CN101250300B - 一种超高分子量聚乙烯复合衬板 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯复合衬板 Download PDF

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Abstract

一种超高分子量聚乙烯复合衬板，由以下原料组成：超高分子量聚乙烯、增强尼龙、填充聚四氟乙烯、偶联剂、超细活性氢氧化镁粉、万能偶联剂。本发明横向、纵向分子链均为致密规则环状，分子交叉链为致密不规则环状，从而使制品性能(尤其是耐温性和耐磨性)比纯超高分子量聚乙烯制品得以大幅度提升。本发明的热变形温度可达210℃以上(0.45MPa，GB/T 1634-2004)，磨耗量低于1.60×10-5g/cm2(GB/T 4085-1983)。这种具有高热变形温度和高耐磨性的超高分子量聚乙烯复合材料可用于煤矿、冶金、粮食加工、制盐、水泥、港口码头或轻工流水生产线中的料仓衬板等。

Description

一种超高分子量聚乙烯复合衬板
技术领域：
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及高聚物及其成型加工技术领域，更具体地说，涉及一种具有较高热变形温度、耐磨性及较高表面硬度的超高分子量聚乙烯复合材料。
背景技术：
超高分子量聚乙烯(粘均相对分子质量超过150万的聚乙烯)具有优异的耐磨性、抗冲击性、耐化学腐蚀性和低温韧性，作为一种热塑性工程塑料应用十分广泛。但超高分子量聚乙烯也具有聚乙烯树脂固有的一些缺点，比如热变形温度低、抗蠕变性差、热膨胀系数大、表面硬度不高，使其应用范围在一定程度上受到了限制。
提高超高分子量聚乙烯制品耐热性的措施主要有：采用拉伸工艺使超高分子量聚乙烯大分子产生取向；通过硅烷交联、过氧化物交联等手段使超高分子量聚乙烯大分子形成网状结构，增加复合材料的热变形抗力；添加玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等无机改性剂。清华大学的研究发现：添加适量的玻璃微珠可将热变形温度提高30-40℃，同时耐磨性可提高约40％，但缺口冲击强度会下降。中国专利CN 1091758A公开了一种具有较高热变形温度的超高分子量聚乙烯组合物，其中添加有一定量的短切无机纤维，这些纤维在超高分子量聚乙烯中形成一种纵横交联骨架，使其在0.45MPa下的热变形温度由纯超高的80℃提高到100℃左右。日本三井石油化学工业株式会社在中国申请的专利CN 87103889A描述了一种分子取向、硅烷交联超高分子量聚乙烯模塑制品及其制备方法，称这种制品在180℃下放置10分钟不熔融，能保持原有形状。中国专利CN 1032175A将超高分子量聚乙烯、丁苯橡胶、中超耐磨炭黑、过氧化二异丙苯及其它助剂共混交联，通过模压法制得一种复合材料，其磨耗量趋近于零，强度残留率达83％-96％，温度升至350℃也不软化，但该复合材料为交联体系，属于热固性材料，不能回收利用，且只能采用车削等机械加工方式制成最终产品。
提高超高分子量聚乙烯制品耐磨性的措施主要有：添加青铜粉、石墨粉、氧化铝粉等无机耐磨粉末，直接提高复合材料的耐磨性；添加聚硅氧烷(有机硅)、液晶高分子等添加剂降低超高分子量聚乙烯制品的动摩擦系数，间接提高其耐磨性。中国专利CN 1428369A和CN 1428370A公布了两种超高分子量聚乙烯复合材料，这两种材料中添加了有机硅、万能偶联剂、液晶高分子等助剂，动摩擦系数小于0.1，耐磨性与纯超高制品相比有所提高。中国专利CN 1270184A在超高分子量聚乙烯中加入聚氨酯、马来酸酐接枝聚乙烯和酚类万能偶联剂，共混后热压成型，得到一种摩阻材料，其摩擦系数为0.2-0.6，磨耗量为纯超高分子量聚乙烯的50％，耐热性有所提高。
发明内容：
本发明的目的在于，提供一种超高分子量聚乙烯复合衬板，它极大地改善了超高分子量聚乙烯的耐热性、耐磨性，同时保留了纯超高分子量聚乙烯固有的优异力学性能。
本发明的目的是通过下述方案来实现的：
一种超高分子量聚乙烯复合衬板由以下原料组成配方体系：超高分子量聚乙烯30％-65％(质量含量，下同)、增强尼龙(PA66)15％-25％、填充聚四氟乙烯(PTFE)10％-20％、偶联剂5％-15％、超细活性氢氧化镁粉5％-10％、万能偶联剂≤0.5％。
所述超高分子量聚乙烯的粘均相对分子质量为150万-1000万(优选范围200万-700万)。所述超细活性氢氧化镁粉的粒径为1.0-10μm。偶联剂可以选用硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂或铝酸酯类偶联剂，优选钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的任何一种。万能偶联剂可以选用由硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的两种以上型号进行混合组配得到的复合偶联剂。
超高分子量聚乙烯可以提供高耐磨性，增强PA66可以改善衬板的拉伸和抗冲击强度，PTFE可以提高衬板的热变形温度，超细活性氢氧化镁粉可以改善复合衬板的耐温性和阻燃性，偶联剂用于增加各组分间的界面结合强度。
本发明采用模压烧结、冷却定型法成型。该衬板横向、纵向分子链均为致密规则环状，分子交叉链为致密不规则环状，从而制品性能(尤其是耐温性和耐磨性)得以大幅提升。
具体来讲，本发明具有以下优点：
(1)在0.45MPa下的热变形温度为210℃以上，显著高于纯超高分子量聚乙烯的热变形温度(80-95℃)，也高于现已公开的专利中超高分子量聚乙烯复合材料的热变形温度。
(2)根据GB/T 4085-1983测试的磨耗量小于1.60×10-5g/cm2，远低于纯超高制品在相同条件下的磨耗量。
(3)根据GB/T 1043-1993测试的简支梁无缺口冲击强度大于270kJ/m2，很好地保持了纯超高分子量聚乙烯的优异抗冲击性能。
此外，该复合衬板具有良好的阻燃性，氧指数可达28。这种具有更高热变形温度和高耐磨性的超高分子量聚乙烯复合材料可用于煤矿、冶金、粮食加工、制盐、水泥、港口码头或轻工流水生产线中料仓衬板等。
具体实施方案：
下面通过实施例对本发明进行具体描述。
实施例一：
按质量百分数依次称取：相对分子质量为600万的超高分子量聚乙烯30％、增强尼龙(PA66)25％、填充聚四氟乙烯(PTFE)20％、钛酸酯偶联剂(OL-T999，液体)15％、粒径范围为2.0-3.0μm的超细活性氢氧化镁粉10％。先将超细活性氢氧化镁粉加入偶联剂中，以2000rpm的转速在常温下搅拌2min。将超高分子量聚乙烯、增强尼龙和填充聚四氟乙烯加入高速搅拌机，高速搅拌2min，然后加入钛酸酯偶联剂/超细碳酸钙混合体系，继续搅拌5min。在普通压机上热压成型，压力3-9MPa，温度340℃-380℃，热压时间10-20min。保压冷却至常温，即得到本发明的超高分子量聚乙烯复合衬板。其性能如附表1所示。
附表1
  序号   检验项目   检验结果   检验方法
  1   拉伸强度，MPa   23.1   GB/T 1040-1992
  2   拉伸断裂伸长率，％   29.2   GB/T 1040-1992
  3   简支梁无缺口冲击强度，kJ/m2   273   GB/T 1043-1993
  4   热变形温度(0.45MPa)，℃   211.8   GB/T 1634-2004
  5   氧指数，％   28.3   GB/T 2406-1993
  6   磨耗量，g/cm2   1.57×10-5   GB/T 4085-1983
实施例二：
按质量百分数依次称取：相对分子质量为450万的超高分子量聚乙烯47.5％、增强尼龙(PA66)20％、填充聚四氟乙烯(PTFE)15％、硅烷偶联剂(PC-1A，液体)10％、粒径范围为1.0-2.0μm的超细活性氢氧化镁粉7％，铝钛复合偶联剂0.5％。先将超细活性氢氧化镁粉加入硅烷偶联剂中，以2000rpm的转速在常温下搅拌2min。将超高分子量聚乙烯、增强尼龙和填充聚四氟乙烯加入高速搅拌机，高速搅拌2min，然后加入硅烷偶联剂/超细碳酸钙混合体系，以及铝钛复合偶联剂继续搅拌5min。在普通压机上热压成型，压力3-9MPa，温度340℃-380℃，热压时间10-20min。保压冷却至常温，即得到本发明的超高分子量聚乙烯复合衬板。其性能如附表2所示。
附表2
  序号   检验项目   检验结果   检验方法
  1   拉伸强度，MPa   23.7   GB/T 1040-1992
  2   拉伸断裂伸长率，％   28.3   GB/T 1040-1992
  3   简支梁无缺口冲击强度，kJ/m2   277   GB/T 1043-1993
  4   热变形温度(0.45MPa)，℃   210.2   GB/T 1634-2004
  5   氧指数，％   27.6   GB/T 2406-1993
  6   磨耗量，g/cm2   1.54×10-5   GB/T 4085-1983
实施例三：
按质量百分数依次称取：相对分子质量为300万的超高分子量聚乙烯65％、增强尼龙(PA66)15％、填充聚四氟乙烯(PTFE)10％、钛酸酯偶联剂(KR-7，液体)5％、粒径范围为5-10μm的超细活性氢氧化镁粉5％。先将超细活性氢氧化镁粉加入钛酸酯偶联剂中，以2000rpm的转速在常温下搅拌2min。将超高分子量聚乙烯、增强尼龙和填充聚四氟乙烯加入高速搅拌机，高速搅拌2min，然后加入钛酸酯偶联剂/超细碳酸钙混合体系，继续搅拌5min。在普通压机上热压成型，压力3-9MPa，温度340℃-380℃，热压时间10-20min。保压冷却至常温，即得到本发明的超高分子量聚乙烯复合衬板。其性能如附表3所示。
附表3
  序号   检验项目   检验结果   检验方法
  1   拉伸强度，MPa   26.3   GB/T 1040-1992
  2   拉伸断裂伸长率，％   23.4   GB/T 1040-1992
  3   简支梁无缺口冲击强度，kJ/m2   292   GB/T 1043-1993
  4   热变形温度(0.45MPa)，℃   208.9   GB/T 1634-2004
  5   氧指数，％   25.7   GB/T 2406-1993
  6   磨耗量，g/cm2   1.37×10-5   GB/T 4085-1983
有必要在此指出的是上述实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

Claims (4)

1.一种超高分子量聚乙烯复合衬板，特征在于，由超高分子量聚乙烯、增强尼龙PA66、填充聚四氟乙烯PTFE、偶联剂、粒径为1.0-10μm的超细活性氢氧化镁粉和万能偶联剂组成，其中所述各组分的质量含量分别为超高分子量聚乙烯30％-65％、增强尼龙15％-25％、填充聚四氟乙烯10％-20％、偶联剂5％-15％、超细活性氢氧化镁粉5％-10％、万能偶联剂≤0.5％；其中偶联剂选用硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的任何一种；万能偶联剂选用由硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂中的两种以上型号进行混合组配得到的复合偶联剂。
2.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯复合衬板，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯的粘均相对分子质量为150万-1000万。
3.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯复合衬板，其特征在于：所述超细活性氢氧化镁粉的粒径为1.0-10μm。
4.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯复合衬板，其特征在于：采用模压法制成衬板。
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