CN101058651A

CN101058651A - 超高分子量聚乙烯制品的配方及其制备方法

Info

Publication number: CN101058651A
Application number: CN 200610039727
Authority: CN
Inventors: 王德禧; 黄学祥; 严为群; 李猛; 陈勇
Original assignee: Jiangsu Lianguan Science & Technology Development Co ltd; Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Jiangsu Lianguan Science & Technology Development Co ltd; Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-10-24

Abstract

本发明涉及到一种超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制品——如管材和板材的配方及其制备方法，其配方包括如下组份、并且各组份的重量百分比为：超高分子量聚乙烯树脂：92～97，润滑剂：2～7.5，成核剂：0.05～0.7，流变学加工助剂：0.01～0.4。其制备方法是：将所述的各组份计量并充分混合后，加入到按近熔点理念设计加工的单螺杆挤出机中，挤出温度为100－200℃，物料经预热后在模具头中塑化、定型段冷却凝固，最终生产出连续稳定、分子量在250万以上的、直径可达50－200mm的UHMWPE管材或尺寸可达(5－20)×500的板材及异型材。本发明的UHMWPE管材、板材及异型材可广泛应用于化工、矿山、造纸、冶金、煤炭、电力、军事、体育等多种行业和领域。

Description

超高分子量聚乙烯制品的配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热塑性高分子材料制品的配方及其加工方法，特别涉及一种制品分子量在250万以上的超高分子量聚乙烯制品——如超高分子量聚乙烯管材和板材的配方和制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)于1957年由美国联合化学公司用齐格勒催化剂首先研制成功。这是一种线型聚合物，分子量通常在100万-500万，结晶度65-85％，密度0.92-0.96g/cm³，同众多的聚合物材料相比，UHMWPE具有摩擦系数小、磨耗低、耐化学药品性优良的特点，而且还具有耐冲击、耐压性、抗冻性、保温性、自润滑性、抗结垢性、耐应力开裂性、卫生性等优良特性。这些优良特性使UHMWPE管材具有重要的实用价值。被喻为“正在迅速崛起的新型的热塑性工程材料”，在众多领域中具有重要的实用价值。

UHMWPE分子量高达数百万，超常分子链间的无序缠结，使其分子链段对热运动反应迟缓，表现为熔体粘度高达10⁸Pa·s，流动性极差，加之临界剪切速率极低，易产生熔体破裂等缺点，使其难以用常规塑料的加工技术进行加工成型，严重的制约了UHMWPE的应用，成为自八十年代以来材料学界和产业界共同探索的热点课题。

在当今超高分子量聚乙烯的改性研究和产品应用报导中，有添加大量相对低分子量的HDPE(高密度聚乙烯)改性；以及添加LCP(液晶聚合物)、PI(聚酰胺)改性；甚至有添加大量空心玻璃微珠改性的产品，其中一些产品的耐磨耗值可以达到纯超高分子量聚乙烯的水平，但是却难以称其为真正意义上的超高分子量聚乙烯管材。因为这样的超高管材，耐磨擦、磨耗性能、耐应力开裂性能、自润滑性能、表面耐划痕性能等强烈依赖于超高分子量特性的性能都会随着分子量的急遽下降而降低。2003年当时世界上生产超高分子量聚乙烯最著名的Ticona公司把中国能收集到的UHMWPE管材制品进行了检测，结论是中国市面上的UHMWPE管材制品分子量没有超过50万的。所以不论采用什么方法改性超高分子量聚乙烯的加工性能，最终超高管材的分子量是否能保持在较高的水平，应该是改性成功与否最重要的判据之一，这点在实际应用中特别应该引起关注。

发明内容

本发明为了克服UHMWPE管材、板材挤出法难于加工及加工过程中分子量大幅度下降而导致超高特性丧失的问题，提供了一种新型的、按照近熔点理念配制的超高分子量聚乙烯制品的配方及其制备方法，可生产出分子量在250万以上的制品——如管材和板材。

本发明采用的具体技术方案是：所述的超高分子量聚乙烯制品的配方，其特点是：包含以下组份，并且各组份的重量百分比为：

超高分子量聚乙烯树脂：92～97，

润滑剂：2～7.5，

成核剂：0.05～0.7，

流变学加工助剂：0.01～0.4。

上述的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的分子量不小于300万，并且可选用北京助剂二厂生产的分子量在300万-450万(即M3-M4型)的产品。

上述的润滑剂为沸点在加工温度以上的固体润滑剂，如高分子腊、二硫化钼、石墨、硬脂酸钙、有机硅化合物等或它们的混合物；少量润滑剂的存在，可使上述UHMWPE树脂在高温、高负载情况下，摩擦系数明显下降。

上述的成核剂为无机类如：二氧化硅、沸石、高岭土或者有机类如山梨醇(DBS)、芳基磷酸酯盐(TMP)中的一种或几种的混合物，并且成核剂的粒径不大于50μm。使用成核剂可以提高结晶率，能改善产品的理化性能。

上述的流变学加工助剂为氟化物类的加工助剂——如美国3M公司生产的Dyanmar PPA助剂，本发明中流变学加工助剂的添加量很小，但是这种助剂的存在，可以在加工过程中在机筒、螺杆及口模处金属表面与物料之间形成一层动态润滑膜，起到减小挤出阻力、降低能耗、提高产品表面光洁度的作用。

本发明所述的制备方法是：将所述的各组份计量混合后加入到混合机中充分混合，然后将混合物加入到按近熔点理念设计的螺杆挤出机中，在螺杆的作用下，混合物边受热边在螺筒内向前推进，经预热的物料在模具中熔融，经定型段冷却凝固，最终形成连续稳定的超高分子量聚乙烯制品。在生产过程中，可以将螺杆挤出机中混合物的挤出加热温度控制在100℃-200℃。

本发明的优点是：能够制备出分子量不小于250万的超高分子量聚乙烯制品——如管材和板材，并且UHMWPE管材的直径可达到50mm～200mm，板材的尺寸可达到(5-20)×500mm。生产出的制品可用于纺织、造纸、、包装、运输、机械、化工、采矿、石油、农业、建筑、电气、食品、医疗、体育及制冷技术等诸多领域，现列表如下：

应用领域	应用实例	特性
应用领域	应用实例	特性	管道	小麦、面粉、大米、谷物等固体物输送管、煤炭和各种矿粉、浆液输送管、矿井排水管、除尘管道、矿山注浆充填管、烟道管、电厂排灰管、矿粉和冶金煤油废渣输送管、沙(砂)石、水泥、石灰等输送管、油品、煤气输送管、化工原料、废气、废水、废渣的输送管、供热管等	自润滑性、耐磨性、抗腐蚀性、抗压性、耐环境应力开裂性
设备衬里	煤、水泥、矿石、砂、食盐、谷物、砂糖等物品的料斗、料仓、储槽、滑槽等设备的衬里等	自润滑性、耐磨性	管道		自润滑性、耐磨性、抗腐蚀性、抗压性、耐环境应力开裂性
设备衬里	煤、水泥、矿石、砂、食盐、谷物、砂糖等物品的料斗、料仓、储槽、滑槽等设备的衬里等	自润滑性、耐磨性	容器	开式罐、内衬、浮筒、汽油箱、接水槽、空中水槽、板式容器、冷却塔体等	耐腐蚀性、耐环境应力开裂性、抗压性
运输机械	导轨、传送带、传送装置滑块、固定板、流水生产线计时星轮等	耐磨性、耐冲击性、自润滑性、不粘性	容器	开式罐、内衬、浮筒、汽油箱、接水槽、空中水槽、板式容器、冷却塔体等	耐腐蚀性、耐环境应力开裂性、抗压性
运输机械	导轨、传送带、传送装置滑块、固定板、流水生产线计时星轮等	耐磨性、耐冲击性、自润滑性、不粘性	食品机械	星形轮、送瓶用计数螺杆、灌装机轴承、抓瓶机零件、打栓机、操纵杆、绞肉机零件、垫圈、导销、导轨、汽缸、齿轮、辊筒、链轮、手柄等	卫生性、自润滑性、耐磨性、消音性
建筑机械农业机械	推土机推土板衬里、掘土机铲斗内衬、自缺陷卡车厢内衬、拖拉机犁刀内衬等	自润滑性、耐磨性、耐冲击性、	食品机械		卫生性、自润滑性、耐磨性、消音性
建筑机械农业机械	推土机推土板衬里、掘土机铲斗内衬、自缺陷卡车厢内衬、拖拉机犁刀内衬等	自润滑性、耐磨性、耐冲击性、	化工机械	阀体、泵体、垫圈、填料、过滤器、齿轮、螺栓、螺母、密封圈、喷嘴、旋塞、轴套等	耐磨性、耐化学药品性、
一般机械	各种齿轮、轴瓦、轴承、衬套、滑动板、离合器、导向器、制动器、铰链、摇柄、弹性联轴节、辊筒、托轮、紧固件、升降绐滑动部件等	自润滑性、耐磨性、耐冲击性、	化工机械	阀体、泵体、垫圈、填料、过滤器、齿轮、螺栓、螺母、密封圈、喷嘴、旋塞、轴套等	耐磨性、耐化学药品性、
一般机械		自润滑性、耐磨性、耐冲击性、	文体用品	滑雪板衬里、动力雪橇、溜冰场铺面、冰球场保护架、滑翔机接地板、保龄球等	自润滑性、耐磨性、耐寒性、
医疗卫生	心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节、节育植入体、假肢	生理惰性、耐磨性	文体用品	滑雪板衬里、动力雪橇、溜冰场铺面、冰球场保护架、滑翔机接地板、保龄球等	自润滑性、耐磨性、耐寒性、
医疗卫生	心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节、节育植入体、假肢	生理惰性、耐磨性	其它	冷冻机械、原子能发电站的遮蔽板、船舶部件、肉店切肉板、榔头、石膏、电镀零件、超低温机械零件等	耐寒性、抗放射性、卫生性、绝缘性、耐磨性

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不应仅限于下述的实施例。

实施例1：

取97％的北京助剂二厂生产的M3型UHMWPE树脂，2.8％的润滑剂硬脂酸钙，0.13％的成核剂二氧化硅，0.07％的流变学加工助剂，上述各组份的含量均以重量百分比计算，将上述各组份计量混合后加入到混合机中充分混合，将混合物加入到按近熔点理念设计的单螺杆挤出机中，挤出温度为100-200℃，在螺杆中推进，经预热的物料在模具熔融，经定型段冷却凝固，最终根据选用的模具可生产出连续稳定的分子量超过250万的UHMWPE管材或板材及异型材。

实施例2：

取96％的北京助剂二厂生产的M3型UHMWPE树脂，3.5％的润滑剂二氧化钼，0.45％的成核剂山梨醇(DBS)，0.05％流变学加工助剂，上述各组份的含量均以重量百分比计算，将上述各组份计量混合后加入到混合机中充分混合，将混合物加入到按近熔点理念设计的单螺杆挤出机中，挤出温度为100-200℃在螺杆中推进，经预热的物料在模具熔融，经定型段冷却凝固，最终根据选用的模具可生产出连续稳定的分子量超过250万的UHMWPE管材或板材及异型材。

实施例3：

取93％的北京助剂二厂生产的M4型UHMWPE树脂，6.1％的硬脂酸钙和高分子腊混合成的润滑剂，0.55％的二氧化硅和芳基磷酸酯盐(TMP)混合成的成核剂，0.35％的流变学加工助剂，上述各组份的含量均以重量百分比计算，将上述各组份计量混合后加入到混合机中充分混合，将混合物加入到按近熔点理念设计的单螺杆挤出机中，挤出温度为100-200℃在螺杆中推进，经预热的物料在模具熔融，经定型段冷却凝固，最终根据选用的模具可生产出连续稳定的分子量超过250万的UHMWPE管材或板材及异型材。

上述各实施例中的流变学加工助剂为LCP液晶聚合物或美国3M公司生产的Dyanmar PPA加工助剂。

Claims

1、超高分子量聚乙烯制品的配方，其特征在于：包含以下组份，并且各组份的重量百分比为：

超高分子量聚乙烯树脂：92～97，

润滑剂：2～7.5，

成核剂：0.05～0.7，

流变学加工助剂：0.01～0.4。

2、根据权利要求1所述的配方，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯的分子量不小于300万。

3、根据权利要求1或2所述的配方，其特征在于：所述的润滑剂为沸点在生产超高分子量聚乙烯制品的加工温度以上的固体润滑剂。

4、根据权利要求3所述的配方，其特征在于：所述的润滑剂为高分子腊、二硫化钼、石墨、硬脂酸钙或有机硅化合物中的一种或几种的混合物。

5、根据权利要求1或2所述的配方，其特征在于：所述的成核剂为二氧化硅、沸石、高岭土、山梨醇或芳基磷酸酯盐中的一种或几种的混合物，并且成核剂的粒径不大于50μm。

6、根据权利要求1或2所述的配方，其特征在于：所述的流变学加工助剂为氟化物类的加工助剂。

7、一种制备权利要求1所述的超高分子量聚乙烯制品的方法，其特征在于：将所述的各组份计量混合后加入到混合机中充分混合，然后将混合物加入到按近熔点理念设计的螺杆挤出机中，在螺杆的作用下，混合物边受热边在螺筒内向前推进，经预热的物料在模具中熔融，经定型段冷却凝固，最终形成连续稳定的超高分子量聚乙烯制品。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在螺杆挤出机中混合物的挤出加热温度控制在100℃-200℃。