CN102911425A - 高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料及其制备方法 - Google Patents

高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料及其制备方法 Download PDF

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张炜
冯玲英
夏晋程
许振华
赵春保
李建龙
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Abstract

本发明涉及一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料及其制备方法，该方法按重量份将100份超高分子量聚乙烯、2-10份聚酰胺、1-5份相容剂、0.5-5份增塑剂、0.5-3份稳定剂、0.2-2份抗氧剂、0.5-15份润滑剂高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在200-270℃。与现有技术相比，本发明大幅度提高了生产效率，同时管材还具备优异的耐磨性和抗冲击性能。

Description

高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物技术领域，涉及一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法。
背景技术
UHMWPE是粘均分子量大于150万的线型结构聚乙烯，具有优异综合性能的热塑性工程塑料。因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，UHMWPE耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。UHMWPE优异的性能使它广泛应用于机械、纺织、造纸、矿业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。
UHMWPE具备极其优异的性能，但是UHMWPE高熔体流动性状态的黏度高达108Pas，流动性极差，UHMWPE成型加工极其困难，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。就算流动改性后的UHMWPE，也极易产生熔体破裂。近年来，UHMWPE的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造，已使UHMWPE由最初的压制-烧结成型发展为挤出成型以及其它特殊方法的成型。目前国内UHMWPE管材制品的加工成型，主要通过UHMWPE专用单螺杆挤出机，将流动化改性的UHMWPE，采用在模具内冷却的“硬顶法”挤出工艺实现成型的。由于该工艺，是将管材在模具内，冷却到材料的结晶温度以下，定型后挤出，该工艺比模压成型和国外的柱塞式挤出要先进许多。
目前通过流动化改性实现的UHMWPE“硬顶法”挤出成型，产量为10kg/h左右，仍然比普通塑料如PE、PVC、尼龙等加工成型效率低10-20倍；高粘度UHMWPE的挤出效率较差，制约了UHMWPE的生产效率，远远不能满足目前的工业用管需求。
由于UHMWPE分子量极大，在加工相同制品时，其机头内的压力比一般塑料高出20～30倍，机头的压力大小影响熔体成型加工时的剪切速率。UHMWPE的临界熔融剪切速率很低(＜10-2/s)，，很容易发生熔体破裂。此外，UHMWPE的自润滑系数很低，物料极易在机筒和螺杆间打滑，无法正常经螺杆输送成型。所以UHMWPE的高熔体流动性挤出成型，技术难度很大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效率高、圆整度高、耐磨性和抗冲击性能高的高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，该专用料的原料包括以下重量份的组分：100份超高分子量聚乙烯、2-10份聚酰胺、1-5份相容剂、0.5-5份增塑剂、0.5-3份稳定剂、0.2-2份抗氧剂、0.5-15份润滑剂。
所述的超高分子量聚乙烯为粘均分子量200万-700万的聚乙烯。
所述的聚酰胺选自尼龙12、尼龙11、尼龙1010、尼龙9中的一种或几种。
所述的相容剂选自聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物中的一种或几种。
所述的增塑剂选自癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种。
所述的稳定剂选自硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二丁基锡中的一种或几种。
所述的抗氧剂选自四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种。
所述的润滑剂选自聚二甲基硅氧烷、线性硅氧烷-乙炔共聚物、聚乙烯蜡、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或几种。
一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，其特征在于，该方法按重量份将100份超高分子量聚乙烯、2-10份聚酰胺、1-5份相容剂、0.5-5份增塑剂、0.5-3份稳定剂、0.2-2份抗氧剂、0.5-15份润滑剂高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在200-270℃。
所述的挤出熔体温度控制在220-250℃。
与现有的UHMWPE“硬顶法”挤出成型相比，本发明采用聚酰胺流动改性UHMWPE，添加相容剂等助剂解决聚酰胺与UHMWPE的相容性，使改性后的UHMWPE复合材料能高熔体流动性挤出成型管材，同时产品还具备优异的耐磨性和抗冲击性能。本发明突破现有UHMWPE加工成型技术的瓶颈，大大提高UHMWPE制品的生产效率，促进UHMWPE制品的发展。本发明将UHMWPE进一步的合金化流动改性，实现UHMWPE管材的高熔体流动性挤出，产量达到110kg/h，比现有的UHMWPE管材的生产效率提高了10-15倍，圆整度更高、力学性能更好的UHMWPE高熔体流动性挤出管材专用料。本发明具备极其重要的意义，突破现有UHMWPE加工成型技术的瓶颈，大大提高UHMWPE制品的生产效率，促进UHMWPE制品的发展。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明加以说明，但实施例不是对本发明的限制。
实施例1
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、5份尼龙1010、2.5份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、3份癸二酸二辛酯、1.5份硬脂酸钡、1.5份二月桂酸二丁基锡、1份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、1份聚二甲基硅氧烷高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在240℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例2
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、10份尼龙12、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、4份邻苯二甲酸二异辛酯、2份二月桂酸二丁基锡、1.5份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2份聚乙烯蜡高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在220℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例3
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、2份尼龙11、1份聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物、5份癸二酸二丁酯、0.5份硬脂酸锌、0.1份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、0.1份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1.5份线性硅氧烷-乙炔共聚物高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在230℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例4
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、7份尼龙11、4份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、0.5份邻苯二甲酸二辛酯、0.5份硬脂酸钙、1份马来酸二丁基锡、2份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、0.5份聚二甲基硅氧烷高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在250℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例5
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、2份聚酰胺、1份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、0.5份癸二酸二丁酯、0.5份硬脂酸钡、0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、0.5份线性硅氧烷-乙炔共聚物高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在220℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例6
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、10份尼龙9、5份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、5份癸二酸二丁酯、3份硬脂酸钙、2份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、2份高密度聚乙烯高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在250℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例7
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、5份聚酰胺、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份邻苯二甲酸二辛酯、0.5份马来酸二丁基锡、0.5份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、1份线性低密度聚乙烯高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在225℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例8
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、8份尼龙11、3聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物、2份癸二酸二丁酯、1份二月桂酸二丁基锡、0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1份低密度聚乙烯高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在240℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例9
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、4份尼龙1010、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1.5份邻苯二甲酸二异辛酯、2.5份硬脂酸钡、0.8份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、1.5份聚二甲基硅氧烷高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在245℃。
管材的各项性能指标见表1。
实施例10
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、3份聚酰胺、4份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、1份邻苯二甲酸二辛酯、1.5份硬脂酸锌、0.4份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、0.8份聚乙烯蜡高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在240℃。
实施例11
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、2份聚酰胺、5份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、0.5份邻苯二甲酸二辛酯、3份硬脂酸锌、0.2份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、15份聚乙烯蜡高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在200℃。
实施例12
按重量份将100份超高分子量聚乙烯、10份聚酰胺、1份聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、5份邻苯二甲酸二辛酯、0.5份硬脂酸锌、2份四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4，-羟苯基)正丙酯]甲烷、0.5份聚乙烯蜡高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在270℃。
管材的各项性能指标见表1。
表1 实施例管材力学性能
Figure BDA00002444057500051
Figure BDA00002444057500061

Claims (10)

1.一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，该专用料的原料包括以下重量份的组分：100份超高分子量聚乙烯、2-10份聚酰胺、1-5份相容剂、0.5-5份增塑剂、0.5-3份稳定剂、0.2-2份抗氧剂、0.5-15份润滑剂。
2.根据权利要求1所述的一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯为粘均分子量200万-700万的聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，所述的聚酰胺选自尼龙12、尼龙11、尼龙1010、尼龙9中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，所述的相容剂选自聚乙烯和丙烯酸接枝共聚物、聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚乙烯和丙烯酰胺接枝共聚物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，所述的增塑剂选自癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，所述的稳定剂选自硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二丁基锡中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，所述的抗氧剂选自四[亚甲基3-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟苯基)正丙酯]甲烷、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料，其特征在于，所述的润滑剂选自聚二甲基硅氧烷、线性硅氧烷-乙炔共聚物、聚乙烯蜡、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或几种。
9.一种如权利要求1所述高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，其特征在于，该方法按重量份将100份超高分子量聚乙烯、2-10份聚酰胺、1-5份相容剂、0.5-5份增塑剂、0.5-3份稳定剂、0.2-2份抗氧剂、0.5-15份润滑剂高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机挤出，挤出熔体温度控制在200-270℃。
10.根据权利要求9所述高熔体流动性挤出级超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，其特征在于，所述的挤出熔体温度控制在220-250℃。
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