CN101012325A - 一种超高分子量聚乙烯改性材料及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯改性材料及其制备方法和用途，该材料按重量份计由以下组分组成：超高分子量聚乙烯80份－120份，聚乙烯蜡1份－6份，石墨0.5份－3份，玻璃空心微珠1份－8份，抗静电剂0.5份－3份，阻燃剂1份－4份；该方法包括的步骤是：配料、混合、加热、挤压、冷却成型；一种超高分子量聚乙烯改性材料在托辊、管材、板材及模塑件制造中的应用；该材料具有极高的耐磨性、优良的自润滑性、超强的抗冲击强度、优异的阻燃性、极强的不粘性，且能够抗静电、耐老化、耐腐蚀；其主要应用于“以塑代钢”的产品。

Description

一种超高分子量聚乙烯改性材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯改性材料及其制备方法和用途，属于聚合物加工领域。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)类属聚乙烯家族，但它的线形分子链比常规高密度聚乙烯长十倍，超高分子量聚乙烯的分子量要大于或等于150万(部标准)，而高分子聚乙烯一般是50万～70万，这样的不同就决定了它们的理化指标的不同，且直接影响他们的使用效果和寿命，正是这一独特的结构，使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)具有理想的材料综合性能，除耐热性外，耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自身润滑、抗冲击性能在所有塑料中为最高值，并可长期在-169至+80℃条件下工作，被称为″令人惊异″的工程塑料，可广泛应用于冶金、电力、石油、纺织、造纸、食品、化工、机械、电气环保、采矿、石油、农业、建筑、电气、医疗、体育及制冷技术等行业；

超高分子量聚乙烯作为生产原料是现有聚合物中最好的，正是由于这个原因，这种聚合物加工的部件更经久耐用，质量好；超高分子量聚乙烯采用齐格勒型高效催化剂低压合成，分子量根据需要控制在150-300万以上，考虑到加工过程分子的热降解，因此具有粘均分子量大于170万的高密度聚乙烯加工成各种制品，更具有优越性能；随着相对分子量的增大，超高分子量聚乙烯的耐磨性将有所增强，相对分子量为500万的超高分子量聚乙烯比相对分子量为300万的超高分子量聚乙烯的耐磨性提高约31％。

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种综合性能十分优异的热塑性工程塑料，由于其耐磨性能超群，且摩擦系数很低，可与聚四氟乙烯媲美，因而应用范围广泛，倍受人们的的青睐，但是，由于超高分子量聚乙烯表面硬度低，机械强度不高，热变形温度较低，耐高温性能较差，粘度高，流动性极差，所以，加工起来较困难，为弥补这些不足，急需对其进行相应的改性，以便于发挥其自身的众多优点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，从而提供一种超高分子量聚乙烯改性材料及其制备方法和用途，该材料具有极高的耐磨性、优良的自润滑性、超强的抗冲击强度、优异的阻燃性、极强的不粘性，且能够抗静电、耐老化、耐腐蚀。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种超高分子量聚乙烯改性材料，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯80份-120份，聚乙烯腊1份-6份，石墨0.5份-3份，玻璃空心微珠1份-8份，抗静电剂0.5份-3份，阻燃剂1份-4份；

根据以上所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯95份-110份，聚乙烯腊2份-5份，石墨1份-2.5份，玻璃空心微珠3份-6份，抗静电剂1份-2.5份，阻燃剂1.5份-3份；

根据以上所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊4份，石墨2份，玻璃空心微珠5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份；

根据以上所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，该材料还包括以下按重量份计的组分：偶联剂1.1-2.3份，成核剂0.2-0.8份，抗氧剂0.5-3份，分散剂1-3份，流动性改良剂0.5-3份；

基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为170～500万的超高分子量聚乙烯；

基于上述，所述阻燃剂是三氧花二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种；

基于上述，所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和/或锆类偶联剂中的至少一种；

基于上述，所述成核剂是苯甲酸、热解硅石、二氧化硅和/或硬酯酸盐中的至少一种；

一种超高分子量聚乙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：

a、配料：基于以上所述组分，按重量份计进行配料；

b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；然后

c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为2～3个小时，使温度达到175～220度，待配料充分液化；然后

d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为10.2～11.5兆帕；然后

e、冷却成型：挤出后，用45～50度的水冷却、成型，即得到所述超高分子量聚乙烯改性材料。

一种超高分子量聚乙烯改性材料在托辊、管材、板材及模塑件制造中的应用。

本发明在现有技术的基础上经过多年不断的改进，具备优良的综合性能，尤其是具备优异的机械性能，其相对于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步性，具体的说，其有益效果具体表现在以下几点：

1、耐磨性：目前，在所有的工程塑料中超高分子量聚乙烯类材料的耐磨性能最好，最引人注目，而本发明的材料尤其更甚，耐磨性超过许多金属材料，其耐磨性是钢的8倍，是尼龙的4倍；

2、腐蚀性：该材料能够在碱液中不易受腐蚀，可以在80℃的盐酸中应用，而且在浓度小于75％的浓硫酸、浓度小于20％的硝酸中保持稳定的性能；

3、极低的摩擦系数：该材料摩擦系数小于等于0.12，自润滑性极好，是一种理想的轴承、轴套、滑块、衬里加工材料，选用该材料作为设备的摩擦部件，除可提高耐磨寿命外，还可以收到意想不到的节能效果；

4、机械性：该材料抗冲击性极好，无论是外力强击，还是内部压力波动，都难以使其开裂，其抗冲击强度是尼龙66的11倍，聚氯乙烯的22倍，聚四氟乙烯的9倍，请参阅表1进行比较；

5、抗老化性：该材料抗老化性好，按ASTM(负荷4.8kg/cm²)，热变形温度为90℃，使用温度可达120℃，特殊情况下，能够在更高的温度下使用，而且韧性极好，它的耐低温性能也非常优异，在-286℃低温下，仍具有一定的延展性；

6、电性能：该材料具有很优良的电性能，它的体积电阻达10^-17-18，体积电阻大，击穿电压达50KV/mm，介电常数为2.3，在较宽的温度及频率范围内，它的电性能变化极小；

7、卫生无毒：该材料无味、无毒、无臭，本身无腐蚀性，具有生理惰性和生理适应性；

8、该材料制备工艺简单，成本低，应用范围广，是非常有竞争力的“以塑代钢”产品。

表1：

技术参数	高分子量聚乙烯材料	超高分子量聚乙烯改性材料I	超高分子量聚乙烯改性材料II
				分子量	50万-70万	≥150万	≥450万
冲击强度	≥80KJ/m2	≥110KJ/m2	≥190KJ/m2
				吸水率	≤0.019％	≤0.016％	≤0.016％
拉伸强度	≥28MPa	≥34MPa	≥38MPa
				拉伸模量	≥1200MPa	≥1600MPa	≥1800MPa
弯曲强度	≥19MPa	≥28MPa	≥30MPa
				断裂伸长率	≥350	≥500	≥550
热变形温度	85℃(0.4MPa)	95℃(0.4MPa)	95℃(0.4MPa)
				比重	≥0.92g/cm3	≥0.95g/cm3	≥0.96g/cm3
磨擦系数	≤0.17	≤0.15	≤0.1

具体实施方式

为了能够更好的说明本发明的优点和进步性，现给出本发明的具体实施方式，但，需要说明的是，本实施例仅仅是对本发明作出的进一步说明，并不能够理解为对本发明保护范围的限制，对于本领域的技术人员而言，可根据上述本发明内容进行一些非实质性的技术改进和调整。

实施例1

一种超高分子量聚乙烯改性材料，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯80份，聚乙烯腊1份，石墨0.5份，玻璃空心微珠1份，抗静电剂0.5份，阻燃剂1份；

基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为350万的超高分子量聚乙烯；所述阻燃剂是三氧花二锑；

一种超高分子量聚乙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：

a、配料：基于以上所述组分，按重量份计进行配料；

b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；然后

c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为2个小时，使温度达到190度，待配料充分液化；然后

d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为10.8兆帕；然后

e、冷却成型：挤出后，用45度的水冷却、成型，即得到所述超高分子量聚乙烯改性材料。

一种超高分子量聚乙烯改性材料在托辊、管材、板材及模塑件制造中的应用。

实施例2

一种超高分子量聚乙烯改性材料，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯120份，聚乙烯腊6份，石墨3份，玻璃空心微珠8份，抗静电剂3份，阻燃剂4份；

基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为500万的超高分子量聚乙烯；所述阻燃剂是磷酸酯；

一种超高分子量聚乙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：

a、配料：基于以上所述组分，按重量份计进行配料；

b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；然后

c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为2.5个小时，使温度达到210度，待配料充分液化；然后

d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为11.2兆帕；然后

e、冷却成型：挤出后，用50度的水冷却、成型，即得到所述超高分子量聚乙烯改性材料。

一种超高分子量聚乙烯改性材料在托辊、管材、板材及模塑件制造中的应用。

实施例3

一种超高分子量聚乙烯改性材料，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊4份，石墨2份，玻璃空心微珠5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份；

基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为500万的超高分子量聚乙烯；所述阻燃剂是磷酸酯；

一种超高分子量聚乙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：

a、配料：基于以上所述组分，按重量份计进行配料；

b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；然后

c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为2.5个小时，使温度达到200度，待配料充分液化；然后

d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为11.0兆帕；然后

e、冷却成型：挤出后，用50度的水冷却、成型，即得到所述超高分子量聚乙烯改性材料。

一种超高分子量聚乙烯改性材料在托辊、管材、板材及模塑件制造中的应用。

实施例4

一种超高分子量聚乙烯改性材料，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊4份，石墨2份，玻璃空心微珠5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份；

根据需要，按重量份计还可加入下列组分：偶联剂1.8份，成核剂0.5份，抗氧剂1.5份，分散剂2.3份，流动性改良剂1.8份；

基于上述，所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为500万的超高分子量聚乙烯；所述阻燃剂是磷酸酯；所述偶联剂是硅烷偶联剂；所述成核剂是苯甲酸；

一种超高分子量聚乙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：

a、配料：基于以上所述组分，按重量份计进行配料；

b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；然后

c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为2.5个小时，使温度达到200度，待配料充分液化；然后

d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为11.0兆帕；然后

e、冷却成型：挤出后，用50度的水冷却、成型，即得到所述超高分子量聚乙烯改性材料。

一种超高分子量聚乙烯改性材料在托辊、管材、板材及模塑件制造中的应用。

Claims (10)

1、一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯80份-120份，聚乙烯腊1份-6份，石墨0.5份-3份，玻璃空心微珠1份-8份，抗静电剂0.5份-3份，阻燃剂1份-4份。

2、根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯95份-110份，聚乙烯腊2份-5份，石墨1份-2.5份，玻璃空心微珠3份-6份，抗静电剂1份-2.5份，阻燃剂1.5份-3份。

3、根据权利要求2所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于，按重量份计该材料由以下组分组成：超高分子量聚乙烯100份，聚乙烯腊4份，石墨2份，玻璃空心微珠5份，抗静电剂2份，阻燃剂2份。

4、根据权利要求1或2或3所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于，该材料还包括以下按重量份计的组分：偶联剂1.1-2.3份，成核剂0.2-0.8份，抗氧剂0.5-3份，分散剂1-3份，流动性改良剂0.5-3份。

5、根据权利要求1或2或3所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯是基体粘均分子量为170～500万的超高分子量聚乙烯。

6、根据权利要求1或2或3所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于：所述阻燃剂是三氧花二锑、磷酸酯、锡酸盐和/或十溴联苯醚中的至少一种。

7、根据权利要求4所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于：所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和/或锆类偶联剂中的至少一种。

8、根据权利要求4所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料，其特征在于：所述成核剂是苯甲酸、热解硅石、二氧化硅和/或硬酯酸盐中的至少一种。

9、根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、配料：根据权利要求1所述组分，按重量份计进行配料；

b、混合：把a步骤的配料放入高速混料机内，充分混合均匀；然后

c、加热：把混合好的配料放入料仓内，然后，进行连续加热，时间为2～3个小时，使温度达到175～220度，待配料充分液化；然后

d、挤压：把充分液化后的材料由挤压机挤出，挤出压力为10.2～11.5兆帕；然后

e、冷却成型：挤出后，用45～50度的水冷却、成型，即得到所述超高分子量聚乙烯改性材料。

10、根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯改性材料在托辊、管材、板材及模塑件制造中的应用。