本发明属于高分子材料加工，具体涉及一种uhmwpe/hdpe复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、聚乙烯(pe)是通过使乙烯(ch2＝ch2)单体聚合而合成的热塑性塑料。作为结构最简单的高分子材料，其具有良好的力学性能、抗腐蚀性能、耐摩擦性能、价廉易加工等特性，被广泛应用于制造管道、薄膜、容器、纤维、电线、电缆、家用电器及日用品等领域。根据性质，聚乙烯可分为若干类型，例如ldpe(低密度聚乙烯)、lldpe(线型低密度聚乙烯)和hdpe(高密度聚乙烯)等。其中，hdpe每个分子具有700～1800个单体单元，分子量为几万至几十万，具有支链含量低、结晶度高、熔点较高等特点，具有较高的强度、韧性和抗蠕变性能，广泛应用于挤出吹塑容器、管材、电线电缆和包装材料。而超高分子量聚乙烯(uhmwpe)每个分子具有10万个以上单体单元，分子量以百万计，通常在2～6百万之间。作为高端聚乙烯材料之一，uhmwpe具有良好的抗冲击、抗腐蚀、耐摩擦和自润滑等性能。目前，现有的uhmwpe商业料树脂中，由于其超长的分子链和超高分子量，分子链间和分子链内存在着大量的物理缠结点，限制了长链聚乙烯的蠕动和松弛行为，致使uhmwpe的熔体粘度极大，存在结晶缺陷、材料加工成型困难等问题。因此，降低uhmwpe的链缠结程度不仅可以改善其自身的加工性能，还能提高其在聚烯烃中的可掺混量，得到力学性能大幅增强的高性能聚乙烯材料。
2、为解决以上问题，纳米尺度共混的超高分子量聚乙烯/聚烯烃共混物制备工艺成为研究热点。这种方法具有各组分相容性好、加工性能优良、环境友好和可循环利用等优点。微纳层叠技术，也称多层共挤出技术，是一种新型的熔体加工技术，其在传统挤出操作后串联多个层叠器，可用于在熔融状态下合成从纳米到微米尺度不等的多层聚合物复合材料。聚合物熔体在层叠器中经历分裂、扩散和堆叠，此过程中不仅熔体的流道延长，并且聚合物熔体受到持续的剪切力和拉伸力作用，这些力场有助于提高分散相在基体中的分布和形态调整，而利用层叠器中的收敛拉伸作用，可以降低uhmwpe的链缠结程度，被拉长形成微纳米尺度的纤维，极大提升复合材料的强度。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有uhmwpe在聚烯烃基体中应用存在的问题，提供一种uhmwpe/hdpe复合材料及其制备方法。该方法通过引入微纳层叠共挤出的方式实现uhmwpe在hdpe基体中的分布与排列取向，是一种制备uhmwpe/hdpe复合材料的新方法，使用该方法制备的复合材料中含有取向分布的uhmwpe微纤。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种uhmwpe/hdpe复合材料，是由100重量份高密度聚乙烯(hdpe)和10～50重量份超高分子量聚乙烯(uhmwpe)经过微纳层叠挤出设备制备，形成沿片材延展方向平行排布的多层pe微层结构，其中uhmwpe纤维沿挤出方向有序排布。
4、所述的hdpe分子量为20万～50万，熔点为120～130℃。
5、所述的uhmwpe分子量为200万～2000万，熔点为135～155℃。
6、进一步地，所述的uhwpe/hdpe复合材料的制备方法包括以下步骤：
7、i)混料、干燥：将所需原料按配比加入混料机组，混合均匀并干燥，原料干燥温度为80～100℃，干燥时间为60～120min；
8、ii)将混合好的原料经过双螺杆挤出机熔融共混挤出并造粒得到母料，双螺杆挤出机各段的温度设定分别为180℃,190℃,200℃,190℃；
9、iii)层叠挤出：将步骤ii)所得母料分别投入两台挤出机、经层叠分配器、扩口模、分流槽以及切割机构成的微纳层叠挤出装置，混合料在层分配器中不断被分割、叠加，受到强烈的剪切-拉伸复合流动场作用，最后复合熔体在螺杆的挤压作用下，从模头挤出，其中挤出机机身温度为180～200℃，层叠分配器温度为为190～210℃，模头温度为190～200℃。
10、步骤iii)所述层分配器为n个串联的层叠单元，复合熔体在层叠单元的入口沿宽度方向分割为m等份，每一等份沿取向模具继续向前流动并旋转90゜同时宽展m倍，厚度减少到1/m倍。在此过程中hdpe和uhmwpe混合熔体在腔内由于双向拉伸作用形成微层薄膜，并于出口处汇流成m层复合熔体，进入下一个层叠单元；其中n和m分别为不小于2的整数。
11、所述的层叠分配器根据北京化工大学专利(中国专利200910237622.5、美国专利3557265)设计加工，属于扭转层叠式的分配器。
12、本发明的技术原理是：通过微纳层叠共挤出设备实现uhmwpe分散相在hdpe中原位微纤化，利用层叠器中的强剪切和拉伸流场，获得沿纵向(md)方向的均匀分布的高取向uhmwpe增强hdpe材料。
13、本发明具有以下有益效果:
14、1、通过微纳层叠共挤出设备实现uhmwpe分散相在hdpe中原位微纤化，利用层叠器中具有强剪切和拉伸流场特点，不仅解决了uhmwpe熔体粘度极大、分子链物理纠缠多、材料加工成型困难等问题，而且使其获得沿挤出方向的高取向微纤化排列，提高了复合材料的强度。
15、2、层叠器中的强剪切和拉伸力场可以改善pe材料的结晶性能和微观形貌，增强pe分子链在流动方向上的取向，同时uhmwpe熔点略高于hdpe的熔点，未完全熔融的uhmwpe在强剪切和拉伸力场的作用下在层间界面原味成纤，有利于进一步提升复合材料的力学强度。
16、3、本方法通过微纳层叠技术实现uhmwpe在hdpe基体材料中的均匀分散和取向成纤，提高了复合材料的强度，制备方法简单，生产效率高，可以连续批量生产，生产效率高，生产成本低，产品可作为母料与其它高分子材料共混，具有较强的工业化能力和广阔的市场前景。
1.一种uhmwpe/hdpe复合材料，其特征在于，其是由100重量份hdpe和10~50重量份uhmwpe经过微纳层叠挤出设备制备，形成沿片材延展方向平行排布的多层pe微层结构，其中uhmwpe纤维沿挤出方向有序排布。
2.如权利要求1所述的一种uhmwpe/hdpe复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种uhmwpe/hdpe复合材料的制备方法，其特征在于，步骤iii）所述层分配器为n个串联的层叠单元，复合熔体在层叠单元的入口沿宽度方向分割为m等份，每一等份沿取向模具继续向前流动并旋转90°同时宽展m倍，厚度减少到1/m倍，在此过程中hdpe和uhmwpe混合熔体在腔内由于双向拉伸作用形成微层薄膜，并于出口处汇流成m层复合熔体，进入下一个层叠单元；其中n和m分别为不小于2的整数。
4.根据权利要求2所述的一种uhmwpe/hdpe复合材料的制备方法，其特征在于，所述的hdpe分子量为20万~50万，熔点为120~130℃。
5.根据权利要求2所述的一种uhmwpe/hdpe复合材料的制备方法，其特征在于，所述的uhmwpe分子量为200万~2000万，熔点为135~155℃。
