CN101250297A - 纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材及其制备方法 - Google Patents

纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材及其制备方法，该改性材料管材按重量份计由以下组分组成：超高分子量聚乙烯75份－125份，聚乙烯蜡1份－6份，石墨0.5份－3份，纳米瓷粉1份－8份，抗静电剂0.5份－3.5份，阻燃剂1份－4份；该方法包括如下步骤：配料，混合，加热，挤压，管材型坯成型，管材型坯双向拉伸，冷却、定型及切割，继而定型，再进行切割，即得到所述纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材；该改性材料管材原料消耗小、成本低，具有极高的耐磨性、优良的自润滑性、超强的抗冲击强度、优异的阻燃性、极强的不粘性，且能够抗静电、耐老化、耐腐蚀。

Description

纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材及其制备方法，属于聚合物加工应用领域。
背景技术
在许多工程领域都需要应用管材，出于降低成本、便于安装应用的目的，市场上出现了大量的以工程塑料为原料的管材，其中，综合性能比较突出的是PE100，它的抗拉强度大约是25Mpa，抗冲击强度为20KJ/M2，抗环境应力开裂能力为2000小时左右，正因为它自身突出的优点和优良的综合性能，其被广泛的应用于各种工程中，但，其制造成本相对比较高，许多主要工程技术指标仍然达不到一些高质量工程的需要，即安全可靠性仍存在不足；为此，市场上又陆续出现了一些超高分子量聚乙烯材料的管材，尽管超高分子量聚乙烯材料具有理想的材料综合性能，耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自身润滑、抗冲击性能在塑料类材料中有比较高的值，但是，由于超高分子量聚乙烯表面硬度较低，机械强度不高，热变形温度较低，耐高温性能较差，粘度较高，流动性较差，所以，加工起来较困难，而且，超高分子量聚乙烯材料的管材相对PE100而言，其综合性能略高于PE100，并无很明显的性能改进，为弥补这些不足，急需对管材所采用的材料进行相应的改性，以便于适应市场需求的不断变化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，从而提供一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材及其制备方法，该改性材料管材原料消耗小、成本低，具有极高的耐磨性、优良的自润滑性、超强的抗冲击强度、优异的阻燃性、极强的不粘性，且能够抗静电、耐老化、耐腐蚀。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯75份-125份，聚乙烯腊1份-6份，石墨0.5份-3份，纳米瓷粉1份-8份，抗静电剂0.5份-3.5份，阻燃剂1份-4份。
基于上述，一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯90份-110份，聚乙烯腊2份-4份，石墨1份-2份，纳米瓷粉3份-6份，抗静电剂1份-3份，阻燃剂2份-3份。
基于上述，一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊3份，石墨1.5份，纳米瓷粉5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份。
基于上述，一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材还包括以下按重量份计的组分：偶联剂1.5-2.2份，成核剂0.6-0.8份，抗氧剂1.5-3份，分散剂2.4-3.6份，流动性改良剂1.8-3.6份。
基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为240～480万的超高分子量聚乙烯。
基于上述，所述阻燃剂是三氧花二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种。
基于上述，所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和/或锆类偶联剂中的至少一种。
基于上述，所述成核剂是苯甲酸、热解硅石、二氧化硅和/或硬酯酸盐中的至少一种。
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材的制备方法，该方法包括如下步骤：
a、配料：根据上述组分，按重量份计进行配料；
b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；
c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为3～4个小时，使温度达到175～210度，待配料充分液化；
d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为10.5～11.2兆帕；
e、管材型坯成型：挤出的原料进入管材型坯成型设备，经过塑化、固形，并脱模后，得到管材型坯；
f、管材型坯双向拉伸：把得到的管材型坯在热状态下双向拉伸；
g、冷却、定型及切割：用46～49度的水把经过双向拉伸的管材型坯冷却，继而定型，再进行切割，即得到所述纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材。
申请人经多年研制，开发出了纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，该管材是一种新型管材，它是将一种高分子材料与纳米级的刚玉陶瓷粉经特殊工艺处理后有机结合到一起；该管材是集较高的耐磨性能、较高的抗冲击性能和高润滑性能为一体的新型管材。
本发明在现有技术的基础上经过多年不断的改进，具备优良的综合性能，其相对于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步性，具体的说，其有益效果具体表现在以下几点：
1、耐候性和抗老化性：本发明采用的超高分子量聚乙烯改性材料抗老化性好，按ASTM(负荷4.8kg/cm2)，热变形温度为90℃，使用温度可达120℃，特殊情况下，能够在更高的温度下使用，而且韧性极好，它的耐低温性能也非常优异，在-286℃低温下，仍具有一定的延展性；
采用超高分子量聚乙烯改性材料的管道有良好的耐候和抗老化性，一方面，因为超高分子量聚乙烯分子链中不饱和基因很少，分子量大，另一方面，添加了优质改良剂，使得超高分子量聚乙烯管道使用寿命大大超过了普通聚乙烯管道，使用60年左右，超高分子量聚乙烯管道仍可保持75％-90％的机械性能；
2、阻燃性：本发明克服了超高分子量聚乙烯本身的可燃性，具有很好的阻燃性能，适合于特殊环境下使用；
3、电性能：本发明采用的材料具有很优良的电性能，它的体积电阻达10-17-18，体积电阻大，击穿电压达50KV/mm，介电常数为2.3，在较宽的温度及频率范围内，它的电性能变化极小；
4、高耐磨性：在诸多管道材料中，超高分子量聚乙烯的摩擦系数最小，也最耐磨，而经过多年不断改进的本发明尤其更甚，其所采用材料的摩擦系数小于等于0.12，自润滑性极好，是一种理想的加工材料，选用该材料作为设备的摩擦部件，除可提高耐磨寿命外，还可以收到意想不到的节能效果，相对而言，其耐磨性在输送各种浆体时比钢管、不锈钢管高6-8倍，比聚氯乙烯管道和聚乙烯管道高10-12倍左右，大幅度提高了管道的使用寿命；
5、机械性：超高分子量聚乙烯改性材料的抗冲击性和吸收冲击能极强，无论是外力强冲击，还是内部压力波动都难以使其开裂，其抗冲击力强度为尼龙66的10-14倍，聚氯乙烯的20-24倍，聚乙烯的4-6倍，特别是在低温环境，其冲击强度反而达到更高值，超高分子量聚乙烯改性材料的这种柔韧性为输送***提供了安全可靠的保障；
6、腐蚀性：超高分子量聚乙烯是一种饱和分子团结构，故其化学稳定性极高，在一定温度和浓度范围内能耐各种高腐蚀性介质(酸、碱、盐)及有机溶剂的侵蚀，而本发明的管材可以在80℃的盐酸中应用，而且在浓度小于75％的浓硫酸、浓度小于20％的硝酸中保持稳定的性能；
7、本发明采用的材料制备工艺简单，成本低，应用范围广，是非常有竞争力的“以塑代钢”产品；
8、重量轻、安装方便：本发明的产品柔韧性好，能适应各种地质情况，可直接弯曲铺设；采用法兰连接，无需衬垫片，连接快捷、简便；
9、卫生无毒：本发明采用的材料无味、无毒、无臭，本身无腐蚀性，具有生理惰性和生理适应性；
10、无垢性：本发明的管道内壁能够抗腐蚀、抗磨损、不结垢，流动阻力很小，可长期保持流速和流量不减，其内径设计可比钢管减小15.4％-16.2％，可节约大量材料，降低生产成本。
具体实施方式
为了能够更好的说明本发明的优点和进步性，现给出本发明的具体实施方式。
实施例1
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊3份，石墨1.5份，纳米瓷粉5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份，偶联剂1.5份，成核剂0.6份，抗氧剂1.5份，分散剂2.4份，流动性改良剂1.8份。
基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为240万的超高分子量聚乙烯；所述阻燃剂是三氧花二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种；所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和/或锆类偶联剂中的至少一种；所述成核剂是苯甲酸、热解硅石、二氧化硅和/或硬酯酸盐中的至少一种。
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材的制备方法，该方法包括如下步骤：a、配料：根据下述组分，按重量份计进行配料：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊3份，石墨1.5份，纳米瓷粉5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份，偶联剂1.5份，成核剂0.6份，抗氧剂1.5份，分散剂2.4份，流动性改良剂1.8份；b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为3个小时，使温度达到175度，待配料充分液化；d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为10.5兆帕；e、管材型坯成型：挤出的原料进入管材型坯成型设备，经过塑化、固形，并脱模后，得到管材型坯；f、管材型坯双向拉伸：把得到的管材型坯在热状态下双向拉伸；g、冷却、定型及切割：用46度的水把经过双向拉伸的管材型坯冷却，继而定型，再进行切割，即得到所述纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材。
实施例2
本实施例同实施例1的不同主要在于：
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯75份份，聚乙烯腊1份，石墨0.5份，纳米瓷粉1份，抗静电剂0.5份，阻燃剂1份，偶联剂2.2份，成核剂0.8份，抗氧剂3份，分散剂3.6份，流动性改良剂3.6份。
基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为480万的超高分子量聚乙烯。
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材的制备方法，该方法包括如下步骤：a、配料：根据下述组分，按重量份计进行配料：超高分子量聚乙烯75份份，聚乙烯腊1份，石墨0.5份，纳米瓷粉1份，抗静电剂0.5份，阻燃剂1份，偶联剂2.2份，成核剂0.8份，抗氧剂3份，分散剂3.6份，流动性改良剂3.6份；b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为4个小时，使温度达到210度，待配料充分液化；d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为11.2兆帕；e、管材型坯成型：挤出的原料进入管材型坯成型设备，经过塑化、固形，并脱模后，得到管材型坯；f、管材型坯双向拉伸：把得到的管材型坯在热状态下双向拉伸；g、冷却、定型及切割：用46～49度的水把经过双向拉伸的管材型坯冷却，继而定型，再进行切割，即得到所述纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材。
实施例3
本实施例同实施例1的不同主要在于：
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯125份，聚乙烯腊6份，石墨3份，纳米瓷粉8份，抗静电剂3.5份，阻燃剂4份，偶联剂2份，成核剂0.7份，抗氧剂2份，分散剂3份，流动性改良剂2份。
基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为400万的超高分子量聚乙烯。
一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材的制备方法，该方法包括如下步骤：a、配料：根据下述组分，按重量份计进行配料：超高分子量聚乙烯125份，聚乙烯腊6份，石墨3份，纳米瓷粉8份，抗静电剂3.5份，阻燃剂4份，偶联剂2份，成核剂0.7份，抗氧剂2份，分散剂3份，流动性改良剂2份；b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为3～4个小时，使温度达到200度，待配料充分液化；d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为10.9兆帕；e、管材型坯成型：挤出的原料进入管材型坯成型设备，经过塑化、固形，并脱模后，得到管材型坯；f、管材型坯双向拉伸：把得到的管材型坯在热状态下双向拉伸；g、冷却、定型及切割：用48度的水把经过双向拉伸的管材型坯冷却，继而定型，再进行切割，即得到所述纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1. 一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯75份-125份，聚乙烯腊1份-6份，石墨0.5份-3份，纳米瓷粉1份-8份，抗静电剂0.5份-3.5份，阻燃剂1份-4份。
2. 根据权利要求1所述的纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯90份-110份，聚乙烯腊2份-4份，石墨1份-2份，纳米瓷粉3份-6份，抗静电剂1份-3份，阻燃剂2份-3份。
3. 根据权利要求2所述的纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于，按重量份计，该改性材料管材由以下组分组成：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊3份，石墨1.5份，纳米瓷粉5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份。
4. 根据权利要求1或2或3所述的纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于，该改性材料管材还包括以下按重量份计的组分：偶联剂1.5-2.2份，成核剂0.6-0.8份，抗氧剂1.5-3份，分散剂2.4-3.6份，流动性改良剂1.8-3.6份。
5. 根据权利要求1或2或3所述的纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为240～480万的超高分子量聚乙烯。
6. 根据权利要求1或2或3所述的纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于：所述阻燃剂是三氧花二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种。
7. 根据权利要求4所述的纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于：所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和/或锆类偶联剂中的至少一种。
8. 根据权利要求4所述的纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材，其特征在于：所述成核剂是苯甲酸、热解硅石、二氧化硅和/或硬酯酸盐中的至少一种。
9. 一种纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、配料：根据上述组分，按重量份计进行配料；
b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；
c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为3～4个小时，使温度达到175～210度，待配料充分液化；
d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为10.5～11.2兆帕；
e、管材型坯成型：挤出的原料进入管材型坯成型设备，经过塑化、固形，并脱模后，得到管材型坯；
f、管材型坯双向拉伸：把得到的管材型坯在热状态下双向拉伸；
g、冷却、定型及切割：用46～49度的水把经过双向拉伸的管材型坯冷却，继而定型，再进行切割，即得到所述纳米瓷粉超高分子量聚乙烯改性材料管材。
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