本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯管材及其制備方法，屬于工程塑料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超高分子量聚乙烯管材以其優(yōu)異的力學性能和自潤滑性能逐漸代替其他傳統(tǒng)材料的管材廣泛應(yīng)用于礦物輸送、灌溉、市政排水、石油以及礦山與隧道施工安全逃生等行業(yè)。但由于超高分子量聚乙烯的熔融流動性差，擠出成型困難，尤其是大口徑厚壁管材的擠出，擠出速度是制約生產(chǎn)效率的瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超高分子量聚乙烯管材，在保證具有良好力學性能的同時解決了超高分子量聚乙烯的熔融流動性差，擠出成型困難的技術(shù)問題。

本發(fā)明第二個目的在于提供一種超高分子量聚乙烯管材的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種超高分子量聚乙烯管材，主要由以下質(zhì)量百分數(shù)的原料制成：聚乙烯92-96％，高分子蠟1-2％，改性蒙脫土2-3.5％，改性納米二硫化鉬0.5-1％，石墨烯0.2-0.8％，抗老化劑0.1-0.3％。

所述超高分子量聚乙烯管材原料成分中還包括有機顏料0.2-0.3％。

所述聚乙烯的粘均分子量為250～800萬。分子量為250～800萬的超高分子量聚乙烯是管材的為主要成分，具有優(yōu)異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學腐蝕、耐低溫等性能。

所述高分子蠟的粘均分子量為2000～3000。高分子蠟是一種聚烯烴合成蠟，其熔融粘度低，分散性好，可改善超高分子量聚乙烯的熔融流動性。

所述改性蒙脫土為有機改性蒙脫土。所述有機改性蒙脫土為碳原子數(shù)在16以上的長鏈烷基三甲基溴化銨插層改性的蒙脫土。有機改性蒙脫土優(yōu)選十六烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土或十八烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土。

所述改性納米二硫化鉬為硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬。

所述抗老化劑為復合抗老化劑，具體為受阻酚/亞磷酸酯復合抗老化劑，其中受阻酚與亞磷酸酯的質(zhì)量比為1∶1?？估匣瘎┍Ｗo管材抵抗環(huán)境侵蝕，提高耐老化能力。

改性蒙脫土是經(jīng)過長鏈脂肪族季銨鹽改性的插層納米蒙脫土，具有分子鏈解纏作用，能明顯改善超高分子量聚乙烯的熔融流動性，并提高制品的力學性能；石墨烯可起到超高分子量聚乙烯熔融擠出過程的大分子解纏作用，提高擠出速度；納米二硫化鉬可降低大分子與擠出機之間的摩擦力，同時也可提高制品力學性能。上述三種填料具有協(xié)同作用，缺一不可。

所述超高分子量聚乙烯管材，除了整體擠出成型外，還可以分塊擠出成型。

所述超高分子量聚乙烯管材，由4～8塊弧形板榫接而成，所述弧形板沿軸向的兩側(cè)分別設(shè)有用來榫接的燕尾和燕尾槽。

所述超高分子量聚乙烯管材，可根據(jù)擠出的1/4-1/8管道制品配合裝配成整體管道，并根據(jù)長度加固2～6道緊固圈。

所述超高分子量聚乙烯管材的制備方法，包括以下步驟：

按配方量取各原料混勻，得混合料；將混合料放入料倉，175℃保溫1～2h，之后經(jīng)螺桿擠出機擠出進入管材模具，分流融合成型，經(jīng)冷卻定型，固化成型即得；所述擠出為整體擠出或分塊擠出。

所述混勻為在高混機中混勻，所述高混機的轉(zhuǎn)速為1000～1500轉(zhuǎn)/分鐘。

所述混勻所用時間為2～5分鐘。

所述螺桿擠出機的擠出壓力設(shè)定為4-12Mpa。

所述螺桿擠出機的機筒溫度設(shè)定為四區(qū)：一區(qū)180～190℃，二區(qū)190～205℃，三區(qū)210～230℃，四區(qū)230～250℃；口模溫度設(shè)定為四區(qū)，一區(qū)230～250℃，二區(qū)230～210℃，三區(qū)195～210℃，四區(qū)180℃。

所述螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速為15～40轉(zhuǎn)/min，牽引速度為0.5～10m/min。

所述螺桿擠出機口模根據(jù)管道實際直徑尺寸制成兩邊帶有燕尾和燕尾槽的扇面。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材，原料簡單，將長鏈烷基改性蒙脫土、二硫化鉬、石墨烯三種填料協(xié)同作用，能明顯改善超高分子量聚乙烯的熔融流動性，大大提高了超高分子量聚乙烯管材的力學性能。本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材既可用于整體，又可用于分塊擠出。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材的制備方法，其主要特點是通過工藝配方優(yōu)化設(shè)計管道外觀及其口模設(shè)計、擠出工藝參數(shù)設(shè)計，實現(xiàn)了大口徑超高分子量聚乙烯管材原料添加劑量少、分塊快速擠出與現(xiàn)場裝配成型，提高了生產(chǎn)效率，方便運輸且運輸裝載量大，綜合成本明顯降低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明弧形板?？谑疽鈭D；

圖2為本發(fā)明弧形板榫接示意圖；

圖3為本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例進一步闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。

實施例1

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材，由以下質(zhì)量百分數(shù)的原料制成：分子量為250萬的聚乙烯96％，分子量為2000的高分子蠟1％，十六烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土2％，硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬0.5％，石墨烯0.2％，顏料0.2％，受阻酚與亞磷酸酯的復合抗老化劑0.1％。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材由8塊弧形板榫接而成，弧形板沿軸向的兩側(cè)分別設(shè)有用來榫接的燕尾和燕尾槽，燕尾和燕尾槽分別沿弧形板的軸向方向延伸且長度與弧形板的長度相等。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材的制備方法，包括以下步驟：

將96％的分子量為250萬的超高分子量的聚乙烯、1％的分子量2000的高分子蠟、2％的十六烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土、0.5％的硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬、0.2％的石墨烯、0.2％的顏料、0.1％的受阻酚與亞磷酸酯的復合抗老化劑置于高混機中混合2分鐘，高混機的轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘，混合后得到混合物料；將混合物料放入料倉加熱到175℃并保溫1小時；機筒四區(qū)溫度分別為：180℃，190℃、210℃、230℃；口模四區(qū)溫度分別為：230℃、230℃、195℃、180℃；設(shè)定4MPa擠出壓力和螺桿轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分，將上述混合物料在螺桿擠出機中連續(xù)經(jīng)1000mm口徑的1/8弧形?？跀D出，即得。

如圖1所示，根據(jù)實際管道長度要求截斷弧形板，將弧形板按如圖2所示燕尾對接燕尾槽方式，依次從一端插入，形成一個完整的管道，并在管道的外面加固2道緊固圈(如圖3所示)。

實施例2

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材，由以下質(zhì)量百分數(shù)的原料制成：分子量為450萬的超高分子量聚乙烯93.5％，分子量為2000的高分子蠟1.5％，十八烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土3％，硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬0.8％，石墨烯0.8％，顏料0.2％，抗老化劑0.2％。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材由4塊弧形板榫接而成，弧形板沿軸向的兩側(cè)分別設(shè)有用來榫接的燕尾和燕尾槽，燕尾和燕尾槽分別沿弧形板的軸向方向延伸且長度與弧形板的長度相等。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材的制備方法，包括以下步驟：

將93.5％的分子量為450萬的超高分子量的聚乙烯、1.5％的分子量為2000的高分子蠟、3％的納米有機蒙脫土、0.8％的硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬、0.8％的石墨烯、0.2％的顏料、0.2％的抗老化劑置于高混機中混合3分鐘，高混機的轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘，混合后得到混合物料；將混合物料放入料倉加熱到175℃并保溫1.5小時；螺桿機筒四區(qū)溫度分別為：185℃、200℃、220℃、240℃；口模四區(qū)溫度分別為：240℃、220℃、200℃、180℃；設(shè)定8MPa擠出壓力和螺桿轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，將上述混合物料在螺桿擠出機中連續(xù)經(jīng)800mm口徑的1/4弧形模口擠出。

根據(jù)實際管道長度要求截斷弧形板，將弧形板按燕尾對接燕尾槽方式，依次從一端插入，形成一個完整的管道，并在管道的外面加固3道緊固圈。

實施例3

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材，由以下質(zhì)量百分數(shù)的原料制成：分子量為800萬的超高分子量的聚乙烯92％，分子量為3000的高分子蠟2％，十八烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土3.5％，硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬1％，石墨烯0.8％，顏料0.3％，受阻酚與亞磷酸酯的復合抗老化劑0.3％。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材由6塊弧形板榫接而成，弧形板沿軸向的兩側(cè)分別設(shè)有用來榫接的燕尾和燕尾槽，燕尾和燕尾槽分別沿弧形板的軸向方向延伸且長度與弧形板的長度相等。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材的制備方法，包括以下步驟：

將92％的分子量為800萬的超高分子量的聚乙烯、2％的分子量為3000的高分子蠟、3.5％的十八烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土、1％的硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬、0.8％的石墨烯、0.3％的有機顏料、0.3％的受阻酚與亞磷酸酯的復合抗老化劑置于高混機中混合5分鐘，高混機的轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘，混合后得到混合物料；將混合物料放入料倉加熱到175℃并保溫2小時；設(shè)定機筒四區(qū)溫度分別為：190℃、205℃、230℃、250℃；口模四區(qū)溫度分別為：250℃、230℃、210℃、180℃；設(shè)定擠出壓力為12MPa，螺桿轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分，將上述混合物料在螺桿擠出機中連續(xù)經(jīng)600mm口徑的1/6弧形?？跀D出。

根據(jù)實際管道長度要求截斷弧形板，將弧形板按燕尾對接燕尾槽方式，依次從一端插入，形成一個完整的管道，并在管道的外面加固6道緊固圈。

實施例4

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材，由以下質(zhì)量百分數(shù)的原料制成：分子量為450萬的超高分子量聚乙烯93.5％，分子量為2000的高分子蠟1.5％，十八烷基三甲基溴化銨改性蒙脫土3％，硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬0.8％，石墨烯0.8％，顏料0.2％，抗老化劑0.2％。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材由整體擠出成型。

本發(fā)明超高分子量聚乙烯管材的制備方法，包括以下步驟：

將93.5％的分子量為450萬的超高分子量的聚乙烯、1.5％的分子量為2000的高分子蠟、3％的納米有機蒙脫土、0.8％的硅烷偶聯(lián)劑KH570改性納米二硫化鉬、0.8％的石墨烯、0.2％的顏料、0.2％的抗老化劑置于高混機中混合3分鐘，高混機的轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘，混合后得到混合物料；將混合物料放入料倉加熱到175℃并保溫1.5小時；螺桿機筒四區(qū)溫度分別為：185℃、200℃、220℃、240℃；口模四區(qū)溫度分別為：240℃、220℃、200℃、180℃；設(shè)定8MPa擠出壓力和螺桿轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分，將上述混合物料在螺桿擠出機中連續(xù)經(jīng)800mm口徑?？跀D出。

對比例

本對比例超高分子量聚乙烯管材，由以下質(zhì)量百分數(shù)的原料制成：分子量為450萬的超高分子量聚乙烯97.6％，分子量為2000的高分子蠟2％，顏料0.2％，抗老化劑0.2％。

本對比例超高分子量聚乙烯管材由6塊弧形板榫接而成，弧形板沿軸向的兩側(cè)分別設(shè)有用來榫接的燕尾和燕尾槽，燕尾和燕尾槽分別沿弧形板的軸向方向延伸且長度與弧形板的長度相等。

本對比例超高分子量聚乙烯管材的制備方法，包括以下步驟：將上述各原料放入高混機，1200轉(zhuǎn)/分鐘混合1分鐘后放入料倉加熱到175℃并保溫1.5小時。螺桿擠出機筒四區(qū)溫度分別為：185℃、200℃、220℃、240℃；口模四區(qū)溫度分別為：240℃、220℃、200℃、180℃。設(shè)定8MPa擠出壓力和螺桿轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，將上述混合物料在螺桿擠出機中連續(xù)經(jīng)800mm口徑的1/6弧形?？跀D出。

實驗例

對實施例1～3及對比例所得超高分子量聚乙烯擠出樣品的拉伸強度按GB/T 1040-1992的測試方法進行測試；缺口沖擊強度按GB/T1843-1996的方法進行測試，并測試其擠出速度，測試結(jié)果見下表1。

表1實施例1～3及對比例所得超高分子量聚乙烯管材的力學性能測試結(jié)果

由表1測試結(jié)果可知，本發(fā)明實施例1～3所得高分子量聚乙烯管材，在保證缺口沖擊強度的同時，拉伸強度、拉伸模量、斷裂伸長率、擠出速度明顯優(yōu)于對比例，顯著提高了超高分子量聚乙烯管材的力學性能，而對比例由于沒有加入改性劑，在保證管道成型良好的情況下，相比改性后的組合料，擠出速度降低很多。