CN101456960A

CN101456960A - 降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法

Info

Publication number: CN101456960A
Application number: CNA2008102426605A
Authority: CN
Inventors: 章峻; 徐九春; 方珏; 周宁琳; 莫宏; 朱皓淼; 马振毛; 沈健
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-06-17

Abstract

降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，步骤如下：(1)将两种粒径不同的碳酸钙颗粒按照特定的粒径和质量配比进行混合；(2)将上述混合物以20％～50％的质量比例填充超高分子量聚乙烯材料；所述的两种特定粒径的碳酸钙颗粒是：碳酸钙I：200目至600目；碳酸钙II：800目至2500目；其中填料碳酸钙I与碳酸钙II的质量之比为30∶70至70∶30。优化方案中两种不同粒径的碳酸钙填料均经过1－3％硬脂酸表面处理。本发明可以显著降低聚合物复合材料的加工温度(30℃左右)，保证复合材料色泽无泛黄变色，使复合材料的机械性能提高25％以上，并可实现减少能耗，降低成本的目的。

Description

降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法

技术领域

本发明涉及一种化工工艺，具体涉及一种降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)加工温度的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种新型的工程塑料，其分子量在150万以上，UHMWPE具有优异的耐腐蚀、耐冲击、耐磨和自润滑等性能，尤其耐磨性能为各大塑料之冠，作为人造关节等材料被广泛应用于医学、微电子等尖端领域。但其同时也具有耐温性能差、模量低、加工流动性能差等缺点，因此必须对其进行改性处理，无机颗粒填充改性UHMWPE是其中使用最为广泛的一种方法，无机颗粒的加入可以有效提高UHMWPE的刚度、模量、尺寸稳定性和耐温性能，碳酸钙颗粒填充UHMWPE是其中应用最为广泛的复合材料之一。

目前，碳酸钙颗粒填充UHMWPE加工方式基本是通过双螺杆熔融共混的方式得到，由于UHMWPE过高的分子量，导致其熔体具有很高的加工粘度，严重影响了UHMWPE的加工性能，且很高的熔体粘度要求其加工温度必须达到280℃以上方可进行。过高的加工温度常常会引起UHMWPE的降解，导致复合材料的综合性能下降，使UHMWPE本身所具有的优越性能难以体现，并影响产品质量和使用寿命下降，严重时还会引起HDPE的结焦碳化，从而造成产品颜色变黄，破坏产品美观，而碳化物在加工设备上的沉积，还会引起加工设备性能的下降和使用寿命的降低。同时过高的加工温度还会耗费大量能源，导致生产成本上升。如何在不影响UHMWPE使用性能的情况下提高降低加工温度和熔体粘度一直是人们关注的焦点。

发明内容

本发明是针对碳酸钙颗粒填充UHMWPE加工中存在的上述问题，提供一种降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)加工温度的方法，从而有效降低复合材料的加工粘度，达到降低碳酸钙颗粒填充UHMWPE加工温度的目的，在无需任何附加设备改造和资金投入的情况下有效的解决上述问题。

本发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)加工温度的方法，其特征在于，步骤如下：

(1).将两种粒径不同的碳酸钙颗粒按照特定的粒径和质量配比进行混合；

(2).将上述混合物以20％～50％的质量比例填充超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)；

以上方案中所述的两种特定粒径的碳酸钙颗粒是：碳酸钙I：200目至600目；碳酸钙II：800目至2500目；

其中填料碳酸钙I与碳酸钙II的质量之比为30：70至70：30。

上述的“以20％～50％的质量比例填充UHMWPE”，是指：碳酸钙填料和UHMWPE的质量之比为20：80至50：50；

将上述两种粒径不同的碳酸钙颗粒按特定的粒径和质量配比进行混合后以特定比例填充到UHMWPE中，可以使其加工温度得到大幅度的下降(30℃左右)，从而实现降低UHMWPE的加工粘度和加工温度，改善其加工性能，减少聚合物在加工过程中的高温降解、变色泛黄和结焦碳化，以提高产品机械性能、表面色泽和降低加工机械损耗，并可以在一定程度上减少UHMWPE复合材料的加工能耗，降低生产成本。

优化方案中两种粒径不同的碳酸钙颗粒配比，推荐采用：碳酸钙I：200目和碳酸钙II：800目配比；或者；碳酸钙I：325目和碳酸钙II，1500目配比；或者碳酸钙I：600目和碳酸钙II：2500目配比。

优化方案中两种粒径不同的碳酸钙颗粒质量之比为：40：60至60：40，其中当大粒径和小粒径填料的质量比为60：40时，其改善加工性能的效果最佳。

所述的碳酸钙和UHMWPE的质量之比为30：70～40：60。

另一优化方案：上述的填充碳酸钙填料均经过中质量比1％～3％的硬脂酸的表面处理。硬脂酸的表面处理剂的最佳质量配比为2％(以全部碳酸钙填料的质量为100％)。

本发明的优点：

本发明工艺流程简易，操作简单易行，无需任何额外投资和设备改造。

本发明能明显降低UHMWPE的加工温度(30℃左右)，确保复合材料色泽无泛黄变色，使复合材料的机械性能提高25％以上，还可实现减少能耗，降低生产成本的目的。

具体实施方式

实施例1：

将200目碳酸钙和800目碳酸钙按照60：40的比例进行混合，并以30％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一200目或800目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高39％和35％。

实施例2：

将200目碳酸钙和800目碳酸钙按照30：70的比例进行混合，并以50％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一200目或800目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高36％和32％。

实施例3：

将200目碳酸钙和800目碳酸钙按照70∶30的比例进行混合，并以40％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一200目或800目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高34％和30％。

实施例4：

将325目碳酸钙和1500目碳酸钙按照60：40的比例进行混合，并以50％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一200目或800目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一325目或1500目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高35％和32％。

实施例5：

将325目碳酸钙和1500目碳酸钙按照30：70的比例进行混合，并以30％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一200目或800目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一325目或1500目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高36％和33％。

实施例6：

将325目碳酸钙和1500目碳酸钙按照40：60的比例进行混合，并以50％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一200目或800目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一325目或1500目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高33％和30％。

实施例7：

将325目碳酸钙和1500目碳酸钙按照40：60的比例进行混合，并以20％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一200目或800目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一325目或1500目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高29％和26％。

实施例8：

将600目碳酸钙和2500目碳酸钙按照40：60的比例进行混合，并以50％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一600目或2500目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高37％和33％。

实施例9：

将600目碳酸钙和2500目碳酸钙按照60：40的比例进行混合，并以30％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一600目或2500目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高39％和35％。

实施例10：

将600目碳酸钙和2500目碳酸钙按照50：50的比例进行混合，并以20％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一600目或2500目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高32％和28％。

实施例11：

将600目碳酸钙和2500目碳酸钙按照30：70的比例进行混合，并以40％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一600目或2500目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高36％和32％。

实施例12：

将600目碳酸钙和2500目碳酸钙按照70：30的比例进行混合，并以50％的填充比例填充UHMWPE复合材料。以哈克流变仪双螺杆挤出，其螺杆各段及机头加工温度依次为190，230，245，250℃时可以达到正常加工单一600目或2500目碳酸钙颗粒填充HDPE时温度依次为190，250，275，280℃时同样的加工效果。且颜色得到更好的保持，冲击性能比单一200目或800目碳酸钙颗粒填充UHMWPE分别提高37％和33％。

Claims

1、一种降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，步骤如下：

(2).将上述混合物以20％～50％的质量比例填充超高分子量聚乙烯材料；

所述的两种特定粒径的碳酸钙颗粒是：碳酸钙I：200目至600目；碳酸钙II：800目至2500目；

其中填料碳酸钙I与碳酸钙II的质量之比为30:70至70:30。

2、根据权利要求1所述的降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，所述两种粒径不同的碳酸钙颗粒配比是：

碳酸钙I：200目和碳酸钙II：800目配比；或者；

碳酸钙I：325目和碳酸钙II，1500目配比；或者；

碳酸钙I：600目和碳酸钙II：2500目配比。

3、根据权利要求2所述的降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，所述两种粒径不同的碳酸钙颗粒质量之比为：40:60至60:40。

4、根据权利要求3所述的降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，所述两种粒径不同的碳酸钙颗粒质量之比为：碳酸钙I与碳酸钙II的质量比为60:40。

所述的碳酸钙和UHMWPE的质量之比为30:70～40:60。

5、根据权利要求1～4之一所述的降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，所述的填充碳酸钙填料均经过质量比为1％～3％的硬脂酸的表面处理。

6、根据权利要求5所述的降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，所述的硬脂酸的表面处理剂的质量配比为2％。

7、根据权利要求6所述的降低碳酸钙颗粒填充超高分子量聚乙烯材料加工温度的方法，其特征在于，所述的碳酸钙填料和超高分子量聚乙烯材料的质量之比为30:70至40:60。