專利名稱：超高分子量聚乙烯制品的配方及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱塑性高分子材料制品的配方及其加工方法，特別涉及一種制品分子量在250萬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備方法。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)于1957年由美國聯(lián)合化學(xué)公司用齊格勒催化劑首先研制成功。這是一種線型聚合物，分子量通常在100萬-500萬，結(jié)晶度65-85％，密度0.92-0.96g/cm3，同眾多的聚合物材料相比，UHMWPE具有摩擦系數(shù)小、磨耗低、耐化學(xué)藥品性優(yōu)良的特點，而且還具有耐沖擊、耐壓性、抗凍性、保溫性、自潤滑性、抗結(jié)垢性、耐應(yīng)力開裂性、衛(wèi)生性等優(yōu)良特性。這些優(yōu)良特性使UHMWPE管材具有重要的實用價值。被喻為“正在迅速崛起的新型的熱塑性工程材料”，在眾多領(lǐng)域中具有重要的實用價值。
UHMWPE分子量高達(dá)數(shù)百萬，超常分子鏈間的無序纏結(jié)，使其分子鏈段對熱運動反應(yīng)遲緩，表現(xiàn)為熔體粘度高達(dá)108Pa·s，流動性極差，加之臨界剪切速率極低，易產(chǎn)生熔體破裂等缺點，使其難以用常規(guī)塑料的加工技術(shù)進(jìn)行加工成型，嚴(yán)重的制約了UHMWPE的應(yīng)用，成為自八十年代以來材料學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界共同探索的熱點課題。
在當(dāng)今超高分子量聚乙烯的改性研究和產(chǎn)品應(yīng)用報導(dǎo)中，有添加大量相對低分子量的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產(chǎn)品，其中一些產(chǎn)品的耐磨耗值可以達(dá)到純超高分子量聚乙烯的水平，但是卻難以稱其為真正意義上的超高分子量聚乙烯管材。因為這樣的超高管材，耐磨擦、磨耗性能、耐應(yīng)力開裂性能、自潤滑性能、表面耐劃痕性能等強(qiáng)烈依賴于超高分子量特性的性能都會隨著分子量的急遽下降而降低。2003年當(dāng)時世界上生產(chǎn)超高分子量聚乙烯最著名的Ticona公司把中國能收集到的UHMWPE管材制品進(jìn)行了檢測，結(jié)論是中國市面上的UHMWPE管材制品分子量沒有超過50萬的。所以不論采用什么方法改性超高分子量聚乙烯的加工性能，最終超高管材的分子量是否能保持在較高的水平，應(yīng)該是改性成功與否最重要的判據(jù)之一，這點在實際應(yīng)用中特別應(yīng)該引起關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服UHMWPE管材、板材擠出法難于加工及加工過程中分子量大幅度下降而導(dǎo)致超高特性喪失的問題，提供了一種新型的、按照近熔點理念配制的超高分子量聚乙烯制品的配方及其制備方法，可生產(chǎn)出分子量在250萬以上的制品——如管材和板材。
本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案是所述的超高分子量聚乙烯制品的配方，其特點是包含以下組份，并且各組份的重量百分比為超高分子量聚乙烯樹脂92～97，潤滑劑2～7.5，成核劑0.05～0.7，流變學(xué)加工助劑0.01～0.4。
上述的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的分子量不小于300萬，并且可選用北京助劑二廠生產(chǎn)的分子量在300萬-450萬(即M3-M4型)的產(chǎn)品。
上述的潤滑劑為沸點在加工溫度以上的固體潤滑劑，如高分子臘、二硫化鉬、石墨、硬脂酸鈣、有機(jī)硅化合物等或它們的混合物；少量潤滑劑的存在，可使上述UHMWPE樹脂在高溫、高負(fù)載情況下，摩擦系數(shù)明顯下降。
上述的成核劑為無機(jī)類如二氧化硅、沸石、高嶺土或者有機(jī)類如山梨醇(DBS)、芳基磷酸酯鹽(TMP)中的一種或幾種的混合物，并且成核劑的粒徑不大于50μm。使用成核劑可以提高結(jié)晶率，能改善產(chǎn)品的理化性能。
上述的流變學(xué)加工助劑為氟化物類的加工助劑——如美國3M公司生產(chǎn)的Dyanmar PPA助劑，本發(fā)明中流變學(xué)加工助劑的添加量很小，但是這種助劑的存在，可以在加工過程中在機(jī)筒、螺桿及口模處金屬表面與物料之間形成一層動態(tài)潤滑膜，起到減小擠出阻力、降低能耗、提高產(chǎn)品表面光潔度的作用。
本發(fā)明所述的制備方法是將所述的各組份計量混合后加入到混合機(jī)中充分混合，然后將混合物加入到按近熔點理念設(shè)計的螺桿擠出機(jī)中，在螺桿的作用下，混合物邊受熱邊在螺筒內(nèi)向前推進(jìn)，經(jīng)預(yù)熱的物料在模具中熔融，經(jīng)定型段冷卻凝固，最終形成連續(xù)穩(wěn)定的超高分子量聚乙烯制品。在生產(chǎn)過程中，可以將螺桿擠出機(jī)中混合物的擠出加熱溫度控制在100℃-200℃。
本發(fā)明的優(yōu)點是能夠制備出分子量不小于250萬的超高分子量聚乙烯制品——如管材和板材，并且UHMWPE管材的直徑可達(dá)到50mm～200mm，板材的尺寸可達(dá)到(5-20)×500mm。生產(chǎn)出的制品可用于紡織、造紙、、包裝、運輸、機(jī)械、化工、采礦、石油、農(nóng)業(yè)、建筑、電氣、食品、醫(yī)療、體育及制冷技術(shù)等諸多領(lǐng)域，現(xiàn)列表如下

具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明不應(yīng)僅限于下述的實施例。
實施例1取97％的北京助劑二廠生產(chǎn)的M3型UHMWPE樹脂，2.8％的潤滑劑硬脂酸鈣，0.13％的成核劑二氧化硅，0.07％的流變學(xué)加工助劑，上述各組份的含量均以重量百分比計算，將上述各組份計量混合后加入到混合機(jī)中充分混合，將混合物加入到按近熔點理念設(shè)計的單螺桿擠出機(jī)中，擠出溫度為100-200℃，在螺桿中推進(jìn)，經(jīng)預(yù)熱的物料在模具熔融，經(jīng)定型段冷卻凝固，最終根據(jù)選用的模具可生產(chǎn)出連續(xù)穩(wěn)定的分子量超過250萬的UHMWPE管材或板材及異型材。
實施例2取96％的北京助劑二廠生產(chǎn)的M3型UHMWPE樹脂，3.5％的潤滑劑二氧化鉬，0.45％的成核劑山梨醇(DBS)，0.05％流變學(xué)加工助劑，上述各組份的含量均以重量百分比計算，將上述各組份計量混合后加入到混合機(jī)中充分混合，將混合物加入到按近熔點理念設(shè)計的單螺桿擠出機(jī)中，擠出溫度為100-200℃在螺桿中推進(jìn)，經(jīng)預(yù)熱的物料在模具熔融，經(jīng)定型段冷卻凝固，最終根據(jù)選用的模具可生產(chǎn)出連續(xù)穩(wěn)定的分子量超過250萬的UHMWPE管材或板材及異型材。
實施例3取93％的北京助劑二廠生產(chǎn)的M4型UHMWPE樹脂，6.1％的硬脂酸鈣和高分子臘混合成的潤滑劑，0.55％的二氧化硅和芳基磷酸酯鹽(TMP)混合成的成核劑，0.35％的流變學(xué)加工助劑，上述各組份的含量均以重量百分比計算，將上述各組份計量混合后加入到混合機(jī)中充分混合，將混合物加入到按近熔點理念設(shè)計的單螺桿擠出機(jī)中，擠出溫度為100-200℃在螺桿中推進(jìn)，經(jīng)預(yù)熱的物料在模具熔融，經(jīng)定型段冷卻凝固，最終根據(jù)選用的模具可生產(chǎn)出連續(xù)穩(wěn)定的分子量超過250萬的UHMWPE管材或板材及異型材。
上述各實施例中的流變學(xué)加工助劑為LCP液晶聚合物或美國3M公司生產(chǎn)的Dyanmar PPA加工助劑。
權(quán)利要求
1.超高分子量聚乙烯制品的配方，其特征在于包含以下組份，并且各組份的重量百分比為超高分子量聚乙烯樹脂92～97，潤滑劑2～7.5，成核劑0.05～0.7，流變學(xué)加工助劑0.01～0.4。
2.根據(jù)權(quán)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300萬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的配方，其特征在于所述的潤滑劑為沸點在生產(chǎn)超高分子量聚乙烯制品的加工溫度以上的固體潤滑劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的配方，其特征在于所述的潤滑劑為高分子臘、二硫化鉬、石墨、硬脂酸鈣或有機(jī)硅化合物中的一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的配方，其特征在于所述的成核劑為二氧化硅、沸石、高嶺土、山梨醇或芳基磷酸酯鹽中的一種或幾種的混合物，并且成核劑的粒徑不大于50μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的配方，其特征在于所述的流變學(xué)加工助劑為氟化物類的加工助劑。
7.一種制備權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯制品的方法，其特征在于將所述的各組份計量混合后加入到混合機(jī)中充分混合，然后將混合物加入到按近熔點理念設(shè)計的螺桿擠出機(jī)中，在螺桿的作用下，混合物邊受熱邊在螺筒內(nèi)向前推進(jìn)，經(jīng)預(yù)熱的物料在模具中熔融，經(jīng)定型段冷卻凝固，最終形成連續(xù)穩(wěn)定的超高分子量聚乙烯制品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在螺桿擠出機(jī)中混合物的擠出加熱溫度控制在100℃-200℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制品——如管材和板材的配方及其制備方法，其配方包括如下組份、并且各組份的重量百分比為超高分子量聚乙烯樹脂92～97，潤滑劑2～7.5，成核劑0.05～0.7，流變學(xué)加工助劑0.01～0.4。其制備方法是將所述的各組份計量并充分混合后，加入到按近熔點理念設(shè)計加工的單螺桿擠出機(jī)中，擠出溫度為100－200℃，物料經(jīng)預(yù)熱后在模具頭中塑化、定型段冷卻凝固，最終生產(chǎn)出連續(xù)穩(wěn)定、分子量在250萬以上的、直徑可達(dá)50－200mm的UHMWPE管材或尺寸可達(dá)(5－20)×500的板材及異型材。本發(fā)明的UHMWPE管材、板材及異型材可廣泛應(yīng)用于化工、礦山、造紙、冶金、煤炭、電力、軍事、體育等多種行業(yè)和領(lǐng)域。
文檔編號B29C47/00GK101058651SQ20061003972
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者王德禧, 黃學(xué)祥, 嚴(yán)為群, 李猛, 陳勇 申請人:江蘇聯(lián)冠科技發(fā)展有限公司, 中國科學(xué)院化學(xué)研究所