金材料在多种化学溶剂(二甲苯、乙酸、碳酸氢钠溶液以及洗涤剂)中的耐表面开裂时间从平均15-30min大幅度延迟至60min以上，尤其是在具有使用价值的耐洗涤剂测试中，其耐表面开裂时间可达100min以上。进一步的耐磨性测试表明，改性后的PMMA/UHMWPE合金材料的表面摩擦系数(对钢)从之前的0.4-0.5降至0.15左右，表面自润滑特性改善明显，而表面的耐磨耗质量的数值也降低至改性前的1/4～1/5左右。具体实施方式下面通过具体的实施方式对本专利技术做进一步的说明，所述实施例仅用于说明本专利技术而不是对本专利技术的限制。本专利技术实施例所用原料：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：/n

【技术特征摘要】
1.一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：



所述纳米功能母粒是指通过单层重堆积法得到的单层二硫化钼插层复合乙烯-丙烯酸甲酯共聚物的纳米功能母粒。


2.根据权利要求1所述的一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，其特征在于：所述的PMMA树脂为聚甲基丙烯酸甲酯，其在220℃、10kg的测试条件下的熔融指数MFR为2-10g/10min。


3.根据权利要求1所述的一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，其特征在于：所述的UHMWPE树脂为超高分子量聚乙烯粉末，分子量在150万以上，颗粒目数为60-150目，粒径为100-300um。


4.根据权利要求1所述的一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，其特征在于：所述的外润滑剂为聚烯烃蜡、聚酰胺蜡、芥酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯PETS、聚四氟乙烯等有机类外润滑剂中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，其特征在于：所述的抗氧剂为能捕捉聚合物受热降解产生自由基的特定结构有机助剂如亚磷酸酯、受阻酚、硫代酯类化合物等中的一种或几种的复配体。


6.根据权利要求1所述的一种耐化学溶剂、高耐磨、自润滑的PMMA/UHMWPE合金材料，其特征在于：所述纳米功能母粒的制备方法为：称取3～10份的纳米二氧化钼微粒MoS2，在氮气保护下，将MoS2微粒浸入到200ml、浓度为1mol.L-1的正丁基锂的正环己烷溶液中，磁力搅拌反应24h后将反应产物沉淀、洗涤、...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯华，
申请(专利权)人：上海华合复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31