一种UHMWPE熔融挤出级复合材料及其制备方法、成型工艺和应用技术

技术编号:19383942 阅读:2 留言:0更新日期:2018-11-10 00:16
本发明专利技术涉及一种UHMWPE熔融挤出级复合材料及其制备方法、成型工艺和应用,该复合材料,按重量份将100份超高分子量聚乙烯、2~40份复合流动改性剂、0.5~5份润滑剂、0.1~10份熔体光滑剂高速(转速700‑1400转/分钟)混合,然后将混合物通过单螺杆挤出机挤出,挤出温度控制在150‑280℃,然后在管材模具内压缩、成型,最后在真空定型水箱中冷却定型管材。与现有技术相比,本发明专利技术挤出制备的可熔融挤出成型超高分子量聚乙烯管材成型速度5‑50m/h,较目前用硬顶法挤出制备的超高分子量聚乙烯管材提高10‑15倍,大幅度提高了生产效率,同时管材还具备优异的耐磨性和抗冲击性能。

UHMWPE melt extrusion stage composite material and its preparation method, forming process and Application

The invention relates to a UHMWPE melt extrusion grade composite material and its preparation method, forming process and application. The composite material mixes 100 phr UHMWPE, 2 phr to 40 phr composite flow modifier, 0.5 phr to 5 phr lubricant and 0.1 phr to 10 phr melt smoother at high speed (rotating speed 700 1400 rpm), and then mixes 100 phr UHMWPE, 2 phr to 40 phr composite flow modifier, 0.5 phr to 5 phr lubric The mixture is extruded by a single screw extruder. The extrusion temperature is controlled at 150 280 (?) C. Then the mixture is compressed and formed in the pipe mould. Finally, the shaped pipe is cooled in the vacuum setting water tank. Compared with the existing technology, the extrudable UHMWPE pipe prepared by the present invention has a molding speed of 5_50m/h, 10_15 times higher than the UHMWPE pipe prepared by the hard top extrusion method at present, and greatly improves the production efficiency. At the same time, the pipe also has excellent wear resistance and impact resistance. .

【技术实现步骤摘要】
一种UHMWPE熔融挤出级复合材料及其制备方法、成型工艺和应用
本专利技术属于聚合物加工成型
,尤其是涉及一种UHMWPE熔融挤出级复合材料及其制备方法、成型工艺和应用。
技术介绍
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大于150万的聚乙烯(PE),是一种新型热塑性工程塑料,它极高的分子量、高度缠绕的链段结构赋予其优异的力学性能、耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能,而且UHMWPE耐低温性能优异,在-40℃时仍具有较高的冲击强度,甚至可在-269℃下使用。UHMWPE优异的性能使它广泛应用于机械、纺织、造纸、矿业、化工及体育运动器械等领域,其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外,基于UHMWPE优异的生理惰性,已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在医药卫生领域使用。以UHMWPE为基础原料制造的塑料管材具有耐磨、抗冲击、耐腐蚀、自润滑、不结垢等特点,是适合输送固液混合物、固体粉末、液体、气体等介质的理想管材。广泛应用在固体粮食输送、矿山中尾矿输送、江河泥沙疏浚工程等。虽然UHMWPE是热塑性塑料,但正因为其极高的相对分子量,分子链段很长,且彼此之间相互缠绕,在熔融时表现出来的特性和一般热塑性塑料截然不同,这给成型加工带来了很大困难。UHMWPE具备极其优异的性能,但UHMWPE熔融状态的黏度高达108Pa·s,流动性极差,UHMWPE成型加工极其困难,所以很难用一般的机械加工方法进行加工,就算流动改性后的UHMWPE,也极易产生熔体破裂。近年来,UHMWPE的加工技术得到了迅速发展,通过对普通加工设备的改造,已使UHMWPE由最初的压制-烧结成型发展为挤出成型以及其它特殊方法的成型。目前国内UHMWPE管材制品的加工成型,主要通过UHMWPE专用单螺杆挤出机,将流动化改性的UHMWPE,采用在模具内冷却的“硬顶法”挤出工艺实现成型的。由于该工艺,是将管材在模具内,冷却到材料的结晶温度以下,定型后挤出,该工艺比模压成型和国外的柱塞式挤出要先进许多。目前通过流动化改性实现的UHMWPE“硬顶法”挤出成型,产量为10kg/h左右,仍然比普通塑料如PE、PVC、尼龙等加工成型效率低10-20倍;高粘度UHMWPE的挤出效率较差,制约了UHMWPE的生产效率,远远不能满足目前的工业用管需求。由于“硬顶法”单螺杆挤出成型是将管材型胚在模具里冷却到材料的结晶温度下固化后挤出,挤出速度快,管材型胚来不及冷却固化,造成成型后的管材变形。由于UHMWPE分子量极大,在加工相同制品时,其机头内的压力比一般塑料高出20~30倍,机头的压力大小影响熔体成型加工时的剪切速率。UHMWPE的临界熔融剪切速率很低(<10-2/s),,很容易发生熔体破裂。此外,UHMWPE具有优异的自润滑性,即使在熔融状态下也是如此。因此,在进料过程中容易在加料段发生打滑,螺杆无法向前推进输送原料,这是螺杆法加工UHMWPE遇到的又一难题,所以UHMWPE的熔融挤出成型,技术难度很大。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种UHMWPE熔融挤出级复合材料及其制备方法、成型工艺和应用,对UHMWPE流动性改性,以改善力学性能,突破现有加工成型技术瓶颈,提高制品生产效率。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,包括以下组分及重量份含量:其中,所述复合流动改性剂由不同分子量梯度的低分子量聚烯烃组成。进一步地,所述复合流动改性剂的分子量在5-50万,熔体流动速率在2.16kg负荷下为0.1~20g/10min。进一步地,所述复合流动改性剂由分子量分布在4-6的线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体组成,按照不同分子量的重量份比,低分子量部分(5-15万):高分子量部分(15-50万)为1/9~3/7。进一步地,所述超高分子量聚乙烯为粘均分子量为100万-900万的乙烯与α-烯烃共聚物,分子量分布>3.0。进一步地,所述α-烯烃的摩尔分数为15%-0.1%,优选为10%-0.5%,更优选为5%-1%,所述α-烯烃选自丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、环己烯或丁二烯中的一种或几种。进一步地,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸酰胺、硬脂酸、微晶石蜡或脂肪酸中的一种或几种。进一步地,所述熔体光滑剂选自超支化聚酯、超支化聚醚、超支化聚醚酮或超支化聚苯乙烯中的一种或几种。一种UHMWPE熔融挤出级复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)按重量份将0.2-1份的接枝单体与丙酮混合制备成混合溶液,然后用喷雾分散将上述溶液与10份的超高分子量聚乙烯共混复合,完成接枝处理,得到A料;(2)将复合流动改性剂的高分子量部分与润滑剂高速(转速700-1400转/分钟)混合,将复合流动改性剂的低分子量部分与熔体光滑剂高速(转速700-1400转/分钟)混合,再将两者混合,得到B料;(3)将90份的超高分子量聚乙烯、A料、B料加入冷混合器中搅动冷却,即得到产品,冷混合器夹套中需通入冷却水,混料时间为1-60分钟,出料温度在40℃以下。进一步地,步骤(1)所述接枝单体选自马来酸酐、丙烯酸或丙烯酰胺中的一种或几种。一种UHMWPE熔融挤出级复合材料的成型工艺,具体包括以下步骤:将UHMWPE熔融挤出级复合材料经过高速混合后,放入单螺杆挤出机的喂料仓,通过螺杆输送挤出,挤出熔体口模温度控制在150-280℃,然后在管材模具内压缩、成型,其模具压缩比大于3,最后在真空定型水箱中冷却定型管材,真空水箱的真空度保持在0.4-0.8MPa,冷却水水温分为多段,靠近定径套为起始段,温度分别为90℃、80℃、60℃、20℃。该复合材料用于制备超大管径管材,管材的外径为10-1000毫米,壁厚为2-50毫米,挤出速度为5-50米/小时,挤出熔体温度为150-280℃,粘均分子量150-600万,此外同样适用于板材、异型材的高效挤出成型。本专利技术采用的复合流动改性剂改性超高分子量聚乙烯,所采用的复合流动改性剂分子量在5-50万,熔体流动速率在2.16kg负荷下为0.1~20g/10min,分子量分布在4-6的线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、聚烯烃弹性体等组成,与超高分子量聚乙烯有相似的结构,均一性好,不易产生分相,具有高强度。聚烯烃弹性体,具有高强度,耐热老化、挤出加工过程中不易发生翘曲等特征,加入的复合流动改性剂,具有短支链结构,会渗透进入超高分子量聚乙烯树脂内部,实现对超高分子量聚乙烯树脂次级颗粒的分割,在剪切下次级颗粒变形分离,增加分子链之间的间距,减少缠结点,降低熔体粘度,加工性能优异。本专利技术中复合流动改性剂不同分子量梯度分布分别与润滑剂和熔体光滑剂混合,高分子量部分与润滑剂混合,有效促进润滑剂在挤出过程中分布在熔体外层,其润滑作用有助于减小螺杆推进中的熔压。低分子量部分与熔体润滑剂混合,由于熔体润滑剂的低粘度和高流动性,有助于减小熔体受剪切作用,防止熔体破裂和分相。本专利技术采用的润滑剂,使超高分子量聚乙烯和复合流动改性剂共混物在挤出过程中形成微分相,析出在管材内外表面,与螺杆和机筒形本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,其特征在于,包括以下组分及重量份含量:

【技术特征摘要】
1.一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,其特征在于,包括以下组分及重量份含量:其中,所述复合流动改性剂由不同分子量梯度的低分子量聚烯烃组成。2.根据权利要求1所述的一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,其特征在于,所述复合流动改性剂的分子量在5-50万,熔体流动速率在2.16kg负荷下为0.1~20g/10min,由分子量分布在4-6的线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体组成,按照不同分子量的重量份比,低分子量部分(5-15万):高分子量部分(15-50万)为1/9~3/7。3.根据权利要求1所述的一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,其特征在于,所述超高分子量聚乙烯为粘均分子量为100万-900万的乙烯与α-烯烃共聚物,分子量分布>3.0。4.根据权利要求3所述的一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,其特征在于,所述α-烯烃的摩尔分数为15%-0.1%,所述α-烯烃选自丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、环己烯或丁二烯中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,其特征在于,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸酰胺、硬脂酸、微晶石蜡或脂肪酸中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的一种UHMWPE熔融挤出级复合材料,其特征在于,所述熔体光滑剂选自超支化聚酯、超支化聚醚、超支化聚醚酮或超支化聚苯乙烯中的一种或几种。7.一种如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯玲英李志叶晓峰夏晋程赵文静洪尉沈贤婷
申请(专利权)人:上海化工研究院有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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