超高分子量聚乙烯管材的專用料及其制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料及其制備和應(yīng)用，該專用料應(yīng)用于擠出成型管材，所述的擠出成型管材具有以下特征：(1)管材的擠出速度為2.5米/小時(shí)-6.0米/小時(shí)；(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(wàn)-700萬(wàn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使超高分子量聚乙烯管材的生產(chǎn)效率提高了0.5-3倍，同時(shí)管材還具備優(yōu)異的力學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】超高分子量聚乙烯管材的專用料及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚合物加工成型【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料。
【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大于150萬(wàn)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(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐沖擊、耐磨損、自潤(rùn)滑性、耐化學(xué)腐蝕等性能。而且，UHMWPE耐低溫性能優(yōu)異,在-40°C時(shí)仍具有較高的沖擊強(qiáng)度，甚至可在_269°C下使用。UHMWPE優(yōu)異的性能使它廣泛應(yīng)用于機(jī)械、紡織、造紙、礦業(yè)、化工及體育運(yùn)動(dòng)器械等領(lǐng)域，其中以大型包裝容器和管道的應(yīng)用最為廣泛。另外，基于UHMWPE優(yōu)異的生理惰性，已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關(guān)節(jié)等在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域使用。
[0003]以UHMWPE為基礎(chǔ)原料制造的塑料管材具有耐磨、抗沖擊、耐腐蝕、自潤(rùn)滑、不結(jié)垢等特點(diǎn)，是適合輸送固液混合物、固體粉末、液體、氣體等介質(zhì)的理想管材。但由于UHMWPE分子鏈段很長(zhǎng)，彼此之間相互纏繞，即使在熔融狀態(tài)下也無(wú)流動(dòng)性，所以很難用一般的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工。
[0004]UHMWPE熔體為橡膠態(tài)的高粘彈體。UHMWPE的粘度非常大，高達(dá)1Pa.s,比一般熱塑性塑料要高許多，而普通聚乙烯流動(dòng)性一般用流動(dòng)速率(MFR)表示，是在溫度190°C，負(fù)荷為2.16Kg下測(cè)定。一般熱塑性塑料熔體流動(dòng)速率在0.03~30g/10min之內(nèi)，而UHMWPE在上述條件下根本測(cè)不出結(jié)果，即使把負(fù)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(shí)由于粘度大流動(dòng)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(xiàn)破裂時(shí)的剪切速率稱為臨界剪切速率。實(shí)踐證明它隨聚乙烯分子量的增大而減小。對(duì)于相對(duì)分子量極高的UHMWPE來(lái)說(shuō)，在剪切速率很低(10/s)時(shí),就可能產(chǎn)生熔體破裂,在較低剪切速率下,就會(huì)產(chǎn)生滑流或噴流現(xiàn)象。所以，在UHMWPE擠出加工時(shí)會(huì)遇到由于熔體破裂而產(chǎn)生的裂紋現(xiàn)象，在UHMWPE注塑時(shí)出現(xiàn)噴流而使制品出現(xiàn)多孔狀或脫層現(xiàn)象。這是熱塑性方法加工UHMWPE的難題。
[0006]摩擦因數(shù)小。UHMWPE的摩擦因數(shù)極低，即使在熔融狀態(tài)下也是如此。因此，在進(jìn)料過(guò)程中容易在加料段發(fā)生打滑，無(wú)法向前推進(jìn)。這是螺桿法加工UHMWPE遇到的又一難題。
[0007]UHMWPE具備極其優(yōu)異的性能，但是UHMWPE熔融狀態(tài)的粘度高達(dá)108Pa.S，流動(dòng)性極差，UHMWPE成型加工極其困難，所以很難用一般的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工，就算流動(dòng)改性后的UHMWPE，也極易產(chǎn)生熔體破裂。
[0008]目 前國(guó)內(nèi)UHMWPE管材采用在模具內(nèi)冷卻的擠出工藝實(shí)現(xiàn)成型的。該工藝是將流動(dòng)改性的UHMWPE經(jīng)單螺桿擠出機(jī)輸送、塑化、均化，然后型胚在管材模具內(nèi)冷卻到材料的結(jié)晶溫度以下定型，最后擠出成型管材，國(guó)內(nèi)將此成型方法稱之為UHMWPE “硬頂法”擠出成型。中國(guó)專利CN101486250A所述的UHMWPE管材的制備方法是柱塞式擠出機(jī)擠出成型，該方法的管材成型效率低于單螺桿擠出機(jī)。[0009]UHMWPE的“硬頂法”單螺桿擠出成型，擠出速度為0.1米/小時(shí)~2.0米/小時(shí)，還是成型效率低，不能滿足工業(yè)用管的工業(yè)化大生產(chǎn)的需求。由于“硬頂法”單螺桿擠出成型是將管材型胚在模具里冷卻到材料的結(jié)晶溫度下固化后擠出，擠出速度快，管材型胚來(lái)不及冷卻固化，造成成型后的管材變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料及其制備和應(yīng)用。
[0011]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種用于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(yīng)用于擠出成型管材，其特征在于，所述的擠出成型管材具有以下特征:
[0012](I)管材的擠出速度為2.5米/小時(shí)-6.0米/小時(shí)；
[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(wàn)-700萬(wàn)；
[0017]所述的專用料的原料包括以下重量組分:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種用于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(yīng)用于擠出成型管材，其特征在于，所述的擠出成型管材具有以下特征: (1)管材的擠出速度為2.5米/小時(shí)-6.0米/小時(shí)； (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(wàn)-700萬(wàn)； 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(rùn)滑劑0.1~10 # 成核劑0.05-5
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯為粘均分子量為150萬(wàn)-700萬(wàn)聚乙烯的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特征在于，所述的聚烯烴類聚合物為茂金屬聚烯烴。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特征在于，所述的潤(rùn)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料，其特征在于，所述的成核劑為碳酸鈣、碳酸鈉、氮化硼、滑石粉、二氧化硅、二氧化鈦、對(duì)羥基苯甲酸、D-山梨醇、苯甲酸鈉中的一種或幾種。
7.—種如權(quán)利要求1所述的用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材專用料的制備方法，其特征在于，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(rùn)滑劑、0.05-5份成核劑置于混合器中進(jìn)行混合，混合時(shí)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(quán)利要求1所述的用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材專用料的應(yīng)用，其特征在于，將超高分子量聚乙烯管材專用料應(yīng)用于擠出成型管材，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桿擠出機(jī)的喂料區(qū)，通過(guò)螺桿輸送擠出，然后在管材模具中壓縮、成型、冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于快速擠出成型超高分子量聚乙烯管材的專用料的應(yīng)用，其特征在于，所述的管材具有20MPa以上的屈服強(qiáng)度、30MPa以上的拉伸強(qiáng)度、350%以上的延伸率、100KJ/m2以上的雙缺口沖擊強(qiáng)度。
【文檔編號(hào)】C08K3/38GK104031305SQ201410191535
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】張煒, 馮玲英, 葉純麟, 洪尉, 夏晉程 申請(qǐng)人:上?；ぱ芯吭?br>