一种基于改性钛金属的UHMW合金管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超高分子量聚乙烯管材技术领域，公开了一种基于改性钛金属的UHMW合金管，包括100份～120份超高分子量聚乙烯、20份～40份多相复合微球、2份～7份抗氧化剂和2份～5份热稳定剂；所述多相复合微球的壳材为聚合物填料，芯材为吸附有润滑油的纳米多孔填料；纳米多孔填料为二氧化钛柱撑蒙脱土复合材料，所述多相复合微球中，聚合物填料：二氧化钛：蒙脱土：润滑油的重量比为8～12:3～5:5～10:1～3。公开了制备方法，包括混料、挤出、模具成型、冷却定型和牵引切割。本发明专利技术通过多相复合微球能够增强UHMW合金管的耐侯性、耐磨性和拉伸强度，同时使得二氧化钛的分散度高，还可以提升UHMW合金管的润滑度，降低聚乙烯分子链之间的摩擦，从而降低UHMW合金管的磨损，延长其服役寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改性钛金属的UHMW合金管及其制备方法
本专利技术属于聚乙烯管材
，具体地说，涉及一种基于改性钛金属的UHMW合金管。
技术介绍
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是平均分子量超过150万的一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。UHMWPE具有优越的抗冲击性能、耐磨擦性能和耐低温性能，因而广泛应用于管道材料中。但是由UHMWPE制成的管材在使用过程中，由于UHMWPE为线性结构以及导热系数低的特性，摩擦生热时容易使材料温度升高，UHMWPE容易发生蠕变和强度疲劳而影响材料的耐磨擦等性能。目前常通过物理改性和化学改性的方法进行改进处理，用以提高UHMWPE的耐热性能和耐磨性能等，用以扩大UHMWPE的应用。物理改性中的填料改性是对UHMWPE的各方面性能进行改善最简单、最直接的改性方法，不同的填料添加到UHMWPE中可以改善UHMWPE的各种性能。二氧化钛是一种重要的无机化工原料产品，广泛应用于众多领域中，如涂料、造纸、塑料、纤维和橡胶等领域。纳米二氧化钛具有大的比表面积和界面，能够进入到聚合物材料中改善聚合物的性能。纳米二氧化钛由于具有较大比表面积、使其表面能高，处于一种非热力学稳定形态，纳米二氧化钛很容易形成软团聚体，使得纳米二氧化钛与UHMWPE的共混性差，界面强度不高等问题。目前多通过在纳米二氧化钛与UHMWPE混合时引入偶联剂对纳米二氧化钛进行改性处理，从而提高两者混合界面的强度。偶联剂对纳米二氧化钛的改性有一定的局限性，偶联剂接枝于纳米二氧化钛表面的官能团有限，使得纳米二氧化钛的分散效果一般、与UHMWPE的界面交合强度低，从而使得UHMW合金管的耐热性、耐候性和强度较低。目前为了提高UHMW合金管的耐磨性能，减少磨损，常加入润滑剂用以减少UHMWPE分子链之间的摩擦。但润滑剂在树脂基体中的分散性能较差，常常需要进行改性处理；且在UHMW合金管的使用过程中，润滑剂容易流失，从而使得UHMW合金管变得粗糙，耐磨性能差。
技术实现思路
经过大量的研究，我们发现，在UHMW合金管中加入多相复合微球，多相复合微球的壳材为聚合物填料，芯材为吸附有润滑油的纳米多孔填料；纳米多孔填料为二氧化钛柱撑蒙脱土复合材料，使得多相复合微球兼具二氧化钛和聚合物材料的性能，同时还由于吸附了润滑油，因而具有优良的润滑效果，进而使得UHMW合金管的耐候性、耐磨性、强度和热稳定性增强。因此，本专利技术的第一个目的在于，提供一种基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，各组分按重量份数计，包括100份～120份超高分子量聚乙烯、20份～40份多相复合微球、2份～7份抗氧化剂和2份～5份热稳定剂；所述多相复合微球的壳材为聚合物填料，芯材为吸附有润滑油的纳米多孔填料；纳米多孔填料为二氧化钛柱撑蒙脱土复合材料；所述多相复合微球中，聚合物填料：二氧化钛：蒙脱土：润滑油的重量比例为8～12:3～5:5～10:1～3。本专利技术的第二个目的在于，提供一种基于改性钛金属的UHMW合金管的制备方法，包括如下步骤：混料：按比例称取各组分，并将各组分加入混合机，混合得到混料；熔融挤出：将混料喂入挤出机，经压缩、熔融和均化，得到高粘弹性熔体，并连续挤出；模具成型：高粘弹性熔体进入管材模具，在成型段融合为管状型胚；冷却定型：管状型胚进入冷却定径装置，温度降至室温，固定成型；牵引切割：已成型的管材通过切割机进行管材的定长切断，且使断面平整本申请将多相复合微球加入到超高分子量聚乙烯中，再添加其他助剂形成UHMW合金管，能够大幅提升UHMW合金管耐候性、耐磨性、光滑性、耐热性以及拉伸强度。多相复合微球是以聚合物填料为壳材，将多相复合微球与超高分子量聚乙烯共混时，能够均匀分布于超高分子量聚乙烯中，这是由于壳材为聚合物填料，聚合物填料与超高分子量聚乙烯有着相似的结构，两者在交合时，分子结构发生交联，能够提升两者的界面交合强度。多相复合微球是以吸附有润滑油的纳米多孔填料为芯材，芯材中包含有蒙脱石、二氧化钛以及润滑油，这三种填料可以增强超高分子量聚乙烯的热稳定性、拉伸强度、耐候性、润滑度以及耐磨性；这三种填料集齐于一体，避免多次添加的麻烦，通过一次添加即可完成；且这三种填料本身均不易在树脂基体中分散，将这三种填料复合在一起，可以一次性进行包膜改性，使得其能够很好的分散在树脂基体中；二氧化钛柱撑蒙脱土用以提供给蒙脱土更多的空间，用以增大表面活性，还可以提升蒙脱土负载润滑油的负载量。多相复合微球在均匀分布于超高分子量聚乙烯的过程中，二氧化钛、蒙脱土和润滑油同样均布于超高分子量聚乙烯中，能够解决现有技术中二氧化钛容易团聚，分布不均的问题，同时还可以提升UHMW合金管的拉伸强度。同时润滑油处于多相复合微球的内部，能够对润滑油起着缓释自润滑作用。UHMW合金管在使用过程中，若受到挤压、碰撞等，多相复合微球发生破损，润滑油流出，能够降低聚乙烯分子间的磨损，从而起到润滑作用，进而提升UHMW合金管的服役寿命。聚合物填料具有低粘度、加工流动性强的优势，将多相复合微球加入到超高分子量聚乙烯中，能够提升超高分子量聚乙烯的流动性，便于加工，使得使用单螺/双螺挤出螺杆即可成型。本专利技术的有益效果表现在：多相复合微球能够增强UHMW合金管的耐侯性、耐磨性热稳定性和拉伸强度，同时使得二氧化钛和润滑油的分散度高，还可以提升UHMW合金管的润滑度，降低聚乙烯分子链之间的摩擦，从而降低UHMW合金管的磨损，延长其服役寿命。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。第一，本专利技术提供了一种基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，各组分按重量份数计，包括100份～120份超高分子量聚乙烯、20份～40份多相复合微球、2份～7份抗氧化剂和2份～5份热稳定剂；所述多相复合微球的壳材为聚合物填料，芯材为吸附有润滑油的纳米多孔填料；纳米多孔填料为二氧化钛柱撑蒙脱土复合材料；所述多相复合微球中，聚合物填料：二氧化钛：蒙脱土：润滑油的重量比例为8～12:3～5:5～10:1～3。进一步地，聚合物填料包括能够发生单体聚合、与超高分子量聚乙烯混溶的高分子材料。在本专利技术中，除了选择二氧化钛作为无机纳米填料之外，还可以选择纳米碳化硼、纳米三氧化二铝、纳米碳纤维、纳米二氧化硅或纳米石墨烯。或者，还可以将上述的无机纳米填料进行复配，形成多相无机纳米填料。多相无机纳米填料与单相无机纳米填料相较，能够进一步提升超高分子量聚乙烯的各方面性能，如耐候性、抗老化、耐热性等。在本专利技术中，聚合物填料是可与超高分子量聚乙烯混溶的聚合物填料，聚合物填料可以是中/低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酞胺、聚丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，各组分按重量份数计，包括100份～120份超高分子量聚乙烯、20份～40份多相复合微球、2份～7份抗氧化剂和2份～5份热稳定剂；/n所述多相复合微球的壳材为聚合物填料，芯材为吸附有润滑油的纳米多孔填料；所述纳米多孔填料为二氧化钛柱撑蒙脱土复合材料；所述多相复合微球中聚合物填料：二氧化钛：蒙脱土：润滑油的重量比例为8～12:3～5:5～10:1～3。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，各组分按重量份数计，包括100份～120份超高分子量聚乙烯、20份～40份多相复合微球、2份～7份抗氧化剂和2份～5份热稳定剂；
所述多相复合微球的壳材为聚合物填料，芯材为吸附有润滑油的纳米多孔填料；所述纳米多孔填料为二氧化钛柱撑蒙脱土复合材料；所述多相复合微球中聚合物填料：二氧化钛：蒙脱土：润滑油的重量比例为8～12:3～5:5～10:1～3。


2.根据权利要求1所述的基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，所述多相复合微球的芯材的制备方法为，将二氧化钛柱撑蒙脱土放入润滑油中，真空条件下，在一定温度下超声吸附处理后，分离得到芯材。


3.根据权利要求1所述的基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，所述多相复合微球的制备方法为，
S1将吸附有润滑油的纳米多孔填料加入包含有乳化剂的水溶液中，混合得到分散相；
S2将聚合物预聚体和分散相加入密炼机中反应，反应完毕后，抽滤，洗涤，烘干后得到多相复合微球。


4.根据权利要求3所述的基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，所述聚合物填料为中/低密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚氨树脂。


5.根据权利要求4所述的基于改性钛金属的UHMW合金管，其特征在于，所述多相复合微球的壳材为中密度聚乙烯，所述多相复合微球的制备方法为，
S1将吸附有甲基硅油的纳米多孔填料加入包含有十二烷基苯磺酸钠的水溶液中，混合得到分散相；
S2中密度聚乙烯预聚体和分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵耀鑫，赵景峰，张营飞，王梦尧，
申请(专利权)人：云南鑫科新材料工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53