本发明属于超高分子量聚乙烯材料领域，具体涉及高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品及其制备方法。
背景技术：
超高分子量聚乙烯(ultrahighmolecularweightpolyethylene，uhmw-pe)是综合性能最好的工程塑料，其耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、吸收冲击能等在现有塑料中最好的。因此，uhmw-pe已在纺织、造纸、包装、运输、机械、化工、采矿、石油、农业、建筑、电气、食品、医疗、体育等领域得到广泛应用，并开始进入常规兵器、船舶、汽车等领域。随着工业制造水平的逐步发展，对uhmw-pe的耐磨、强度、硬度等物理力学性能提出了更高的要求。目前，提高工程塑料耐磨性及硬度的主要解决方法是在uhmw-pe中加入云母粉、碳酸钙、滑石粉、mos2、纳米tio2、纳米zno2等无机填料。虽然在耐磨性、硬度等方面有所提升，但存在效果不理想或成本过高的问题。比如添加滑石粉，其硬度仅为69hd(邵氏硬度)，提升效果不明显；如选用纳米tio2，虽然提升效果很明显，但由于纳米tio2的价格为15万元/吨，成本过高。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是在提高超高分子量聚乙烯硬度及耐磨性时效果不理想、成本高。
本发明解决上述问题的技术方案是提供高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品，所述高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品以重量百分比计包括下列原料制备而成，uhmw-pe65.2％～97％、偶联剂0～0.4％、分散剂0～4％、高钛型高炉渣微粉1～30％、抗氧化剂0～0.2％、抗紫外线剂0～0.2％，其中偶联剂、分散剂、抗氧化剂、抗紫外线剂的含量不为0。
进一步的，所述高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品以重量百分比计包括下列原料制备而成，uhmw-pe69.5％～82.7％、偶联剂0.1％～0.3％、分散剂2％～4％、高钛型高炉渣微粉15％～26％、抗氧化剂0～0.15％、抗紫外线剂0～0.15％。
其中，高钛型高炉渣微粉的成分以重量百分数计包括tio221～23％、al2o314～16％、mgo8～9％、cao20～30％、sio217～19％、feo2.4～2.6％、fe2o32～6％、fe1～3％，剩余为其他杂质，如c、v2o5、mno2。
其中，高钛型高炉渣微粉的粒径在300～6000目。
其中，uhmw-pe的分子量在100万～260万。
其中，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
其中，分散剂为聚乙烯石蜡、硬脂酸盐中的至少一种。
其中，抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯(ao-168)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(ao-1010)中的至少一种。
其中，抗紫外线剂为uv791抗紫外线老化剂。
本发明还提供了高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品的制备方法，包括将uhmw-pe、偶联剂、分散剂、高钛型高炉渣微粉、抗氧化剂、抗紫外线剂按一定重量比例混合后造粒或直接加工成型为工程塑料制品。
具体的，(a)先将计量后的高钛型高炉渣微粉除湿后，加入计量后的偶联剂，混合均匀，出料待用，得到物料a；(b)然后将计量后的分散剂、抗氧化剂、抗紫外线剂混合均匀，出料待用，得到物料b；(c)然后将物料a、物料b与uhmw-pe直接挤出成型为工程塑料制品。
其中，步骤(a)所述的除湿的条件为110℃～140℃除湿20～30min。
其中，步骤(a)所述混合均匀的时间为5～15min。
其中，步骤(b)所述混合均匀的时间为5～10min。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品，抗耐磨性能及力学性能优良，硬度可达75hd，摩擦系数小于0.13；本发明先将高炉渣微粉与偶联剂进行混合处理，然后与分散剂、抗氧化剂、抗紫外线剂等其他原料混合制备uhmw-pe塑料制品，方法简单易操作，生产成本较低；本发明将钒钛磁铁矿在高炉冶炼中产生的高钛型高炉渣应用于超高分子量聚乙烯塑料制品的制备，解决了过剩高钛型高炉渣的资源综合利用问题。
具体实施方式
本发明提供高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品，所述高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品以重量百分比计包括下列原料制备而成，uhmw-pe65.2％～97％、偶联剂0～0.4％、分散剂0～4％、高钛型高炉渣微粉1～30％、抗氧化剂0～0.2％、抗紫外线剂0～0.2％，其中偶联剂、分散剂、抗氧化剂、抗紫外线剂的含量不为0。
作为优选的，所述高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品以重量百分比计包括下列原料制备而成，uhmw-pe69.5％～82.7％、偶联剂0.1％～0.3％、分散剂2％～4％、高钛型高炉渣微粉15％～26％、抗氧化,0～0.15％、抗紫外线剂0～0.15％。
其中，高钛型高炉渣微粉的成分以重量百分数计包括tio221～23％、al2o314～16％、mgo8～9％、cao20～30％、sio217～19％、feo2.4～2.6％、fe2o32～6％、fe1～3％，剩余为其他杂质，如c、v2o5、mno2。高钛型高炉渣是钒钛磁铁矿在高炉冶炼中产生的高炉渣，主要应用于混凝土骨料。
其中，高钛型高炉渣微粉的粒径在300～6000目。
其中，uhmw-pe的分子量在100万～260万。
其中，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
其中，分散剂为聚乙烯石蜡、硬脂酸盐中的至少一种。
其中，抗氧化剂为ao-168、ao-1010中的至少一种。
其中，抗紫外线剂为uv791抗紫外线老化剂。
本发明还提供了高硬度耐磨超高分子量聚乙烯制品的制备方法，步骤包括将uhmw-pe、偶联剂、分散剂、高钛型高炉渣微粉、抗氧化剂、抗紫外线剂按一定重量比例混合后造粒或直接加工成型为工程塑料制品。
进一步的，(a)先将计量后的高钛型高炉渣微粉除湿后，加入计量后的偶联剂，混合均匀，出料待用，得到物料a；(b)然后将计量后的分散剂、抗氧化剂、抗紫外线剂混合均匀，出料待用，得到物料b；(c)然后将物料a、物料b与uhmw-pe直接挤出成型为工程塑料制品。为确保偶联剂与高钛型高炉渣微粉充分混合，并减少抗氧剂、分散剂、抗紫外线剂等其他添加料对改性效果的影响，前期仅将uhmw-pe与高钛型高炉渣微粉进行单独混合，提升了高硬度耐磨塑料制品中各原料的分散性和兼容性，改善了体系的流动性能及加工性能。
其中，步骤(a)所述的除湿的条件为110℃～140℃除湿20～30min。
其中，步骤(a)所述混合均匀的时间为5～15min。
其中，步骤(b)所述混合均匀的时间为5～10min。
以下通过实施例对本发明作进一步的解释说明。
实施例1
本实施例制备一种高硬度耐磨超高分子量聚乙烯板材，方法是将计量后的高钛型高炉渣微粉放入高速混料机中高速搅拌混合，并将温度提升在110℃除湿16分钟，充分去除微粉中的水分，然后加入计量后的偶联剂高速混合10分钟，然后出料冷却待用；将计量后的分散剂、抗氧剂及抗紫外线剂在常温下在高速混料机中混合8分钟，混合均匀后出料待用；将高钛型高炉渣微粉与偶联剂的混合物，分散剂、抗氧剂及抗紫外线剂的混合物及uhmw-pe按以下比例及方法在sjsz-80型板材挤出机挤出，挤出成型工艺参数如表1所示。
本实施例高硬度耐磨uhmw-pe板材的配方：
表1
实施例2
本实施例制备一种高硬度耐磨超高分子量聚乙烯板材，方法是将计量的高钛型高炉渣微粉放入高速混料机中高速搅拌混合，并将温度提升在120℃除湿16分钟，充分去除微粉中的水分，然后加入计量后的偶联剂高速混合10分钟，然后出料冷却待用；将计量后的分散剂、抗氧剂及抗紫外线剂在常温下在高速混料机中混合8分钟，混合均匀后出料待用；将高钛型高炉渣微粉与偶联剂的混合物，分散剂、抗氧剂及抗紫外线剂的混合物及uhmw-pe按以下比例及方法在sjsz-80型板材挤出机挤出，挤出成型工艺参数如表2所示。
本实施例高硬度耐磨uhmw-pe板材的配方：
表2
实施例3
本实施例制备一种高硬度耐磨超高分子量聚乙烯板材，方法是将计量后的高钛型高炉渣微粉放入高速混料机中高速搅拌混合，并将温度提升在130℃除湿16分钟，充分去除微粉中的水分，然后加入计量后的偶联剂高速混合10分钟，然后出料冷却待用；将计量后的分散剂、抗氧剂及抗紫外线剂在常温下在高速混料机中混合8分钟，混合均匀后出料待用；将高钛型高炉渣微粉与偶联剂的混合物，分散剂、抗氧剂及抗紫外线剂的混合物及uhmw-pe按以下比例及方法在sjsz-80型板材挤出机挤出，挤出成型工艺参数如表3所示。
本实施例高硬度耐磨uhmw-pe板材的配方：
表3
对比例1
对比例中，未添加高钛型高炉渣微粉，在超高分子量聚乙烯板材的制备中仅添加抗氧剂、抗紫外线剂，并按以下比例及方法在在sjsz-80型板材挤出机直接挤出成型，挤出工艺如表4所示。
本对比例uhmw-pe板材的配方：
表4
将实施例1～3及对比例1制备的超高分子量聚乙烯板材分别按照标准测试方法进行了拉伸强度、弯曲强度、硬度、摩擦系数和体积磨损等指标的检测，具体测试数据如表5所示。
表5
通过以上数据显示，本发明通过在uhmw-pe中添加高钛型高炉渣微粉，能够制备出力学性能好，硬度高，耐磨性较佳的超高分子量聚乙烯板材。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。