超高分子量聚乙烯管材的專用料及其製備和應用的製作方法
2023-12-02 11:53:46
超高分子量聚乙烯管材的專用料及其製備和應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料及其製備和應用，該專用料應用於擠出成型管材，所述的擠出成型管材具有以下特徵：(1)管材的擠出速度為2.5米/小時-6.0米/小時；(2)管材的外徑為10毫米-1200毫米；(3)管材的壁厚為2毫米-100毫米；(4)管材的擠出熔體溫度為150℃-280℃；(5)管材的粘均分子量150萬-700萬。與現有技術相比，本發明使超高分子量聚乙烯管材的生產效率提高了0.5-3倍，同時管材還具備優異的力學性能。
【專利說明】超高分子量聚乙烯管材的專用料及其製備和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於聚合物加工成型【技術領域】，涉及一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料。
【背景技術】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大於150萬的聚乙烯(PE)，是一種新型熱塑性工程塑料，它極高的分子量、高度纏繞的鏈段結構賦予其優異的力學性能、耐衝擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學腐蝕等性能。而且，UHMWPE耐低溫性能優異,在-40°C時仍具有較高的衝擊強度，甚至可在_269°C下使用。UHMWPE優異的性能使它廣泛應用於機械、紡織、造紙、礦業、化工及體育運動器械等領域，其中以大型包裝容器和管道的應用最為廣泛。另外，基於UHMWPE優異的生理惰性，已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關節等在醫藥衛生領域使用。
[0003]以UHMWPE為基礎原料製造的塑料管材具有耐磨、抗衝擊、耐腐蝕、自潤滑、不結垢等特點，是適合輸送固液混合物、固體粉末、液體、氣體等介質的理想管材。但由於UHMWPE分子鏈段很長，彼此之間相互纏繞，即使在熔融狀態下也無流動性，所以很難用一般的機械加工方法進行加工。
[0004]UHMWPE熔體為橡膠態的高粘彈體。UHMWPE的粘度非常大，高達1Pa.s,比一般熱塑性塑料要高許多，而普通聚乙烯流動性一般用流動速率(MFR)表示，是在溫度190°C，負荷為2.16Kg下測定。一般熱塑性塑料熔體流動速率在0.03~30g/10min之內，而UHMWPE在上述條件下根本測不出結果，即使把負荷加大10倍(即21.6Kg)，熔體也很難從儀器噴嘴流出。由此可見，UHMWPE加工時由於粘度大流動性是很差的。
[0005]UHMWPE具有較低的臨界剪切速率。通常把熔體剛出現破裂時的剪切速率稱為臨界剪切速率。實踐證明它隨聚乙烯分子量的增大而減小。對於相對分子量極高的UHMWPE來說，在剪切速率很低(10/s)時,就可能產生熔體破裂,在較低剪切速率下,就會產生滑流或噴流現象。所以，在UHMWPE擠出加工時會遇到由於熔體破裂而產生的裂紋現象，在UHMWPE注塑時出現噴流而使製品出現多孔狀或脫層現象。這是熱塑性方法加工UHMWPE的難題。
[0006]摩擦因數小。UHMWPE的摩擦因數極低，即使在熔融狀態下也是如此。因此，在進料過程中容易在加料段發生打滑，無法向前推進。這是螺杆法加工UHMWPE遇到的又一難題。
[0007]UHMWPE具備極其優異的性能，但是UHMWPE熔融狀態的粘度高達108Pa.S，流動性極差，UHMWPE成型加工極其困難，所以很難用一般的機械加工方法進行加工，就算流動改性後的UHMWPE，也極易產生熔體破裂。
[0008]目 前國內UHMWPE管材採用在模具內冷卻的擠出工藝實現成型的。該工藝是將流動改性的UHMWPE經單螺杆擠出機輸送、塑化、均化，然後型胚在管材模具內冷卻到材料的結晶溫度以下定型，最後擠出成型管材，國內將此成型方法稱之為UHMWPE 「硬頂法」擠出成型。中國專利CN101486250A所述的UHMWPE管材的製備方法是柱塞式擠出機擠出成型，該方法的管材成型效率低於單螺杆擠出機。[0009]UHMWPE的「硬頂法」單螺杆擠出成型，擠出速度為0.1米/小時~2.0米/小時，還是成型效率低，不能滿足工業用管的工業化大生產的需求。由於「硬頂法」單螺杆擠出成型是將管材型胚在模具裡冷卻到材料的結晶溫度下固化後擠出，擠出速度快，管材型胚來不及冷卻固化，造成成型後的管材變形。
【發明內容】
[0010]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料及其製備和應用。
[0011]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，該專用料應用於擠出成型管材，其特徵在於，所述的擠出成型管材具有以下特徵:
[0012](I)管材的擠出速度為2.5米/小時-6.0米/小時；
[0013](2)管材的外徑為10毫米-1200毫米；
[0014](3)管材的壁厚為2毫米-100毫米；
[0015](4)管材的擠出熔體溫度為150°C -280°C ；
[0016](5)管材的粘均分子量150萬-700萬；
[0017]所述的專用料的原料包括以下重量組分:
[0018]
【權利要求】
1.一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，該專用料應用於擠出成型管材，其特徵在於，所述的擠出成型管材具有以下特徵: (1)管材的擠出速度為2.5米/小時-6.0米/小時； (2)管材的外徑為10毫米-1200毫米； (3)管材的壁厚為2毫米-100毫米； (4)管材的擠出熔體溫度為150°C-280°C ； (5)管材的粘均分子量150萬-700萬； 所述的專用料的原料包括以下重量組分:超高分子量聚乙烯100份聚爆燒類聚合物#潤滑劑0.1~10 # 成核劑0.05-5
2.根據權利要求1所述的一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特徵在於，所述的超高分子量聚乙烯為粘均分子量為150萬-700萬聚乙烯的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特徵在於，所述的聚烯烴類聚合物為茂金屬聚烯烴。
4.根據權利要求3所述的一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特徵在於，所述的茂金屬聚烯烴為茂金屬低密度聚乙烯、茂金屬高密度聚乙烯、茂金屬超低密度聚乙烯、茂金屬線性低密度聚乙烯、茂金屬聚烯烴彈性體、茂金屬聚苯乙烯中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特徵在於，所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、石蠟、氯化石蠟、硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸錫中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特徵在於，所述的成核劑為碳酸鈣、碳酸鈉、氮化硼、滑石粉、二氧化矽、二氧化鈦、對羥基苯甲酸、D-山梨醇、苯甲酸鈉中的一種或幾種。
7.—種如權利要求1所述的用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材專用料的製備方法，其特徵在於，該方法按重量份將100份超高分子量聚乙烯、0.5-40份聚烯烴類聚合物、0.1-10份潤滑劑、0.05-5份成核劑置於混合器中進行混合，混合時間為1-60分鐘，得到超高分子量聚乙烯管材專用料。
8.—種如權利要求1所述的用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材專用料的應用，其特徵在於，將超高分子量聚乙烯管材專用料應用於擠出成型管材，具體包括以下步驟:將超高分子量聚乙烯管材專用料放入單螺杆擠出機的餵料區，通過螺杆輸送擠出，然後在管材模具中壓縮、成型、冷卻。
9.根據權利要求8所述的一種用於快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料的應用，其特徵在於，所述的管材具有20MPa以上的屈服強度、30MPa以上的拉伸強度、350%以上的延伸率、100KJ/m2以上的雙缺口衝擊強度。
【文檔編號】C08K3/38GK104031305SQ201410191535
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】張煒, 馮玲英, 葉純麟, 洪尉, 夏晉程 申請人:上海化工研究院