CN101358007A - 有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法 - Google Patents

有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，该方法按重量份将100份超高分子量聚乙烯/聚烯烃合金、1－10份有机刚性粒子、5－20份聚合界面桥粘剂、0.5－2份抗氧剂高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在250℃－270℃。与现有技术相比，本发明在提高超高分子量聚乙烯流动性的同时，提高其的冲击强度和拉伸强度，使得新型超高分子量聚乙烯有着优异的综合机械性能。

Description

有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法
技术领域
本发明属于聚合物科学领域，涉及一种有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法。
背景技术
相对于传统的橡胶增韧韧性聚合物材料的机理，目前国外出现了刚性有机填料(Rigid Organic Filler，简称ROF)增韧塑料的增韧冷拉伸机理。Kurauchi和Ohta在PC/AS(丙烯腈苯乙烯共聚物)共混体系的力学性质，特别是在共混物的能量吸收时发现，脆性的AS对PC有明显的增韧作用，提出了ROF增韧理论。
对于含有分散粒子的复合物，在拉伸过程中，由于分散球粒(E2，T2)和基体(E1，T1)的杨氏模量和泊松比之间的差别而在分散相的赤道面上产生一种较高的静压强。在这种高静压下，分散相粒子易屈服而产生冷拉，发生大的塑性形变，从而吸收大量的冲击能量，以使材料的韧性得以提高。对非弹性体共混体系而言，在拉伸时，当作用在刚性分散相粒子赤道面上的静压力R大于刚性粒子形变所需的临界静压力Re时，粒子将发生塑性形变而使材料增韧，这即是脆性填料韧性基体组成的合金体系韧性提高的冷拉机理。脆性材料开始发生塑性形变的临界静压力Re可用来判断分散相粒子是否屈服，亦即是否增韧的依据。
周丽铃等采用ROF粒子增韧改性硬质聚氯乙烯(RPVC)/氯化聚乙烯(CPE)基体，结果表明，通过添加刚性粒子，能使材料维持一定的刚度和强度，或在基体刚性和强度不继续下降的条件下，进一步提高其冲击强度，达到既韧又刚的效果，克服了弹性体增韧基体引起材料的刚性和强度明显下降的问题。通过扫描电镜和投射电镜考察了共混体系的冲击断面形态和拉伸试样的形态变化，ROF的添加促使了基体中CPE网络结构的形成和完善，拉伸试样劲缩区域的刚性粒子发生脆-韧转变而冷拉变形，这些共同作用促使材料性能的提高。
对于以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体的ROF增韧还未见报道。
UHMWPE是指相对分子量在150万以上的聚乙烯，是一种在目前的工程塑料中综合性能最佳的新型工程塑料。但UHMWPE也有不足之处，刚度低、无流动性，给加工成型带来极大的困难，只能依赖于模压成型或柱塞挤出成型的方法进行加工，限制了UHMWPE树脂的应用。为了使UHMWPE能注塑熔体成型，就必须对UHMWPE进行改性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冲击强度和拉伸强度高、综合性能优异的有机粒子刚性增韧超高分子量聚乙烯合金的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，其特征在于，该方法按重量份将100份超高分子量聚乙烯/聚烯烃合金、1-10份有机刚性粒子、5-20份聚合界面桥粘剂、0.5-2份抗氧剂高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在250℃-270℃。
所述的超高分子量聚乙烯/聚烯烃合金是将90份粘均分子量150万-500万的聚乙烯与10份聚烯烃高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒所得，挤出温度控制在190℃-230℃。
所述的聚烯烃为粘均分子量10万-50万的聚乙烯或粘均分子量10万-50万的聚丙烯。
所述的有机刚性粒子选自聚酰胺6、聚酰胺66、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二醇酯、聚甲醛、聚苯乙烯中的一种或几种。
所述的聚合界面桥粘剂选自聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚丙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚乙烯/聚丙烯合金和马来酸酐接枝共聚物中的一种或几种。
所述的抗氧剂为抗氧剂2246或抗氧剂1010。
本发明公开了一种用有机粒子刚性增韧超高分子量聚乙烯合金的新方法。是通过在超高分子量聚乙烯/聚烯烃合金基体中，按一定比例加入有机刚性粒子、聚合界面桥粘剂、抗氧剂，高速混合后，注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在250℃-270℃。这种方法在提高超高分子量聚乙烯流动性的同时，提高其的冲击强度和拉伸强度，使得新型超高分子量聚乙烯有着优异的综合机械性能。与现有技术相比，具有以下优点：
与传统的橡胶增韧韧性聚合物材料的机理相比，ROF增韧是在不降低材料的刚性、甚至提高材料刚性的同时，增韧材料。对于UHMWPE这种韧性已很好的材料，刚性的PA粒子对其是否能起到刚性增韧的效果是非常有挑战的研究工作。本发明提供一种有机刚性粒子对UHMWPE合金刚性增韧的方法，解决了有机刚性粒子与UHMWPE合金不相容体系的相容性问题，使得有机刚性粒子与UHMWPE合金基体树脂有好的界面粘结，确保有机刚性粒子以圆颗粒状分布在UHMWPE合金基体树脂中，受外力冲击后PA66颗粒发生了明显的伸长变形，起到刚性增韧的效果。
具体实施方式
下面通过对本发明实施例的具体描述来进一步说明本发明，但实施例不是对本发明的局限和限制。
实施例1
将90份粘均分子量250万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量50万的聚乙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在210℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、4份聚酰胺66粒子、10份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、1份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在260℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例2
将90份粘均分子量150万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量20万的聚乙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在190℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、5份聚酰胺66粒子、10份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、0.5份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在260℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例3
将90份粘均分子量150万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量50万的聚丙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在200℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、1份聚酰胺66粒子、5份聚丙烯和马来酸酐接枝共聚物、1份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在260℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例4
将90份粘均分子量150万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量20万的聚丙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在200℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、3份聚酰胺6粒子、10份聚丙烯和马来酸酐接枝共聚物、1份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在250℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例5
将90份粘均分子量300万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量40万的聚丙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在200℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、5份聚对苯二甲酸二醇酯粒子、15份聚乙烯/聚丙烯合金和马来酸酐接枝共聚物、2份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在270℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例6
将90份粘均分子量500万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量30万的聚乙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在230℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、6份聚酰胺66粒子、20份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、2份抗氧剂2246高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在270℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例7
将90份粘均分子量400万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量40万的聚乙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在230℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、2份聚碳酸酯粒子、5份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、2份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在270℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例8
将90份粘均分子量250万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量30万的聚丙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在220℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、8份聚酰胺6粒子、20份聚乙烯/聚丙烯合金和马来酸酐接枝共聚物、1份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在260℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
实施例9
将90份粘均分子量250万的超高分子量聚乙烯与10份粘均分子量50万的聚乙烯高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出熔体温度控制在210℃，挤出后的超高分子量聚乙烯合金烘干备用。
将上述100份超高分子量聚乙烯合金、10份聚酰胺6粒子、20份聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、1份抗氧剂1010高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在260℃，压力为90MPa，注塑熔体时间为10秒，保压冷却时间为30秒。
表一实施例性能
  性能   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9
  拉伸强度(MPa)   47   49   37   41   44   53   42   46   44
  拉伸模量(MPa)   2684   2971   1764   1995   2208   3809   2237   2574   2161
  悬臂梁缺口冲击强度(KJ/m2)   125.3   130.5   103.7   110.4   92.4   117.6   107.3   125.5   114.6

Claims (6)

1.有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，其特征在于，该方法按重量份将100份超高分子量聚乙烯/聚烯烃合金、1-10份有机刚性粒子、5-20份聚合界面桥粘剂、0.5-2份抗氧剂高速混合，然后将混合物用单螺杆注塑熔体机注塑熔体成型制品，注塑熔体温度控制在250℃-270℃。
2.根据权利要求1所述的有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯/聚烯烃合金是将90份粘均分子量150万-500万的聚乙烯与10份聚烯烃高速混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒所得，挤出温度控制在190℃-230℃。
3.根据权利要求2所述的有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，其特征在于，所述的聚烯烃为粘均分子量10万-50万的聚乙烯或粘均分子量10万-50万的聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，其特征在于，所述的有机刚性粒子选自聚酰胺6、聚酰胺66、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二醇酯、聚甲醛、聚苯乙烯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，其特征在于，所述的聚合界面桥粘剂选自聚乙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚丙烯和马来酸酐接枝共聚物、聚乙烯/聚丙烯合金和马来酸酐接枝共聚物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的有机粒子刚性增韧的超高分子量聚乙烯合金的制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂2246或抗氧剂1010。
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