具有超高分子量聚乙烯的工程熱塑性塑料改進的磨損和摩擦性能的制作方法
【專利說明】具有超高分子量聚乙婦的工程熱塑性塑料改進的磨損和摩 擦性能
[oocn] 相關申請的引用
[0002] 本申請要求2013年2月28日提交的美國臨時專利申請號61/770, 758的權益，其 全部內容結合于本文中作為參考。
【背景技術】
[0003] 超高分子量聚乙締（"UHMWPE")具有極高的烙體粘度而使像螺桿擠出和注塑模制 的常規加工技術難W完成。正因為如此，UHMWPE的使用受到限制。聚酸酷亞胺（"PEI") 和聚酸酸酬（"PEEK")應用于各種潤滑應用中，例如，齒輪、軸承和滾軸（roller)。
[0004] 聚四氣乙締（"PTFE")是聚合物中使用的常用潤滑劑。PTFE具有在特定磨損條 件下在對偶面上形成轉移膜的能力，由此降低磨損。然而，在聚合物中尤其是在所述應用苛 求改進磨損而不能在對偶面上形成轉移膜的情況下對于其它和改進的潤滑劑仍存需要。此 夕1>，對于具有所需性質如抗沖擊性和化學穩定性的組合物仍存需要。現有技術的運些和其 它缺點通過本發明公開內容就能夠解決。
【發明內容】
[0005] 根據正如在本文中實施和廣泛描述的本發明的目的，在一個實施方式中，本公開 設及包含聚合物和超高分子量聚乙締扣HMWP巧的組合物，其中UHMWPE包含表面改性劑。
[0006] 本文中公開了一種組合物，包含：約30wt% (30%bywei曲t)至約97wt%的聚合 物，其中，聚合物包括聚酸酷亞胺（PEI)、聚酸酸酬（PEEK)、聚酷胺、聚氧化締、或聚對苯二 甲酸亞烷基醋，或它們的混合物；和約3wt%至約30wt%的超高分子量聚乙締，其中UHMWPE 包含超過Owt%至約lOwt%的表面改性劑。
[0007] 本文中還公開了一種包含本文中公開的組合物的制品。
[0008] 盡管按照具體的法定分類，如系統法定分類能夠描述和主張保護本發明的實施方 式，但運僅僅是為了方便起見而本領域技術人員應該理解的是，本發明的每個實施方式能 夠按照任何法定分類進行描述和要求保護。除非另有明確說明，它絕不刻意認為本文中陳 述的任何方法或實施方式解釋為需要W特定的順序執行其步驟。因此，在權利要求或描述 中并未專口陳述方法權利要求步驟將會限制于具體的順序的情況下，在任何方面絕不刻意 推斷次序。運適用于解釋的任何可能的非明示基礎，包括相對于步驟或操作流程的排布設 計的邏輯，衍生于語法組織或標點的簡單含義，或說明書中描述的實施方式的數目或類型。
【附圖說明】
[0009] 附圖，包含在說明書中并構成本說明書的一部分，示出了一些實施方式并與描述 一起用于解釋本發明的原理。
[0010] 圖1顯示了磨損測試方法的示意圖。
[0011] 圖 2A、2B和 2C顯示 了通過MI陽L0NXM220(圖 2A);INHANCE1250(圖 2B);和 INHANCE1750(圖2C)的紅外光譜（"IR")獲得的譜圖。
[0012]圖 3A和 3B顯示了MIP化ONXM220 化otNo.H10B2154)(圖 3A)和MIP化ONXM220化otNo.HI0A2130)(圖3B)的掃描電鏡（"SEM")顯微圖。
[001引 圖4A和4B顯示了純凈MIP化ONXM(圖4A) 221U和純凈MIP化ONPM200 (圖4B) 的沈M顯微圖。
[0014]圖5A和5B顯示了純凈GUR2126(圖5A)和純凈GURX162(圖5B)的沈M顯微圖。[001引 圖6A和她顯示了INHANCE1750 (圖6A)和INHANCE1250 (圖她）的沈M顯微圖。
[0016] 圖7顯示了PEI隨著INHANCE1250在40磅/平方英寸（psi)，50英尺/分鐘 (巧m)下負荷水平變化的磨損數據。
[0017] 圖8顯示了PEI隨著INHANCE1250在12化si, 100巧m下負荷水平變化的磨損數 據。
[0018]圖 9 顯示了陽I-INHANCE1250-碳纖維（"CF")和陽I-PT陽-CF在 40psi，50fpm 下的磨損數據。
[0019] 圖10顯示了陽邸隨著具有PT陽的INHANCE1250和陽邸在40psi，50巧m下負 荷水平變化的磨損數據。
[0020] 圖11顯示了陽邸隨著INHANCE1250在12化si, 100巧m下負荷水平變化的磨損 數據。
[0021] 圖12A顯示了具有PT陽作為潤滑劑的聚鄰苯二甲酯胺（叩PA")的GMPT限制PV 序列B試驗結果。
[0022] 圖12B顯示了具有INHANCE1250UHMWPE作為潤滑劑的PPA的GMPT限制PV序列 B試驗結果。
[002引 圖13A顯示了具有PT陽作為潤滑劑的陽邸的GMPT限制PV序列B試驗結果。
[0024] 圖13B顯示了具有INHANCE1250UHMW陽作為潤滑劑的陽邸的GMPT限制PV序列 B試驗結果。
[0025] 本發明的其它實施方式將在W下描述中分部分進行闡述，而部分將根據描述是顯 而易見的，或能夠通過本發明的實踐而了解。本發明的優點通過附加權利要求中專口指出 的要素和組合將可實現和達成。應該理解的是，前述一般性描述和W下詳細描述二者都只 是示例性和說明性的，并非限制權利要求所要求保護的本發明。
【具體實施方式】
[0026] 一些應用（例如，變速器密封圈）需要高壓速度（"PV")磨損性能的材料。高PV 磨損（PV> 100, 000磅/平方英寸-英尺/分鐘（psi-ft/min))會產生摩擦熱且由于材料 的烙化常常發生性能故障。具有低烙融溫度的材料在高PV磨損條件下過早失效，因此，運 些類型的材料通常不適合于高PV應用。PTFE具有高烙融溫度（~330攝氏度（°C))、具有 優良的潤滑性能，因此，它通常在目標位高PV應用的熱塑性組合物中用作磨損材料/添加 劑。UHMWPE具有低的烙融溫度（~142°C)，因此預期如果摩擦熱超過UHMWPE烙融溫度， UHMWPE填充的工程熱塑性塑料在高PV磨損條件下將會失效。出人意料的是，本文描述的包 含UHMWPE的組合物在高PV條件下可W超越同類具有PTFE的熱塑性組合物。
[0027] 本發明通過參考本文W下本發明的詳細描述和其中包括的實施例能夠更容易理 解。
[0028] 在公開和描述本發明的化合物、組合物、制品、系統、裝置和/或方法之前，應該理 解的是，除非另有說明，否則它們并不局限于具體的合成方法，或，除非另有說明，否則并不 局限于具體的試劑，當然，運些同樣能夠進行變化。還應該理解的是，本文所使用的術語是 用于描述【具體實施方式】之目的，并不意在限制。雖然任何類似或等同于本文描述的方法和 材料的方法和材料能夠在本發明實踐或測試中使用，但現在將會描述示例性方法和材料。
[0029] 本文提及的所有出版物均結合于本文中作為參考，并結合出版物所引述的內容描 述方法和/或材料。
[0030]除非另有定義，本文使用的所有技術和科學術語具有由本發明所屬的技術領域中 普通技術人員共同理解的相同含義。雖然任何類似或等同于本文描述的方法和材料的方法 和材料能夠在本發明的實踐或測試中使用，但示例性的方法和材料現在將進行描述。
[0031] 正如說明書和所附權利要求書中所使用的單數形式"一種"，"一個"和"運種"包 括復數對象，除非上下文另有明確說明。因此，例如，所指"納米復合材料"包括兩種或更多 種納米復合材料的混合物，等。
[0032] 范圍在本文中能夠表示為從"約"一個具體值，和/或到"約"另一個具體值。當表 達運樣的范圍時，另一個實施方式包括從一個具體值和/或到另一個具體值。類似地，當數 值表示為近似值時，通過使用先行詞"約"，應該理解的是，具體值構成了另一實施方式。應 當進一步理解的是，每個范圍的端點顯然都是相對于另一端點的而獨立于另一個端點。還 應該理解的是，有許多本文公開的值，并且每個值在本文中也公開為除了該值本身的"約" 具體值。例如，如果公開值"10"，那么"約10"也會公開。還應該理解的是，也公開了兩個 具體整數之間的每個整數。例如，如果公開10和15,那么11、12、13和14也被公開。
[0033] 正如本文所用的術語"可選的"或"可選地"是指隨后描述的事件或情形能夠或不 能發生，并且描述包括事件或情況發生的情況和其沒有發生的情況。
[0034] 正如本文所用的術語"ULTEM"是指由SaudiBasicIndustries Co;rporation( "SABIC")InnovativePlastics銷售的陽I家族的聚合物特定商標。ULTEM 是SABICInnovativePlasticsIPB.V的注冊商標。ULTEM能夠具有升高的熱阻、高強度 和剛度，化及廣泛的耐化學品性。如本文中所用的化TEM是指除非另有說明家族中包括的 任何或所有的化TEM聚合物。
[0035] 公開了用于制備本發明組合物的各種組分W及用于本文中公開的方法中的組合 物本身。在本文中公開了運些和其它材料，并且應當理解的是，當運些材料的組合，子集， 相互作用，組等進行公開時，雖然運些化合物的每個不同個體和總體組合和排列的具體參 考不能明確公開，但每個在本文中都被具體考慮和描述。例如，如果具體化合物進行公開和 討論并且許多能夠對包括化合物的許多分子作出的修改進行討論時，除非另外明確相反指 出，要專口設想化合物和可能的修改的每個組合和排列。因此，如果公開一類分子A，B和C W及一類分子D，E和F和組合分子的實例，公開A-D，則即使每一個并未單獨敘述，每一個 各自和共同地設想的含義的組合，A-E，A-F，B-D，B-E，B-F，C-D，C-E和C-F都被認為是公開 的。同樣地，運些的任何子集或組合也被公開。因此，例如，任何子組A-E，B-F和C-E都將 被視為公開。運個概念適用于本申請中的所有實施方式，包括，但不限于，在制造和使用本 發明組合物的方法中的步驟。因此，如果有各種附加步驟能夠實施，則應該理解的是每一個 運些附加步驟能夠與本發明方法的任何【具體實施方式】或實施方式的組合一起進行實施。
[0036] 正如本文所用的術語"表面處理的"是指一種材料，如，例如，一種聚合物已經暴 露于將一種或多種表面改性劑引入到材料之上或之內的條件而為具體目的提供具體的化 學表面功能性，例如，改進的加工性，分散性和與諸如聚合物的其它材料的相容性/相互作 用。表面改性劑通過表面處理能夠物理和/或共價結合至材料。材料能夠通過，例如，將材 料暴露于包含表面改性劑前體的氣氛而進行表面處理。氣氛能夠是在，例如，反應性離子蝕 刻或電感禪合等離子體儀器中產生的等離子體。材料也能夠通過濕化學反應進行表面處 理。因此，例如，表面處理過的UHMWPE是指包含一種或多種表面改性劑的UHMWPE。
[0037] 結合聚合物一起使用的術語"未處理的"是指還沒有進行表面處理的聚合物，因 此，不包含表面改性劑。因此，表面化學功能度和本體化學功能度之間的差別是微不足道 的。例如，"未處理的INHANCE1250"是指不包含表面改性劑的INHANCE1250。
[0038] 應該理解的是，本文中公開的組合物具有某些功能。本文公開了用于實施公開的 功能的某些結構要求，并且應當理解的是，存在各種各樣的結構能夠實施與所公開的結構 相關的相同功能，并且運些結構將通常實現相同的結果。
[0039] 本文中公開了一種組合物，包含約30wt%至約97wt%的聚合物，其中聚合物包括 PEI、陽邸、聚酷胺、聚氧化締、或聚對苯二甲酸亞烷基醋，或它們的混合物；和約3wt%至約 30wt%的UHMWPE，其中UHMWPE包含超過Owt%至約lOwt%的表面改性劑。
[0040] 在一個實施方式中，該組合物包含陽I。在另一實施方式中，組合物包含陽邸。在 還有的另一實施方式中，組合物包含PEI和PffiK。在還有的另一實施方式中，組合物包含聚 酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物包含聚氧化締。在還有的另一實施方式中，組合物 包含聚對苯二甲酸亞烷基醋。
[0041] 在一個實施方式中，該組合物能夠包含約5wt%至約25wt%的UHMWPE。在一個實 施方式中，組合物能夠包含約5wt%至約20wt%的UHMWPE。在還有的另一實施方式中，一個 實施方式，組合物能夠包含約lOwt%至約20wt%的UHMWPE。在還有的另一實施方式中，組 合物能夠包含約lOwt%至約25wt%的UHMWPE。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含 約5wt%的UHMWPE。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約lOwt%的UHMWPE。在還 有的另一實施方式中，組合物能夠包含約15wt%的UHMWPE。在還有的另一實施方式中，組 合物能夠包含約20wt%的UHMWPE。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約25wt%的 UHMWPE。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約30wt%的UHMWPE。
[0042] 在一個實施方式中，組合物能夠包含約30wt%至約97wt%的陽I或陽邸，或它們 的混合物。在另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%至約95wt%的陽I或陽邸，或它 們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%至約90wt%的PEI或 陽EK，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%至約80wt% 的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至 約95wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約 70wt%至約90wt%的陽I或陽邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能 夠包含約70wt%至約80wt%的陽I或陽邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中， 組合物能夠包含約50wt%的陽I或陽邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組 合物能夠包含約55wt%的陽I或陽邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合 物能夠包含約60wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物 能夠包含約65wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能 夠包含約70wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠 包含約75wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包 含約80wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含 約85wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含 約90wt%的陽I或PE邸，或它們的混合物。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約 95wt%的陽I或陽邸，或它們的混合物。
[0043] 在一個實施方式中，組合物能夠包含約30wt%至約97wt%的陽I。在另一實施方 式中，組合物能夠包含約60wt%至約95wt%的PEI。在還有的另一實施方式中，組合物能夠 包含約60wt%至約90wt%的陽I。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%至 約80wt%的陽I。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約95wt%的陽I。 在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約90wt%的PEI。在還有的另一實 施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約80wt%的PEI。在還有的另一實施方式中，組合 物能夠包含約50wt%的陽I。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約55wt%的陽I。 在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%的PEI。在還有的另一實施方式中， 組合物能夠包含約65wt%的PEI。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%的 PEI。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約75wt%的PEI。在還有的另一實施方式 中，組合物能夠包含約80wt%的PEI。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約85wt% 的PEI。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約90wt%的PEI。在還有的另一實施方 式中，組合物能夠包含約95wt%的陽I。
[0044] 在一個實施方式中，組合物能夠包含約30wt%至約97wt%的陽EK。在另一實施方 式中，組合物能夠包含約60wt%至約95wt%的陽邸。在還有的另一實施方式中，組合物能 夠包含約60wt%至約90wt%的陽邸。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt% 至約80wt%的陽邸。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約95wt% 的陽邸。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約90wt%的陽邸。在還 有的另一實施方式中，組合物能夠包含約7〇wt%至約80wt%的陽邸。在還有的另一實施 方式中，組合物能夠包含約50wt%的陽邸。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約 55wt%的陽EK。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%的陽EK。在還有的另 一實施方式中，組合物能夠包含約65wt%的PE邸。在還有的另一實施方式中，組合物能夠 包含約70wt%的陽邸。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約75wt%的陽邸。在 還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約80wt%的PE邸。在還有的另一實施方式中，組 合物能夠包含約85wt%的陽邸。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約90wt%的 陽EK。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約95wt%的陽邸。
[0045] 在一個實施方式中，組合物能夠包含約30wt%至約97wt%的聚酷胺。在另一實施 方式中，組合物能夠包含約60wt%至約95wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合 物能夠包含約60wt%至約90wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約 60wt%至約80wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約 95wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約90wt%的聚酷 胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約70wt%至約80wt%的聚酷胺。在還有的 另一實施方式中，組合物能夠包含約50wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物 能夠包含約55wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%的聚酷 胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約65wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方 式中，組合物能夠包含約70wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約 75wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約80wt%的聚酷胺。在還有 的另一實施方式中，組合物能夠包含約85wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物 能夠包含約90wt%的聚酷胺。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約95wt%的聚酷 胺。
[0046] 在一個實施方式中，組合物能夠包含約30wt%至約97wt%的聚對苯二甲酸亞燒 基醋。在另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%至約95wt%的聚對苯二甲酸亞烷基 醋。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%至約90wt%的聚對苯二甲酸亞燒 基醋。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約60wt%至約80wt%的聚對苯二甲酸亞 烷基醋。在還有的另一實施方式中，組合物能夠包含約7〇wt