一种超高分子量聚乙烯公路护拦材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及公路护栏技术领域，特别是涉及一种防撞公路护栏材料及其制造方法。该护拦材料基本组成为重均分子量５０万以上的超高分子量聚乙烯，ＵＨＭＷＰＥ护拦材料优选纵向抗拉强度是Ｑ２３５碳钢的１／４－１／２，优选１００－１８０ＭＰａ，纵向断裂伸长率是Ｑ２３５碳钢的２．５倍以上，优选５０－３５０％；该护栏材料的连续生产方法主要包括：预溶胀处理、平行同向双螺杆挤出机内溶解混炼、挤出成型、拉伸强化。与现有碳钢护栏相比，在同样不断裂的情况下，本发明专利技术的护拦材料在吸收同样冲击功的条件下具有更长的变形驰豫时间和更大的弹塑性变形面积和变形量，对车辆和乘员的伤害大大减小，安全性更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及公路护栏
，特别是涉及一种防撞公路护栏材料及其制造方法。
技术介绍
设置于公路路基两侧和中央隔离带的护栏，具有防止偏离正常行进方向的高速车辆冲出路面、减轻对车辆和乘员的撞击伤害、并对偏离道路方向的车辆进行改向的保护作用。现代的高速道路护栏有两个相对矛盾的要求，一是要求护栏材料在纵向或道路方向具有足够高的拉伸强度，相对小的变形，以防止车辆偏离正常轨迹过多；二是在车辆和护栏材料撞击时，护栏材料能够发生相对大一些的弹塑变形从而吸收冲击能量，对车辆进行适度的减速，减轻车辆的变形和损伤。目前国内外使用的公路护栏材料主要有三种类型，包括1、厚大的刚性混凝土护栏；2、缆索护栏；3、碳钢材料制造的波形梁护栏板，常采用Q235冷轧成形后热镀锌制成，立柱常采用碳钢焊接成管后热镀锌制成。刚性混凝土护栏具有最佳的防车辆越出性能，适用窄的中央隔离带，缺点是撞击时对车辆的加速度最大，对车辆和人员的伤害最为严重，另外刚性混凝土护栏具有强烈的行驶压迫感和不安全感，安全性有限。缆索护栏属柔性护栏，缆索护栏通常采用镀锌钢绞线制成，车辆碰撞时缆索在弹性范围内工作，但缆索护栏施工复杂，成本高，视线诱导功能差，仅用于一些要求美观的风景区等场合。钢制波形梁护栏常用基材为碳钢材料Q235，其屈服强度为235MPa，杨氏弹性模量为200GPa，抗拉强度在370MPa左右，断裂伸长率在22％左右，冷轧强化后局部抗拉强度可以达到370-600MPa左右。采用如此高强度的碳钢材料制造公路护栏主要基于以下优点1、高强度、高弹性模量的碳钢材料在被撞时发生相对小的变形量，因此具有相对高的防车辆越出性能；2、相对其他金属材料具有成本优势；3、与厚大的刚性混凝上护栏相比，波形梁护栏板具有一定的变形吸能作用和良好的视向诱导功能，没有行驶压迫感。基于这些优点，目前的公路护栏材料90％以上采用钢制波形梁护栏板。汽车采用的结构材料也主要是碳钢材料，如车身采用冲压成形的钢板，与钢制护栏材料具有接近的力学性能，因此在二者撞击时往往车辆的损毁也比较严重，另外因为护栏钢板的变形弛豫时间较短，对车辆产生较大的加速度，对车辆和乘员的冲击伤害较大。另外经典的4320*310*85*3(mm)的波形梁护栏板一根就具有近50公斤的重量，比较笨重，生产、运输、安装均不方便。另外为防止碳钢腐蚀采用的热镀锌工艺还存在环境污染的问题。因此，需要开发兼具适当高的抗拉强度和高的断裂伸长率、良好的冲击功吸收能力和适当高的变形驰豫性能、行使安全感好、无压迫感、好的防车辆越出性能、好的视线诱导性能、安全性好、综和经济性好的新型公路护栏材料和新型制造方法。中国专利技术专利申请CN1654745A文献中提出用玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制造公路护栏，但是该复合材料抗拉强度较低、韧性差，抗拉强度一般小于40MPa，抗冲击性能较差，简支梁抗冲击强度一般小于40KJ/m2；在车辆与护栏撞击时，复合材料护栏易断裂，起不到安全防护作用。中国专利技术专利申请CN1670311文献中提出用废旧轮胎加添加剂挤出成型制成护栏体，采用该方法制造的材料抗拉强度和弹性模量较低难以达到护栏材料的要求。在现有塑料中超高分子量聚乙烯(以下简称UHMWPE)的抗冲击强度、冲击功吸收能力都居于首位，UHMWPE原料是一种白色粉末状材料，其实密度仅0.93-0.94g/cm2，50万以上相对高的分子量以及毛线团状的分子链相互密集缠结结构赋予了它突出的性能，与众多的热塑性聚合物材料相比，超高分子量聚乙烯制成品具有极低的摩擦系数、良好的抗磨粒磨损性能、耐腐蚀、耐低温、耐冲击、耐应力开裂、卫生无毒等诸多优点，无缺口冲击试样甚至利用现有的冲击实验测试手段冲不断，即使在液氮温度(-196℃)下也能保持优异的冲击强度和一定的延展性，而普通碳钢则呈现低温脆性。虽然UHMWPE制品具有如此优异的综合性能，但是其加工难度非常大，主要表现在1、极高的熔融粘度，流动性极差；2、UHMWPE摩擦系数小，高粘弹态的熔体用普通的单螺杆挤出机难以连续输送加工；3、熔体挤出时临界剪切速率低，易出现熔体破裂。目前纯的UHMWPE的板材、管材、棒材主要采用粉末冶金的工艺方法加工，即通过预压制、预热、模具中压制烧结、定型、冷却等断续生产工序，难以实现高效率、低成本加工，尽管目前UHMWPE原料价格仅1.3-1.4万/吨，但是模压烧结制品的售价往往在3.5万/吨左右，尽管UHMWPE的密度是碳钢的近1/8，模压烧结UHMWPE制品虽可通过加大厚度等满足力学上的要求，但是在经济上同目前成熟的热镀锌碳钢材料护栏板相比就没有优势。。另外采用此法制造的UHMWPE制品抗拉强度一般在20-35MPa左右，尽管断裂伸长率高达300％，由于抗拉强度和弹性模量稍低，若直接用模压烧结的UHMWPE制品代替碳钢材料，其防车辆越出性能、安全性不够理想。采用普通塑料常用的单螺杆挤出机直接挤出成型工艺实现UHMWPE制品的连续化、低成本生产是很多科技工作者和实业家追求的目标，日本的三井石化早在20世纪七十年代研制出用改进的Φ65单螺杆挤出机直接挤出成型UHMWPE棒材；北京市塑料研究所也于“六五”、“七五”期间研制出单螺杆挤出机直接挤出成型UHMWPE棒材；北京化工大学在充分研究的UHMWPE螺杆输送机理的基础上也曾在20世纪九十年代研制出采用改进的单螺杆挤出机直接挤出成型棒材、管材、片材、线材，并实现了小批量生产。采用改进的螺杆、螺筒结构虽实现了纯的UHMWPE制品的连续生产，但是由于纯UHMWPE的临界剪切速率低，生产速度和制品表观质量还是个问题。为改进UHMWPE的加工难题和生产效率，清华大学、中科院化学所、上海化工研究院、北京东方化工厂等单位在UHMWPE材料共混改性配方方面也做过不少显著的改进工作，如中国专利申请98100960报导采用填加液晶高分子与UHMWPE共混改性，改善了单独采用UHMWPE熔体流动性差的缺点；但是液晶高分子材料成本太高，在经济上有压力。中国专利申请01100016报导采用填加层状硅酸盐与UHMWPE共混改性，虽可改善UHMWPE的加工特性，改性添加料的成本也具有优势，但是由于二者难以实现分子层面的微观混合，制品易出现应力集中，与纯UHMWPE相比，制品的韧性有所下降。中国专利CN1216936C报导采用填加0.5-10份的纳米无机材料和0.5-30份的HDPE、LLDPE、硅酮、氢化石油树脂、含氟聚合物中的一种或其混合物以及其他助剂对UHMWPE采用双螺杆挤出机共混改性、造粒，改性UHMWPE粒子的熔融指数可调整至0.12-0.27。但是由于UHMWPE在双螺杆挤出机中与文献中所述的共混改性剂混炼时，分子链不能充分解缠，加上UHMWPE存在一定的分子量分布，改性料难免出现部分凝胶和应力集中现象，与纯UHMWPE压制烧结成型制品相比，采用上述改性料挤出成型制造的产品仍存在抗冲击韧性和强度不足的缺点。中国专利申请200410022004.6报导采用填加聚丙烯10-30份和其他助剂对UHMWPE采用双螺杆挤出机共混改性、造粒，也可以明显降低UHMWPE的高温熔体粘度、提高临界剪切速率、改善加工流动性，改性料可以用普通的模压、挤出、注塑成型等工艺加工。基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯公路护拦材料及其制造方法，其特征在于该护拦材料基本组成为重均分子量５０万以上的超高分子量聚乙烯，制品的纵向抗拉强度８０－２８０ＭＰａ，断裂伸长率４５－４５０％；　　　　该护栏材料的制造方法主要包括如下步骤：　　　　（１）预溶胀处理，将超高分子量聚乙烯ＵＨＭＷＰＥ粉料１５－５０重量份和室温不溶、高温溶解良好的辅料潜溶剂５０－８５重量份在５０－１２０℃下进行保温预溶胀处理２－４８小时形成预混料，并加入其他辅料：阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、填充剂、着色剂、聚烯烃及其共聚物、热塑性弹性体；　　　　（２）溶解混炼，将上述预溶胀处理充分的ＵＨＭＷＰＥ预混料经计量泵定量、连续地输送进平行同向双螺杆挤出机进行进一步加热、溶解、混炼成１６０－２２０℃的均匀熔体状混合物；　　　　（３）挤出成型、拉伸强化，将上述高温均匀熔体状混合物连续送进成型模头和辅机组，经熔体拉伸、冷却结晶、固形物拉伸强化、冷却成所需形状的护栏材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖久梅，邓新建，
申请(专利权)人：肖久梅，邓新建，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]