1.2.2.2模板-滤取法:

模板一滤取法是通过物理方法制备多孔聚合物材料,赋予材料不同的性能。其原理是将无机填料与聚合物混合加工成型,然后用滤取剂将填充剂萃取出来而形成多微孔结构的聚合物试样。用此方法制备多孔超高分子量聚乙烯,常用的致孔剂包括NaCl、K2CO3、聚乙二醇、聚氧化乙烯等。Kevin Plumlee等[19],利用氯化钠(NaCl)做致孔剂,与超高分子量聚乙烯粉末共混后热压,除去致孔剂,得到多孔超高分子量聚乙烯。

1.3 UHMWPE的改性

超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)是一种新型热塑性工程塑料,最早由德国HOECHST公司于1958年作为商品出售。其分子结构与普通聚乙烯的基本相同,但由于其具有非常高的相对分子质量(106以上),故具有一些普通聚乙烯所不具有的优异性能[20],如耐冲击性、耐磨损性、耐化学药品性、耐低温性、耐应力开裂性、抗黏附能力、优良的电绝缘性、安全卫生及自润滑性等性能,可代替碳钢、不锈钢、青铜等材料广泛应用于纺织、采矿、化工、包装、机械、建筑、电气、医疗、体育等领域。同时由于其还具有优良的对化学药品稳定性、吸水性、电绝缘性及对生物无毒性,超高分子量聚乙烯已经获得美国FDA批准用于人体生物材料,广泛应用于关节替代材料。虽然UHMWPE具有许多优异的特性,但也有许多不足,如熔体流动速率(MFR)低(接近于零)、熔点高( 190 ~ 210℃)、黏度大、极难加工成型等。另外与其他工程塑料相比,具有表面硬度低、热变形温度低、弯曲强度和耐蠕变性较差、抗磨损能力差、强度低等缺点,影响了其使用效果和应用范围。为了提高UHMWPE 的综合性能,使之能得到更广泛的应用,学者们在UHMWPE的改性方面做了许多研究。目前常用的改性方法有化学改性(接枝、交联等)、聚合物填充改性、离子注入改性等。

交联改性:UHMWPE交联改性的原理是自由基反应产生交联,分子链通过共价键相连。交联提高耐磨性的基本原理[21]是交联能降低分子链活动性:在范德华力作用下,分子链间的共价键能有效阻止分子链运动,从而影响UHMWPE在外力作用下的滑移,提高了耐磨性。

填充改性:聚合物填充工艺是高分子合成中的一种新型聚合方法,它是将填料进行表面处理后,使其粒子表面形成活性中心,在聚合过程中让乙烯、丙烯等烯烃类单体在填料粒子表面聚合,形成紧密包裹粒子的树脂,最后得到具有独特性能的复合材料。它除具有掺混型复合材料的性能外,还有自身的特性,即在不必熔融树脂的条件下可保持填料的形状,制备成粉状或纤维状复合材料,另外还不受填料与UHMWPE组成比的限制。一般可任意设定填料的含量,且所得复合材料质地均匀。这就使得该复合材料的拉伸强度、冲击强度与UHMWPE相差不大,而且该复合材料的硬度、弯曲强度尤其是弯曲弹性模量比纯UHMWPE高得多,复合材料的热力学性能也得到较好的改善。通过向聚合体系中加入氢或其它链转移剂,可以控制UHMWPE的分子量大小,使得UHMWPE更易于加工。比如加入含结晶水的氧化铝、二氧化硅、水不溶性硅酸盐、碳酸钙、碱式碳酸铝钠、羟基硅灰石、磷酸钙等可以制成高模量的均相聚合填充UHMWPE复合材料;用硅藻土和高岭土作为填料合成的UHMWPE复合材料,综合性能优于共混型复合材料。

离子注入改性:离子注入,即以高能离子束注入基材内的近表面区,受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来,并最终停留在固体材料中从而改变表面性能的过程。其基本原理是:用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去,离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理和化学相互作用,入射离子逐渐损失能量,最后停留在材料中,并引起材料表面成分、结构和性能发生变化,从而优化材料表面性能,或获得某些新的优异性能。此项高新技术由于其独特而突出的优点,已经在半导体材料掺杂,金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用,取得了巨大的经济效益和社会效益。

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