專利名稱：一種超高分子量聚乙烯管材及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管材，特別涉及一種超高分子量聚乙烯管材及其生產(chǎn)工藝，屬于管材工藝配方的研究技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科技的進步和社會的發(fā)展，高分子材料的應(yīng)用越來越廣泛。隨著國家政策的指引塑料管材應(yīng)用越來越廣泛，管材中又以超高分子量聚乙烯管材性能優(yōu)異，被冠以“塑料之王”的美譽，因此被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)平均分子量約35萬 800萬，因分子量高而具有其它塑料無可比擬的優(yōu)異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學(xué)腐蝕等性能。而且,超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)耐低溫性能優(yōu)異,在_40°C時仍具有較高的沖擊強度，甚至可在_269°C下使用。 盡管超高分子量聚乙烯有著優(yōu)異的性能，但是由于它具有極高的粘度，很低的臨界剪切速率，因此，生產(chǎn)過程中，流動性差，耐應(yīng)力較差，容易開裂，且其制品的成型加工尤為困難。長期以來，由于國內(nèi)超高分子量聚乙烯成型技術(shù)及其裝備比較落后，與先進國家的差距較大，生產(chǎn)效率不是很理想，由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融狀態(tài)的粘度高達108Pa *s，流動性極差，其熔體指數(shù)幾乎為零，所以很難用一般的機械加工方法進行加工。近年來，通過對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)進行改性使得其加工迅速發(fā)展，但國內(nèi)還是沒有一種很好的方法解決其生產(chǎn)效率問題。隨著我國超高分子量聚乙烯行業(yè)規(guī)模的擴大，以及國內(nèi)對超高分子量聚乙烯制品需求日益增長，研發(fā)一種高效率連續(xù)化生產(chǎn)超高分子量聚乙烯管材的配方及工藝已成為廣大生產(chǎn)廠家極力解決的一大難題。目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有一部分超高分子量聚乙烯管材基礎(chǔ)成型技術(shù)，但是產(chǎn)品性能都大打折扣，針對這一難題發(fā)明本方法和工藝，本發(fā)明使超高分子量聚乙烯管材不僅保留了原料特性，而且還具備了聚丙烯和聚乙烯的優(yōu)良特性，容易加工，塑化效果好，生產(chǎn)效率高。CN1156528C公開了一種超高分子量聚乙烯共混料及其制備方法，所述共混料按重量百分比包括超高分子量聚乙烯85、5%、聚硅氧烷3 15%、抗氧劑0. 2 2%。所述制備方法為將上述原料混合、攪拌均勻，干燥。將干燥后的物料進行擠出造粒。這種共混料由于采用有機硅作為改性劑，可大大提高加工流動性，使之應(yīng)用于擠出料和注射料，實現(xiàn)用注射劑加工成任何注塑件等。但是有機硅價格較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種超高分子量聚乙烯管材，所述管材不僅保留了超高分子量聚乙烯管材的原料特性，而且還具備了聚丙烯和聚乙烯的優(yōu)良特性，容易加工，塑料效果好，生產(chǎn)效率高。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述超高分子量聚乙烯管材采用多元共混物改性方法，所述管材按重量份數(shù)包括超高分子fi聚乙烯85 120
聚丙烯5 20
聚乙烯2-15
成核劑0.2 4SUHMW-PE共混就是UHMW-PE樹脂和聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)樹脂，助劑等通過加工手段和方法使它們混合在一起，從而使所得共混 材料兼具UHMW-PE和PP、PE的雙重特性。共混物中的兩相仍保持各自特性，共混之后也沒有新的物質(zhì)產(chǎn)生，只是兩相界面處形成結(jié)合，體現(xiàn)出彼此性能互補，也被稱為“高分子合金”。共混的目的為(I)達到性能互補，保持樹脂各自的優(yōu)點，從而彌補彼此的不足；(2)取代，利用兩種材料價差來降低成本；(3)助加工。UHMW的加工性能遠遠低于其他共混樹脂，而當(dāng)UHMW-PE與這些樹脂共混后，則可大幅度提高其流動性，降低能耗。UHMW-PE共混的基礎(chǔ)是它們之間的相容性，而相容又取決于兩種材料的分子結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、分子鏈取向、結(jié)晶性、分子排列、大分子鏈的相互作用力，集聚狀態(tài)等一系列因素。一般而言，要獲得理想的共混效果，參與共混的兩相的溶解度、極性、表面張力及粘度越接近越好。相容性越好，共混物性能越優(yōu)良。因此，如何改善共混物組分間的相容性，進而進行相態(tài)設(shè)計和控制，是獲得有實用價值的高性能高分子合金材料的一個重要課題。為提高共混相容性，可以采取以下幾項措施(I)添加相容劑，以降低界面張力，促進兩者的分子鏈段在界面處被激活并結(jié)合。(2)就地復(fù)合，以單體或初級聚合物作為一種組份加入到另一組份中，通過共混得到共聚物，即反應(yīng)性增容。(3)共成核，加入兩相均能接受的成核劑(如PET)以增強共混界面的結(jié)合，從而改善共混體的性能。本發(fā)明通過在超高分子量聚乙烯中添加成核劑來提高超高分子量聚乙烯與PE和PP的相容性，進而達到提高超高分子量聚乙烯性能的目的。本發(fā)明所述聚丙烯和聚乙烯均可商購得到，對聚丙烯和聚乙烯的牌號等均沒有限制。本發(fā)明典型但非限制性的聚丙烯為粉料，聚乙烯為PE5000S。成核劑透過改變樹脂的結(jié)晶行為，可以加快結(jié)晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細化，達到縮短成型周期、提高制品透明性、表面光澤、抗拉強度、剛性、熱變形溫度、抗沖擊性、抗蠕變性等物理機械性能的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)可獲知的聚乙烯成核劑自行選擇本發(fā)明所述成核劑。本發(fā)明典型但非限制性的成核劑包括有山梨醇縮醛類(DBS、MDBS、DMDBS)、山梨醇、對羥基苯甲酸、聚-4-甲氧基-4 ’ -丙烯酰氧苯甲酸苯酯(PMAPAB )、硬脂酸鹽(硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鉀)、滑石粉中的一種或者至少兩種的混合物。所述混合物例如DBS和MDBS的混合物，MDBS和DMDBS的混合物，DBS、MDBS、DMDBS的混合物，DBS和山梨醇的混合物，MDBS和對羥基苯甲酸的混合物，DMDBS和PMAPAB的混合物，硬脂酸鋅和DBS的混合物，硬脂酸鈣和山梨醇的混合物，硬脂酸鈣和硬脂酸鉀的混合物，硬脂酸鉀和滑石粉的混合物，DBS和滑石粉的混合物，MDBS和滑石粉的混合物，DBS、MDBS和滑石粉的混合物，山梨醇、PMAPAB、硬脂酸鋅的混合物，山梨醇、PMAPAB和硬脂酸鈣的混合物。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述管材還包括石墨。所述石墨的重量份數(shù)為0. 5^2. 5，例如 0. 55,0. 60,0. 65,0. 7,0. 75,0. 8,0. 85,0. 9,2. 45,2. 4,2. 3,2. 2,2. 1,2. 0,1. 9,1. 8，優(yōu)選0. 5 2. 0，進一步優(yōu)選I. 0 2. O。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述管材還包括塑料助劑。所述塑料助劑包括填充劑或/和潤滑劑。所述填充劑選自硫酸鋇、立德粉、炭黑、滑石粉、碳酸鈣、硅灰石、云母粉、高嶺土、水鎂石、膨潤土、硅藻土、浮石粉中的一種或者至少兩種的混合物，所述混合物例如硫酸鋇和立德粉的混合物，炭黑和滑石粉的混合物，硅灰石和云母粉的混合物，高嶺土和水鎂石的混合物，膨潤土和硅藻土的混合物，浮石粉和硫酸鋇的混合物，硫酸鋇、立德粉和炭黑的混合物，滑石粉、碳酸鈣和硅灰石的混合物，云母粉、高嶺土和水鎂石的混合物，膨潤土、硅藻土和浮石粉的混合物，優(yōu)選硫酸鋇、碳酸鈣、立德粉、炭黑、高嶺土中的一種或者至少兩種的混合物，進一步優(yōu)選硫酸鋇、重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣、立德粉、炭黑、一般高嶺土、改性高嶺土、納米高嶺土中的一種或者至少兩種的混合物，更優(yōu)選炭黑。所述填充劑的重量份數(shù)為0. 5 2. 5，例如 0. 55,0. 60,0. 65,0. 7,0. 75,0. 8,0. 85、
0.9,2. 45,2. 4,2. 3,2. 2,2. 1,2. 0,1. 9,1. 8，優(yōu)選 0. 5 2. 0，進一步優(yōu)選 I. 0 2. O。所述潤滑劑選自聚乙烯及其共聚物蠟、氧化聚乙烯蠟、低分子聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、乙烯-丙烯酸共聚物離子鹽、茂金屬聚烯烴蠟、微粉蠟中的一種或者至少兩種的混合物，所述混合物例如聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟的混合物，氧化聚乙烯蠟和低分子聚乙烯蠟的混合物，聚丙烯蠟和乙烯-丙烯酸共聚物離子鹽的混合物，茂金屬聚烯蠟和微粉蠟的混合物，微粉蠟和聚乙烯蠟的混合物，聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟和低分子聚乙烯蠟的混合物，優(yōu)選聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、乙烯-丙烯酸共聚物離子鹽中的一種或者至少兩種的混合物，進一步優(yōu)選聚乙烯臘。優(yōu)選地，所述潤滑劑的重量份數(shù)為l.(T5. 0，例如I. 1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、
1.7,1. 8,1. 9,2. 0,2. 1,4. 9,4. 8,4. 7,4. 6,4. 5,4. 4,4. 3，優(yōu)選 I. 5 3. 5，進一步優(yōu)選
2.0 3. O。
作為優(yōu)選技術(shù)方案,所述管材按重量份數(shù)包括
超高分子暈聚乙烯85 120
聚雨烯5 20
聚乙烯2~15 成核劑0.2~4
石墨0.5 2.5
填充劃0.5-2.5
潤滑劃1.0~5.0。作為優(yōu)選方案,所述管材按重量份數(shù)包括
超高分了量聚乙燦85-120 聚丙烯5 20
聚乙烯2-15
成核劑0.2 4
石墨0.5 2.5 炭黑0.5 2.5
聚乙烯蠟1.0 5.0。所述超高分子量聚乙烯的重量份數(shù)為85 120，例如86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、119、118、117、116、115、114、113、112、111、110、109、108。所述聚丙烯的重量份數(shù)為5 20，例如 6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19。所述聚乙烯的重量份數(shù)為2 15，例如3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14。所述成核劑的重量份數(shù)為0. 2 4，例如 0. 3,0. 4,0. 5,0. 6,0. 7,0. 8,0. 9、I. 0,3. 9、3. 8、3. 7、3. 6、3. 5、3. 4、3. 3、3. 2。作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述管材按重量份數(shù)包括超高分子fi聚乙烯95 110
聚丙烯g~15
聚乙烯3 12
成核劑0.5 2.0 41-I-!0.5 2.0
炭浪0.5 2.0
聚乙燦 If II 5~3 5 a作為優(yōu)選技術(shù)方案,所述管材按重量份數(shù)包括
超高分子m聚乙烯95405
聚Pf爆8~12
聚乙烯3~8
成核劑0.5 1.5
石墨1.0 2.0
灰黑1_.0~2.0
聚乙烯錯2.0-3.0*或，
超辦分f.M:聚乙烯100
聚|A|烯10
聚乙烯6
成核劑1.0
備1.2
炭, 1.2
_2] 聚乙燏蠟2.8 e本發(fā)明所述的“包括”，意指其除所述組分外，還可以包括其他組分，這些其他組分賦予所述藥物不同的特性。除此之外，本發(fā)明所述的“包括”，還可以替換為封閉式的“為”或“由......組成”。本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯管材可以僅由超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯、成核劑組成，同時，本發(fā)明所述管材也可以由超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯、成核齊U、石墨、炭黑和聚乙烯蠟組成。同時，本發(fā)明所述的“包括”意指還可以包括其他組分，使管材具有不同的性能。本發(fā)明典型但非限制性的所述管材例如可以包括增塑劑、熱穩(wěn)定劑、加工改性劑、抗沖擊改性劑、阻燃劑、光穩(wěn)定劑、抗靜電劑、分散劑等。本發(fā)明典型但非限制性的增塑劑包括鄰苯二甲酸酯、脂肪二羧酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、環(huán)氧酯、烷基磺酸苯酯、磷酸酯和氯化石蠟等。本發(fā)明典型但非限制性的熱穩(wěn)定劑包括鹽基性鉛鹽類、金屬皂類、有機錫類、有機銻類等主穩(wěn)定劑和環(huán)氧化合物類、亞磷酸酯類、多元醇類、個二酮類等有機輔助穩(wěn)定劑。
本發(fā)明典型但非限制性的分散劑包括烴類(石蠟油、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟等)、脂肪酸皂類、脂肪散酯類和脂肪酰胺類等。本發(fā)明典型但非限制性的阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻、硼酸鋅和赤磷等。本發(fā)明的目的之二在于提供一種如上所述的超高分子量聚乙烯管材的生產(chǎn)工藝，所述生產(chǎn)工藝包括如下步驟(I)依次加入高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯、成核劑、炭黑、石墨、聚乙烯臘,高速混合，得到共混物料；(2)將共混物料經(jīng)擠出機進行擠出得到超高分子量聚乙烯管材；本領(lǐng)域技術(shù)人員獲知的可實現(xiàn)將不同物質(zhì)達到混合均勻的目的的設(shè)備均可實現(xiàn)本發(fā)明，作為優(yōu)選方案，本發(fā)明所述混合通過高混機實現(xiàn)。所述高混機的轉(zhuǎn)速為300 1000r/min,例如 350r/min、380r/min、410r/min、440r/min、470r/min、500r/min、520r/min、550r/min、980r/min、950r/min、930r/min、910r/min、880r/min、840r/min,優(yōu)選 400 800r/min,進一步優(yōu)選 500 700r/min,更優(yōu)選 600r/min。所述混合的時間為2 IOmin,例如 2. 5min、3min、3. 5min、4min、4. 5min、5min、5. 5min、6min、6. 5min、7min、7. 5min、8min、8. 5min、9min、9. 5min,優(yōu)選 2 8min,進一步優(yōu)選3 6min,更優(yōu)選5min。所述混合的溫度為6(Tl00°C，例如 62°C、65°C、68°C、71°C、74°C、78°C、81°C、84。〇、99。〇、98。〇、97。〇、96。〇、931、911、881，優(yōu)選65 951，進一步優(yōu)選75 851。所述擠出機的工藝設(shè)置，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際的擠出機進行設(shè)定，本發(fā)明對此不作限制。本發(fā)明典型但非限制性的擠出機的工藝參數(shù)為機筒6區(qū)溫度依次分別是 100°C、200°C、21(TC、21(rC、205°C、21(rC ;機頭 4 區(qū)依次分別是 220°C、215°C、205°C、120°C，水溫65°C冷卻定型，熔體壓力上限40MPa。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(I)本發(fā)明通過采用PP、PE對超高分子量聚乙烯進行共混改性，得到的超高分子量聚乙烯管材不僅保留了原料特性，而且還具備了聚乙烯和聚丙烯的優(yōu)良特性，容易加工，塑化效果好，生產(chǎn)效率高；
(2)本發(fā)明的超高分子量聚乙烯管材具有優(yōu)良的物理性能，管材兼有UHMW-PE和PP、PE的三重特性，由于加入了成核劑使得管材塑化均勻、內(nèi)外光滑，提高了生產(chǎn)效率，擴大了產(chǎn)能，降低了成本；(3)生產(chǎn)過程中管材流動性好，內(nèi)外光滑,管壁生產(chǎn)厚度可達20mm。
具體實施例方式為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實施例如下實施例本發(fā)明所述超高分子量聚乙烯管材組成見表I實施例I-實施例7所示表I實施例1-7所述超高分子量聚乙烯管材組成
權(quán)利要求
1.ー種超高分子量聚こ烯管材，其特征在于，所述管材按重量份數(shù)包括超高分子a聚乙烯85 120聚丙烯5 20聚乙烯2 15成核劑0.2~4S
2.如權(quán)利要求I所述的管材，其特征在于，所述管材還包括石墨； 優(yōu)選地，所述石墨的重量份數(shù)為O. 5^2. 5，優(yōu)選O. 5^2. 0，進ー步優(yōu)選I. (Γ2. O。
3.如權(quán)利要求I或2所述的管材，其特征在于，所述管材還包括塑料助劑。
4.如權(quán)利要求3所述的管材，其特征在于，所述塑料助劑包括填填充劑或/和潤滑剤。
5.如權(quán)利要求4所述的管材，其特征在于，所述填充劑選自硫酸鋇、立德粉、炭黑、滑石粉、碳酸鈣、硅灰石、云母粉、高嶺土、水鎂石、膨潤土、硅藻土、浮石粉中的一種或者至少兩種的混合物，優(yōu)選硫酸鋇、碳酸鈣、立德粉、炭黑、高嶺土中的一種或者至少兩種的混合物，進ー步優(yōu)選硫酸鋇、重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣、立德粉、炭黑、一般高嶺土、改性高嶺土、納米高嶺土中的一種或者至少兩種的混合物，更優(yōu)選炭黑； 優(yōu)選地，所述填充劑的重量份數(shù)為O. 5^2. 5，優(yōu)選O. 5^2. 0，進ー步優(yōu)選I. (Γ2. O。
6.如權(quán)利要求4所述的管材，其特征在于，所述潤滑劑選自聚こ烯及其共聚物蠟、氧化聚こ烯蠟、低分子聚こ烯蠟、聚丙烯蠟、こ烯-丙烯酸共聚物離子鹽、茂金屬聚烯烴蠟、微粉蠟中的一種或者至少兩種的混合物，優(yōu)選聚こ烯蠟、氧化聚こ烯蠟、こ烯-丙烯酸共聚物離子鹽中的一種或者至少兩種的混合物，進ー步優(yōu)選聚こ烯蠟； 優(yōu)選地，所述潤滑劑的重量份數(shù)為I. (Γ5. 0，優(yōu)選I. 5^3. 5，進ー步優(yōu)選2. (Γ3. O。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的管材，其特征在于，所述管材按重量份數(shù)包括超高分子:S聚乙烯85-120聚丙烯5~20聚乙烯2~i5成核劑0.2~4石墨0.5 2.5填充割0.5 2.5潤滑劑1.CK5.0, 或，超高分子fi聚Zi鏢85-120聚丙烯5~20聚乙烯2 15成核劑0.2 4ィ 1 0.5 2.5炭::ft0.5 2.5聚乙烯蠟丨.O 5.0。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的管材，其特征在于，所述管材按重量份數(shù)包括 超商分子+ 聚乙烯95-110聚內(nèi)' 細8~ 15聚乙烯3 12成核劑0.5 2.0ィI堪0.5 2.0炭!K0.5 2.0聚乙浠蠟丨.5 3.5 α
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的管材，其特征在于，所述管材按重量份數(shù)包括 超W分/パ :聚乙浠95-105聚I 錄8 12聚乙烯3~8成核劑0.5 1.5石堪LO 2.0炭, 1.0-2.0聚乙烯蠟2.0 3.0, 或，超高分子fi聚こ烯100 聚丙烯W聚21烯6 成核劑1.0 石墨1.2炭黑1.2聚21烯蠟21
10.一種如權(quán)利要求1-9之一所述的管材的生產(chǎn)エ藝，其特征在于，所述生產(chǎn)エ藝包括如下步驟 (1)依次加入超高分子量聚こ烯、聚丙烯、聚こ烯、成核劑、炭黑、石墨、聚こ烯臘，高速混合，得到共混物料； (2)將共混物料經(jīng)擠出機進行擠出得到超高分子量聚こ烯管材； 優(yōu)選地，所述混合通過高混機實現(xiàn)； 優(yōu)選地，所述高混機的轉(zhuǎn)速為300 1000r/min,優(yōu)選400 800r/min,進ー步優(yōu)選500 700r/min,更優(yōu)選 600r/min ； 優(yōu)選地，所述混合的時間為2 10min,優(yōu)選2 8min,進ー步優(yōu)選3 6min,更優(yōu)選5min ； 優(yōu)選地，所述混合的溫度為6(Tl00°C，優(yōu)選65、5°C，進ー步優(yōu)選75 85°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯管材，其特征在于，所述管材按重量份數(shù)包括超高分子量聚乙烯85～120、聚丙烯5～20、聚乙烯2～15、成核劑0.2～4。所述管材還可以包括石墨以及塑料助劑。本發(fā)明通過采用聚丙烯、聚乙烯對超高分子量聚乙烯進行共混改性，得到的超高分子量聚乙烯管材不僅保留了原料特性，而且還具備了聚乙烯和聚丙烯的優(yōu)良特性，容易加工，塑化效果好，生產(chǎn)效率高。
文檔編號B29K23/00GK102675715SQ20121014521
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者佟照剛, 劉樹生, 張春然, 王希軍, 甄紅英, 胡永強, 荊冰 申請人:河北北塑管業(yè)有限公司