降低碳酸鈣顆粒填充超高分子量聚乙烯材料加工溫度的方法
2023-08-22 08:42:31 1
專利名稱：降低碳酸鈣顆粒填充超高分子量聚乙烯材料加工溫度的方法
技術領域：
本發明涉及一種化工工藝，具體涉及一種降低碳酸鈣顆粒填充超高分子
量聚乙烯材料(UHMWPE)加工溫度的方法。
背景技術：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種新型的工程塑料，其分子量在 150萬以上，UHMWPE具有優異的耐腐蝕、耐衝擊、耐磨和自潤滑等性能， 尤其耐磨性能為各大塑料之冠，作為人造關節等材料被廣泛應用於醫學、微 電子等尖端領域。但其同時也具有耐溫性能差、模量低、加工流動性能差等 缺點，因此必須對其進行改性處理，無機顆粒填充改性UHMWPE是其中使 用最為廣泛的 一種方法，無機顆粒的加入可以有效提高UHMWPE的剛度、 模量、尺寸穩定性和耐溫性能，碳酸釣顆粒填充UHMWPE是其中應用最為 廣泛的複合材料之一。
目前，碳酸4弓顆粒填充UHMWPE加工方式基本是通過雙螺杆熔融共混 的方式得到，由於UHMWPE過高的分子量，導致其熔體具有很高的加工粘 度，嚴重影響了 UHMWPE的加工性能，且很高的熔體粘度要求其加工溫度 必須達到280。C以上方可進行。過高的加工溫度常常會引起UHMWPE的降 解，導致複合材料的綜合性能下降，使UHMWPE本身所具有的優越性能難 以體現，並影響產品質量和使用壽命下降，嚴重時還會引起HDPE的結焦碳 化，從而造成產品顏色變黃，破壞產品美觀，而碳化物在加工設備上的沉積，還會引起加工設備性能的下降和使用壽命的降低。同時過高的加工溫度還會
耗費大量能源，導致生產成本上升。如何在不影響UHMWPE使用性能的情
況下提高降低加工溫度和熔體粘度一直是人們關注的焦點。
發明內容
本發明是針對碳酸鈣顆粒填充UHMWPE加工中存在的上述問題，提供 一種降低碳酸鈣顆粒填充超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)加工溫度的方 法，從而有效降低複合材料的加工粘度，達到降低碳酸鉤顆粒填充UHMWPE 加工溫度的目的，在無需任何附加設備改造和資金投入的情況下有效的解決 上述問題。
本發明目的是通過以下技術方案來實現的
一種降低碳酸鈣顆粒填充超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE )加工溫度 的方法，其特徵在於，步驟如下
(1) .將兩種粒徑不同的碳酸釣顆粒按照特定的粒徑和質量配比進行混合；
(2) .將上述混合物以20% ~ 50%的質量比例填充超高分子量聚乙烯材料 (UHMWPE );
以上方案中所述的兩種特定粒徑的碳酸釣顆粒是碳酸釣I: 200目
至600目；-灰酸釣II: 800目至2500目；
其中填料碳酸4丐I與碳酸4丐II的質量之比為30: 70至70: 30。 上述的"以20%~50%的質量比例填充UHMWPE"，是指碳酸鉀填料
和UHMWPE的質量之比為20: 80至50: 50;
將上述兩種粒徑不同的碳酸鉤顆粒按特定的粒徑和質量配比進行混合
後以特定比例填充到UHMWPE中，可以使其加工溫度得到大幅度的下降(3(TC左右)，從而實現降低UHMWPE的加工粘度和加工溫度，改善其加 工性能，減少聚合物在加工過程中的高溫降解、變色泛黃和結焦碳化，以提 高產品機械性能、表面色澤和降低加工機械損耗，並可以在一定程度上減少 UHMWPE複合材料的加工能耗，降低生產成本。
優化方案中兩種粒徑不同的碳酸4丐顆粒配比，推薦採用碳酸釣I : 200 目和碳酸4丐II: 800目配比；或者；石友酸釣I : 325目和石友酸鉀I1, 1500目 配比；或者石友酸鉤I : 600目和石友酸鉤II: 2500目配比。
優化方案中兩種粒徑不同的碳酸4丐顆粒質量之比為40: 60至60: 40, 其中當大粒徑和小粒徑填料的質量比為60: 40時，其改善加工性能的效果 最佳。
所述的石友酸4丐和UHMWPE的質量之比為30: 70 ~ 40: 60。 另一優化方案上述的填充碳酸鉤填料均經過中質量比1%~3%的硬脂
酸的表面處理。硬脂酸的表面處理劑的最佳質量配比為2%(以全部碳酸4丐
填料的質量為100%)。 本發明的優點
本發明工藝流程簡易，操作簡單易行，無需任何額外投資和設備改造。 本發明能明顯降低UHMWPE的加工溫度(3(TC左右)，確保複合材料
色澤無泛黃變色，使複合材料的機械性能提高25%以上，還可實現減少能耗，
降低生產成本的目的。
具體實施方式
實施例1:
將200目碳酸鉤和800目碳酸釣按照60: 40的比例進行混合，並以30y。的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190， 230， 245, 250°C時可以達到正常加工單一 200目或800目碳S臾鉤顆粒填充HDPE時溫度依次為190， 250， 275, 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，衝擊性能比單一200目或800 目碳酸4丐顆粒填充UHMWPE分別提高39 %和35 % 。 實施例2:
將200目碳酸鈞和800目碳酸鉤按照30: 70的比例進行混合，並以50 。/o的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190, 230, 245， 250。C時可以達到正常加工單一 200目或800目碳酸4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190, 250， 275， 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，沖擊性能比單一200目或800 目碳酸鉤顆粒填充UHMWPE分別提高36 %和32 % 。
實施例3:
將200目碳酸4丐和800目碳酸釣按照70: 30的比例進行混合，並以40 %的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190, 230, 245， 250。C時可以達到正常加工單一 200目或800目石友S臾4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190, 250, 275， 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，沖擊性能比單一200目或800 目碳S吏鉤顆粒填充UHMWPE分別提高34 %和30 % 。
實施例4:
將325目碳酸4丐和1500目碳酸4丐按照60: 40的比例進行混合，並以50 %的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變4義雙螺杆擠出，其螺杆
7各段及片幾頭加工溫度依次為190， 230, 245， 250°C時可以達到正常加工單一 200目或800目碳酸釣顆粒填充HDPE時溫度依次為190， 250， 275, 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，衝擊性能比單一 325目或1500 目碳酸鉤顆粒填充UHMWPE分別提高35 %和32 % 。 實施例5:
將325目碳酸鉤和1500目碳酸4丐按照30: 70的比例進行混合，並以30 。/o的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190， 230, 245, 250。C時可以達到正常加工單一 200目或800目石友酸鉤顆粒填充HDPE時溫度依次為l卯，250， 275, 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，衝擊性能比單一325目或1500 目碳酸鉤顆粒填充UHMWPE分別4是高36 %和33 % 。
實施例6:
將325目碳酸4丐和1500目碳酸鉤按照40: 60的比例進行混合，並以50 %的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190, 230， 245, 250。C時可以達到正常加工單一 200目或800目碳酸4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190， 250， 275, 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，衝擊性能比單一325目或1500 目碳酸鉤顆粒填充UHMWPE分別提高33 %和30 % 。
實施例7:
將325目碳酸鉤和1500目碳酸鉤按照40: 60的比例進行混合，並以20 %的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190， 230， 245， 250。C時可以達到正常加工單一
8200目或800目石友酸4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190, 250， 275, 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，衝擊性能比單一325目或1500 目碳酸4丐顆粒填充UHMWPE分別提高29 %和26 % 。 實施例8:
將600目-友酸釣和2500目碳酸釣按照40: 60的比例進行混合，並以50 。/。的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190， 230, 245, 250。C時可以達到正常加工單一 600目或2500目石友酸4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190， 250, 275， 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，沖擊性能比單一200目或800 目碳酸4丐顆粒填充UHMWPE分別提高37 %和33 % 。
實施例9:
將600目碳酸鉤和2500目碳酸4丐按照60: 40的比例進行混合，並以30 %的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190， 230, 245, 250。C時可以達到正常加工單一 600目或2500目石灰酸4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190, 250， 275, 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，沖擊性能比單一200目或800 目碳酸4丐顆粒填充UHMWPE分別提高39 %和35 % 。
實施例10:
將600目碳酸4丐和2500目碳酸釣按照50: 50的比例進行混合，並以20 %的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為l卯，230, 245, 250。C時可以達到正常加工單一 600目或2500目碳酸4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190, 250, 275, 280°C時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，衝擊性能比單一200目或800 目石灰酸4丐顆粒填充UHMWPE分別4是高32 %和28 % 。 實施例11:
將600目碳酸4丐和2500目碳酸釣按照30: 70的比例進行混合，並以40 0/。的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190, 230, 245， 250。C時可以達到正常加工單一 600目或2500目石友酸鉤顆粒填充HDPE時溫度依次為190， 250, 275， 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，衝擊性能比單一200目或800 目石友酸鉤顆粒填充UHMWPE分別提高36 %和32 % 。
實施例12:
將600目碳酸釣和2500目碳酸4丐按照70: 30的比例進行混合，並以50 %的填充比例填充UHMWPE複合材料。以哈克流變儀雙螺杆擠出，其螺杆 各段及機頭加工溫度依次為190， 230， 245， 250。C時可以達到正常加工單一 600目或2500目碳酸4丐顆粒填充HDPE時溫度依次為190, 250, 275， 280°C 時同樣的加工效果。且顏色得到更好的保持，沖擊性能比單一200目或800 目碳酸鉤顆粒填充UHMWPE分別提高37 %和33 % 。
權利要求
1、一種降低碳酸鈣顆粒填充超高分子量聚乙烯材料加工溫度的方法，其特徵在於，步驟如下(1). 將兩種粒徑不同的碳酸鈣顆粒按照特定的粒徑和質量配比進行混合；(2). 將上述混合物以20％～50％的質量比例填充超高分子量聚乙烯材料；所述的兩種特定粒徑的碳酸鈣顆粒是碳酸鈣I200目至600目；碳酸鈣II800目至2500目；其中填料碳酸鈣I與碳酸鈣II的質量之比為30:70至70:30。
2、 根據權利要求1所述的降低碳酸鉤顆粒填充超高分子量聚乙烯材料 加工溫度的方法，其特徵在於，所述兩種粒徑不同的碳酸釣顆粒配比是碳酸鉤I : 200目和-友酸4丐II: 800目配比；或者； 碳酸釣I : 325目和碳酸鉤H, 1500目配比；或者； 碳酸釣I : 600目和碳酸釣II: 2500目配比。
3、 根據權利要求2所述的降低碳酸鈣顆粒填充超高分子量聚乙烯材料 加工溫度的方法，其特徵在於，所述兩種粒徑不同的碳酸鈣顆粒質量之比為 40: 60至60: 40。
4、 根據權利要求3所述的降低碳酸鉀顆粒填充超高分子量聚乙烯材料 加工溫度的方法，其特徵在於，所述兩種粒徑不同的碳酸釣顆粒質量之比為 碳酸鉤I與碳酸釣II的質量比為60: 40。所述的碳酸4丐和UHMWPE的質量之比為30: 70-40: 60。
5、 根據權利要求1 4之一所述的降低碳酸鉤顆粒填充超高分子量聚乙烯材料加工溫度的方法，其特徵在於，所述的填充碳酸鈞填料均經過質量比為1%~3%的硬脂酸的表面處理。
6、 根據權利要求5所述的降低碳酸4丐顆粒填充超高分子量聚乙烯材料 加工溫度的方法，其特徵在於，所述的硬脂酸的表面處理劑的質量配比為 2%。
7、 根據權利要求6所述的降低碳酸鉤顆粒填充超高分子量聚乙烯材料 加工溫度的方法，其特徵在於，所述的碳酸釣填料和超高分子量聚乙烯材料 的質量之比為30: 70至40: 60。
全文摘要
降低碳酸鈣顆粒填充超高分子量聚乙烯材料加工溫度的方法，其特徵在於，步驟如下(1)將兩種粒徑不同的碳酸鈣顆粒按照特定的粒徑和質量配比進行混合；(2)將上述混合物以20％～50％的質量比例填充超高分子量聚乙烯材料；所述的兩種特定粒徑的碳酸鈣顆粒是碳酸鈣I200目至600目；碳酸鈣II800目至2500目；其中填料碳酸鈣I與碳酸鈣II的質量之比為30∶70至70∶30。優化方案中兩種不同粒徑的碳酸鈣填料均經過1-3％硬脂酸表面處理。本發明可以顯著降低聚合物複合材料的加工溫度(30℃左右)，保證複合材料色澤無泛黃變色，使複合材料的機械性能提高25％以上，並可實現減少能耗，降低成本的目的。
文檔編號C08J3/20GK101456960SQ200810242660
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者周寧琳, 徐九春, 珏 方, 朱皓淼, 健 沈, 峻 章, 宏 莫, 馬振毛 申請人:南京師範大學