CN101693402B - 一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，该方法为：将原料按如下重量比进行混合，分子量为850-900万的超高分子量聚乙烯96.9％、多功能复合助剂3％、高分子蜡0.1％，其中，多功能复合助剂是纳米三氧化二铝、纳米蒙脱土和纳米二氧化硅，他们之间的重量配比为2∶1∶1；将混合物料投入到单螺杆挤出机中，在单螺杆挤出机中物料的温度低于分子量为850-900万的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％；将挤出后的物料送入相应制品的模具中熔融、定型、冷却即可。采用本发明能使生产出的制品具有超高分子量聚乙烯的所有优点，从而能提高产品的质量、扩大该制品的使用范围。

Description

一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法
技术领域
本发明涉及一种塑料制品的生产方法，具体说是一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)于1957年由美国联合化学公司用齐格勒催化剂首先研制成功。这是一种线型聚合物，分子量通常在100-500万，结晶度65％-85％，密度0.92-0.96g/cm3，同众多的聚合物材料相比，UHMWPE具有摩擦系数小，磨耗低，耐化学药品性优良，耐冲击、耐压性、抗冻性、保温性、自润滑性、抗结垢性、耐应力开裂性、卫生性等优良。这些优良特性使UHMWPE管材具有重要的实用价值。其中摩擦系数小、磨耗低、抗应力开裂性能好在UHMWPE应用中最为重要。UHMWPE的摩擦系数小，相当于冰-冰之间的摩擦，抗磨耗性居塑料之首，是塑料的5-7倍、钢管的7-10倍、黄铜管的27倍；抗应力开裂能力为普通高密度聚乙烯的200倍，交联聚乙烯的4倍，能满足管材长寿命的要求；再加上其化学惰性，使得它作为输送管材具有的能耗低、不结垢、长寿命的特点是其它类管材所望尘莫及的，因此被喻为“正在迅速崛起的新型的热塑性工程材料”，在众多领域中具有重要的实用价值。
UHMWPE分子量高达数百万，超常分子链间的无序缠结，使其分子链段对热运动反应迟缓，表现为熔体粘度高达108Pa·s，流动性极差，加之临界剪切速率极低，易产生熔体破裂等缺点，挤出过程中的放热及蓄热很难控制，使其难以按照常规塑料的加工技术进行加工成型，严重地制约了UHMWPE的应用；现有生产过程中为了增加物料的流动性，通常会加入大剂量的各种内外润滑剂、成核剂，甚至还有相对低分子量的HDPE，这些物质的加入会增加UHMWPE的流动性，但是这种搀杂也大大降低了UHMWPE固有的优良特性，而且这些物质的进入在挤出过程中由于“溶剂化”的作用，会导致聚乙烯超大分子沿挤出方向的流动取向，其结果会造成管材在轴向和环向的两向应力差非常明显。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能保持超高分子量聚乙烯优点的超高分子量聚乙烯制品的生产方法。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，该方法的具体步骤如下：
1)将原料按如下重量比投入到转速为800r/min的混合机中混匀：分子量为850-900万的超高分子量聚乙烯96.9％、多功能复合助剂3％、高分子蜡0.1％，其中，多功能复合助剂是纳米三氧化二铝、纳米蒙脱土和纳米二氧化硅，他们之间的重量配比为2∶1∶1；
2)将步骤1)混匀后的混合物料投入到单螺杆挤出机中，先后经过输送、压实、加热和挤出，在单螺杆挤出机中物料的温度低于分子量为850-900万的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％，所述单螺杆挤出机的工作压力为23-25MPa、长径比为36、螺杆的转速为300rpm；
3)将挤出后的物料送入相应制品的模具中熔融、定型、冷却得到所述超高分子量聚乙烯制品。
所述多功能复合助剂为纳米蒙脱土、低分子量聚乙烯、纳米三氧化二铝和纳米二氧化硅中的两种或三种。其中所述纳米蒙脱土的粒径为10nm-50nm；所述纳米三氧化二铝的粒径为30nm-40nm；所述纳米二氧化硅的粒径为20um-30um。这种多功能复合助剂是精心配制的混合物，具有熔点低，流动性好，相容性好，能促进聚乙烯结晶成核作用等优点。
在本发明中高分子蜡作为辅助润滑剂也能提高超高分子量聚乙烯的流动性。
本发明为了能使超高分子量聚乙烯保持原有的高分子量需要同时满足的条件是：物料在单螺杆挤出机中的温度为低于分子量≥550万的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％、挤出机的长径比为36、螺杆的转速为250-300rpm、工作压力为20-28MP，这样不仅可以提高物料的混炼效果，而且还不会引起物料的降解。
有益效果：与现有技术相比，采用本发明能使超高分子量聚乙烯在挤出过程中不会发生降解，这样就能使生产出的制品具有超高分子量聚乙烯的所有优点，从而能提高产品的质量、扩大该制品的使用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：本发明一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，该方法的具体步骤如下：将原料按如下重量比投入到转速为800r/min的混合机中混匀：分子量为550-600万的超高分子量聚乙烯93％、多功能复合助剂6％、高分子蜡1％；将混匀后的混合物料投入到单螺杆挤出机中，先后经过输送、压实、加热和挤出，在单螺杆挤出机中物料的温度低于550-600万的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％，所述单螺杆挤出机的工作压力为20-22MPa、长径比为36、螺杆的转速为250rpm；将挤出后的物料送入相应制品的模具中熔融、定型、冷却得到所述超高分子量聚乙烯制品。本发明多功能复合助剂采用粒径为10nm纳米蒙脱土和粒径为30nm纳米三氧化二铝，纳米蒙脱土和纳米三氧化二铝重量配比为1∶5。
实施例2：本发明一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，该方法的具体步骤如下：将原料按如下重量比投入到转速为1000r/min的混合机中混匀：分子量为650-700万的超高分子量聚乙烯96％、多功能复合助剂2％、高分子蜡2％；将混匀后的混合物料投入到单螺杆挤出机中，先后经过输送、压实、加热和挤出，在单螺杆挤出机中物料的温度低于分子量650-700万的的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％，所述单螺杆挤出机的工作压力为23-25MPa、长径比为36、螺杆的转速为300rpm；将挤出后的物料送入相应制品的模具中熔融、定型、冷却得到所述超高分子量聚乙烯制品。本发明多功能复合助剂采用低分子量聚乙烯和粒径为20nm的纳米二氧化硅，低分子量聚乙烯和纳米二氧化硅重量配比为30∶1。
实施例3：本发明一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，该方法的具体步骤如下：将原料按如下重量比投入到转速为900r/min的混合机中混匀：分子量为750-800万的超高分子量聚乙烯94％、多功能复合助剂4％、高分子蜡2％；将混匀后的混合物料投入到单螺杆挤出机中，先后经过输送、压实、加热和挤出，在单螺杆挤出机中物料的温度低于分子量750-800万的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％，所述单螺杆挤出机的工作压力为25-28MPa、长径比为36、螺杆的转速为280rpm；将挤出后的物料送入相应制品的模具中熔融、定型、冷却得到所述超高分子量聚乙烯制品。本发明多功能复合助剂采用粒径为40nm纳米三氧化二铝、低分子量聚乙烯和粒径为30nm纳米二氧化硅，纳米三氧化二铝、低分子量聚乙烯和纳米二氧化硅重量配比为1∶3∶1。
实施例4：本发明一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，该方法的具体步骤如下：将原料按如下重量比投入到转速为800r/min的混合机中混匀：分子量为850-900万的超高分子量聚乙烯96.9％、多功能复合助剂3％、高分子蜡0.1％；将混匀后的混合物料投入到单螺杆挤出机中，先后经过输送、压实、加热和挤出，在单螺杆挤出机中物料的温度低于分子量850-900万的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％，所述单螺杆挤出机的工作压力为23-25MPa、长径比为36、螺杆的转速为300rpm；将挤出后的物料送入相应制品的模具中熔融、定型、冷却得到所述超高分子量聚乙烯制品。本发明多功能复合助剂采用粒径为35nm纳米三氧化二铝、粒径为50nm纳米蒙脱土和粒径为30纳米二氧化硅，纳米三氧化二铝、纳米蒙脱土和纳米二氧化硅重量配比为2∶1∶1。

Claims (4)

1.一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
1)将原料按如下重量比投入到转速为800r/min的混合机中混匀：分子量为850-900万的超高分子量聚乙烯96.9％、多功能复合助剂3％、高分子蜡0.1％，其中，多功能复合助剂是纳米三氧化二铝、纳米蒙脱土和纳米二氧化硅，他们之间的重量配比为2∶1∶1；
2)将步骤1)混匀后的混合物料投入到单螺杆挤出机中，先后经过输送、压实、加热和挤出，在单螺杆挤出机中物料的温度低于分子量为850-900万的超高分子量聚乙烯熔点并高于该超高分子量聚乙烯熔点的93％，所述单螺杆挤出机的工作压力为23-25MPa、长径比为36、螺杆的转速为300rpm；
3)将挤出后的物料送入相应制品的模具中熔融、定型、冷却得到所述超高分子量聚乙烯制品。
2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，其特征在于：所述纳米蒙脱土的粒径为10nm-50nm。
3.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，其特征在于：所述纳米三氧化二铝的粒径为30nm-40nm。
4.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯制品的生产方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为20nm-30nm。
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