專利名稱：超高分子量聚乙烯三元共混料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子化工，具體涉及高聚物的成型加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種超高分子量聚乙烯三元共混料及其制備方法。
但是，由于UHMWPE的熔融黏度極高(達(dá)109Pa.S)，流動性能極差——其融體的熔融指數(shù)幾乎為零。所以，很難直接進行擠出和注射加工成型，這是因為1.由于UHMWPE的黏度極高，不成粘流態(tài)，而是處于高粘彈態(tài)。所以在常規(guī)螺桿擠出機和注射機上加工時，物料很難沿螺桿推進，而是包住螺桿一起旋轉(zhuǎn)，陷入不能擠出的狀態(tài)，形成“料塞”；2.UHMWPE的摩擦系數(shù)極低，使粉料在進料過程中極易打滑，不易進料；3.UHMWPE的臨界剪切速率很低，約10-2/S，在擠出成型時會造成融體破裂，在注射成型時會由于出現(xiàn)噴射流狀態(tài)而引起氣孔和脫層現(xiàn)象；
4.成型溫度范圍窄，極易氧化降解。
由于UHMWPE的加工存在上述難點，所以，現(xiàn)在加工技術(shù)一般是采用間歇式模壓燒結(jié)成型工藝，以簡單的板材和棒材，再進行二次機械加工成制品。從而限制這種優(yōu)異材料的工業(yè)化應(yīng)用。雖然近年來國外開始研究設(shè)計大功率的擠出機和注射機，如日本三井公司的高壓、高速注射機，其注射壓力達(dá)290Mpa，可以注射小型制品，但設(shè)備昂貴、能耗高，難以加工大型制品和工業(yè)化使用。
本發(fā)明上述技術(shù)問題是這樣解決的，構(gòu)造一種超高分子量聚乙烯三元共混料，由有機硅、液晶高分子(改性劑)與超高分子量聚乙烯共混而成，包含以下重量百分比的組分超高分子量聚乙烯88-94％、有機硅3-7％、液晶高分子2-5％、硬脂酸鈣0.2-2％、抗氧劑0.1-1％。
在本發(fā)明提供的超高分子量聚乙烯三元共混料中，所述抗氧劑為抗氧劑1010或B215等酚類抗氧劑。
按照本發(fā)明提供的超高分子量聚乙烯三元共混料的制備方法，包括以下步驟按以下重量百分比組分混勻超高分子量聚乙烯88-94％、有機硅3-7％、液晶高分子2-5％、硬脂酸鈣0.2-2％、抗氧劑0.1-1％；將上述混合物攪拌均勻，在真空干燥箱內(nèi)40-60℃烘干5-7小時；將上述干燥后的原料進行擠出造粒，其擠出過程各個部分的溫度為進料段220-250℃，壓縮段280-290℃，均化段280-300℃，出口280-300℃。
實施本發(fā)明提供的超高分子量聚乙烯三元共混料及其制備方法，將該共混料作為注射料，可方便實現(xiàn)用注射機加工成任何注塑件，可用于制造各種機械零部件(如軸套)，閥門、泵殼、葉輪等；在各種食品和醫(yī)藥設(shè)備部件、各種裝配流水線可代替原用塑料部件和金屬部件；體育器材以及外科用假肢、人工關(guān)節(jié)、心臟瓣膜等，應(yīng)用十分廣泛。
有機硅具有有機聚合物和無機聚合物的特性，因而在性能上有許多獨特之處。與其它高分子材料相比，有機硅的最突出性能是1)優(yōu)良的耐溫性我們知道，一般高分子合成材料大多數(shù)是以碳—碳(C-C)鍵為主鏈結(jié)構(gòu)，如PP、PE、丁苯橡膠等，而有機硅是以碳—氧(Si-O)鍵為主鏈結(jié)構(gòu)，Si-O鍵的鍵能比C-C鍵的鍵能高(C-C鍵能/KJ·Mol-1為344.4，Si-O鍵能/KJ·Mol-1為504.6)，所以，有機硅產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性較高(一般為200℃以上)。有機硅產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性還表現(xiàn)在燃燒時生成不燃的二氧化碳而自熄。2)優(yōu)秀的耐候性有機硅產(chǎn)品的主鏈為Si-O-Si，無雙鍵存在，因此不易受紫外光和臭氧的分解。Si-O-Si鍵的鍵長大約是C-C鍵鍵長的1倍半，使其具有比其它高分子合成材料更好的熱穩(wěn)定性及耐輻照和耐候性能。3)優(yōu)良的電絕緣性和優(yōu)異的憎水性其良好的生理惰性使聚硅氧烷化合物成為已知的最無活性的化合物之一，十分耐生物老化和無毒性；4)極好的表面張力和表面能有機硅的主鏈?zhǔn)秩犴?，鏈的柔順性可由圍繞Si-O鍵旋轉(zhuǎn)的能量來衡量。在PVC中圍繞C-C鍵所旋轉(zhuǎn)的能量是13.76KJ/mol；在聚四氟乙烯中，這個能量大于19.60KJ/mol，而在圍繞Si-O鍵旋轉(zhuǎn)所需的能量幾乎為零。5)融體黏度低，成型加工流動性好。
二、液晶高分子液晶高分子(以下簡稱LCP)是一種新型工程塑料。LCP是在一定條件下能形成液晶態(tài)的高分子，是介于各向同性液體和完全有序晶體之間的一種熱力學(xué)穩(wěn)定相態(tài)。其分子鏈為棒狀，剛性鏈或半剛性鏈的獨特結(jié)構(gòu)，這種剛性鏈的大分子具有較長的松弛時間，在熔融加工過程中，剛直大分子可以沿流動方向上充分高度取向排列，冷卻固化后，這種剛性增強相被保持下來，呈現(xiàn)高強度和高模量，其機械強度比普通工程塑料高很多。因此，國外把LCP稱為“超級工程塑料”。它的突出優(yōu)點表現(xiàn)在優(yōu)異的力學(xué)性能，拉伸強度可達(dá)130MPa--200MPa以上；杰出的耐磨性、摩擦系數(shù)小，動摩擦系數(shù)為0.15-0.25；表面硬度高，磨耗低，磨耗系數(shù)為1.2×10-5(mm/Km)/(Kg/cm2)，是PTFE的1/6000；極小的線膨脹系數(shù)，比一般的工程塑料低一個數(shù)量級，與金屬和陶瓷相當(dāng)，接近石英，可在-50至260溫度中連續(xù)使用；融體黏度低，成型加工流動性好。
由于以上優(yōu)異性能，有機硅和液晶高分子不僅可以作為一種基礎(chǔ)材料、結(jié)構(gòu)材料，更主要的是可以作為補助劑或與其它材料共用或改善其它材料的工藝性能。
有機硅和液晶高分子改性劑用于超高分子量聚乙烯中，其加入量一般為總量的10-15％。本發(fā)明所加入的添加劑為硬脂酸鈣，所加入的量為原料混合組分的0.2-2％。本發(fā)明所加入的抗氧劑是抗氧劑1010，B215等酚類抗氧劑。所加入的量，一般為原料混合組分的0.1-1％。以下是本發(fā)明的第一實施例將90份的超高分子量聚乙烯粉與6份有機硅和4份液晶高分子(改性劑)以及0.2份硬脂酸鈣、0.2份抗氧劑1010(或B215)混合均勻，在50℃烘干箱內(nèi)烘干6小時左右，用單螺桿或雙螺桿擠出機進行造粒，樣條熱切或經(jīng)水冷卻后切粒。工藝條件如下超高分子量聚乙烯三元共混專用料擠出溫度表(1)

經(jīng)過檢測，按以上方法制得專用料的拉伸屈服強度MPa24.92，拉伸斷裂強度MPa37.01，沖擊強度KJ/m2不斷，動摩擦系數(shù)0.06。以下是第二實施例將94份的超高分子量聚乙烯粉與3份有機硅和2份液晶高分子(改性劑)以及0.2份硬脂酸鈣、0.3份抗氧劑1010(或B215)混合均勻，在60℃烘干箱內(nèi)烘干5小時左右，用單螺桿或雙螺桿擠出機進行造粒，樣條熱切或經(jīng)水冷卻后切粒。工藝條件如下超高分子量聚乙烯三元共混專用料擠出溫度表(2)

經(jīng)過檢測，按以上方法制得專用料的拉伸屈服強度MPa23，拉伸斷裂強度MPa37，沖擊強度KJ/m2不斷，動摩擦系數(shù)0.08。
從以上實施例可見，利用本發(fā)明的方法制備的超高分子量聚乙烯三元共混料，其加工流動性得到了極大的改善，取得顯著效果。實驗證明，本發(fā)明所制備的專用料，采用普通的設(shè)備就可以方便的進行成型加工，不僅保持原材料的各種優(yōu)異性能，而且比原超高分子量聚乙烯制品摩擦系數(shù)降低很多，耐磨性有較大提高，可以生產(chǎn)出高性能、高質(zhì)量的制品。這是因為有機硅和液晶高分子改性劑可以有效的解決超高分子量聚乙烯加工過程中容易出現(xiàn)的融體破裂問題，使原樹脂的加工流動性得到了顯著提高，不僅保持較高的沖擊強度，而且耐磨性有所提高，具體改善的特性包括模具填充良好、擠出力矩降低、內(nèi)部潤滑性和脫模性變好，制品極少翹曲等。同時能顯著降低加工設(shè)備的能量消耗，延長加工設(shè)備的使用壽命。與原間歇式燒結(jié)法相比，可節(jié)省投資，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
利用本發(fā)明的專用料，可以生產(chǎn)出高耐磨的管道，廣泛的應(yīng)用于電力、冶金、糧食加工、各種礦山選礦和尾礦輸送、石油天然氣輸送、城市煤氣輸送、有機化工和無機化工、挖泥船輸砂、煤礦洗煤廠、水煤漿輸送、海洋化工(鹽、鹵、堿)、自來水主干管、污水處理等行業(yè)用管道，以替代原鋼管(容易腐蝕和磨損)，應(yīng)用潛力十分巨大。如火力發(fā)電廠粉煤灰輸送管，因輸送介質(zhì)中的氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁和酸離子等與鋼管發(fā)生電化學(xué)作用而極易結(jié)垢堵塞。用本材料管道則不會結(jié)垢并提高耐磨性，而且輸送阻力減小，節(jié)能顯著，可有效的延長使用壽命和節(jié)省清洗費用。另如糧食加工廠，原用鋼管3個月左右即可磨穿，并有重金屬離子混入；而用本材料管道，可延長使用壽命數(shù)倍，并減少噪音，無重金屬離子混入，等等。
權(quán)利要求
1.一種超高分子量聚乙烯三元共混料，其特征在于由有機硅、液晶高分子(改性劑)與超高分子量聚乙烯共混而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超高分子量聚乙烯三元共混料，其特征在于，包含以下重量百分比的組分超高分子量聚乙烯88-94％、有機硅3-7％、液晶高分子2-5％、硬脂酸鈣0.2-2％、抗氧化劑0.1-1％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超高分子量聚乙烯三元共混料，其特征在于，所述抗氧劑為抗氧劑1010或B215等酚類抗氧劑。
4.一種超高分子量聚乙烯三元共混料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟按以下重量百分比組分混勻超高分子量聚乙烯88-94％、有機硅3-7％、液晶高分子2-5％、硬脂酸鈣0.2-2％、抗氧劑0.1-1％；將上述混合物攪拌均勻，在真空干燥箱內(nèi)40-60℃烘干5-7小時；將上述干燥后的原料進行擠出造粒，其擠出過程各部的溫度為進料段220-250℃，壓縮段280-290℃，均化段280-320℃，出口280-300℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，所述擠出溫度可以是進料段為240℃，壓縮段為280℃，均化段為320℃，出口為280℃。
全文摘要
一種超高分子量聚乙烯三元共混料及其制備方法，其重量百分比組分為超高分子量聚乙烯88－94％、有機硅3－7％、液晶高分子2－5％、硬脂酸鈣0.2－2％、抗氧劑0.1－1％；將上述組分混合并攪拌均勻，在真空干燥箱內(nèi)40－60℃烘干5－7小時；將上述干燥后原料擠出造粒，其擠出溫度為進料段220－250℃，壓縮段280－290℃，均化段280－320℃，出口280－300℃。這種超高分子量聚乙烯三元共混料及其制備方法，可應(yīng)用于擠出料和注射料，加工成任何注塑件，制造各種機械零部件等；在各種食品和醫(yī)藥設(shè)備部件、各種裝配流水線可代替原用塑料部件和金屬部件；擠出為各種板材、管材以及壓延成片材和中空吹型成各種容器等，應(yīng)用十分廣泛。
文檔編號C08K5/00GK1428369SQ01130158
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月28日
發(fā)明者閻鎮(zhèn)達(dá), 范奎城 申請人:閻鎮(zhèn)達(dá)