CN103013022B - 高耐磨改性聚烯烃管道材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高耐磨改性聚烯烃管道材料，是采用聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物作为主要材料，辅助以接枝PE、填料、润滑剂、加工助剂而制得。本发明还提供了所述高耐磨改性聚烯烃管道材料的制备方法。本发明利用聚硅氧烷接枝至UHMWPE上，使得UHMWPE材料的流动性和润滑性得到了极大的提高，克服了传统UHMWPE材料加工的难题，推动了UHMWPE材料在耐磨管道行业的应用。

Description

高耐磨改性聚烯烃管道材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子材料，具体涉及一种高耐磨改性聚烯烃管道材料及其制备方法。

背景技术

耐磨管道主要用于气力、泵送浆体等物料输送管道。由于输送介质具有硬度高，流速快，流量大等特点，能有效降低输送介质长期持续对管壁产生冲击、磨损、腐蚀等使管道产生疲劳致使渐渐被磨穿的速度。

耐磨管道除应用于燃煤电厂除灰、排渣管、送粉、回粉管，脱硫管道外，还广泛用于以下行业：

矿山：煤炭工业中水煤浆、洗煤泥、矿山充填料、矿煤粉；

金属矿山：精矿和尾矿的输送管道及弯头；

冶金：钢铁厂的炼铁的高炉喷煤、输渣等管道；CAO、锌碚砂输送管道，炼钢的输送铁合金、炉外精炼等优选的管道及弯头；

水泥：旋窑湿法生产线的生料浆输送、煤粉输送、提升机的下料、成品水泥气力输送装卸，混凝土输送管道及弯头。

化工：煤粉输送管道，硅粉、盐浆、碱浆等原料输送管道及弯头。

粮食：谷粒、谷壳等的风送管道。

由此可以看出，耐磨管道输送已经遍及电力、冶金、煤炭、石油、化工、建材、机械等行业，并高速地发展着。

当耐磨管道内输送磨削性大的物料时（如灰渣、煤粉、矿精粉、尾矿、水泥等），都存在一个耐磨管道磨损快的问题，特别是弯管磨损更快。当耐磨管道内输送具有强烈腐蚀的气体、液体或固体时，存在耐磨管道被腐蚀而很快破坏的问题。

超高分子量聚乙烯（UHMWPE英文全称是ultra-high molecular weightpolyethylene pipe）是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的平均分子量大于150万的热塑性工程塑料。该材料综合性能优越，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，耐磨性能优于聚四氟乙烯、尼龙、碳钢等材料，可长期在-169至+80℃条件下工作，被称为"令人惊异"的工程塑料，能适应水质流体、固体颗粒、粉体、浆体等，对于传统的金属管道难以满足的要求，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）管道都能替代，以极高的耐腐蚀、高耐磨、自润滑吸收冲击等综合性能，在各行业都有广泛的应用；在固体颗粒、粉末、浆体、气体输送方面，有独一无二的优越性。

但是，由于UHMWPE的分子量极高，不具备流动性能，加工极为困难，限制了其产品的应用。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有耐磨管道的缺陷，同时也克服超高分子量聚乙烯的加工困难的问题，提供一种新的高耐磨管道材料。

本发明是这样实现的：

一种高耐磨改性聚烯烃管道材料，采用聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物作为主要材料，辅助以接枝PE、填料、润滑剂、加工助剂而制得。

其中聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物的用量占高耐磨改性聚烯烃管道材料的30-80%wt，聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物包括带有烯烃结构的聚硅氧烷和超高分子量聚乙烯，其中带有烯烃结构的聚硅氧烷和超高分子量聚乙烯的重量比为1～80：20～99；

其中：带有烯烃结构的聚硅氧烷，分子量在100-1000。

具有如下通式：

其中R1、R2、R3为-CH₃，R为烷基，R4为至少含有一个-CH=CH-结构的碳链基团。

其中：超高分子量聚乙烯，分子量为100万－1000万。

所述的聚硅氧烷由引发剂和催化剂进行自由基催化聚合接枝至UHMWPE主链，从而形成聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物，所选用的引发剂为过氧化物化合物，可以为但不仅限于过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮中的一种，其用量为体系的0.01-10%wt；催化剂是胺催化剂，如乙胺、丙胺中的一种等，用量不超过体系的1%。

更进一步的方案是：所述的接枝PE的接枝单体可以为但不仅限于马来酸酐、环氧、丙烯酸、硅氧烷中的一种等，其接枝率为0.1-10%，其用量为体系的1-20%wt；

更进一步的方案是：所述的填料可以为但不仅限于滑石粉、石墨、氧化钛、碳酸钙、硅灰石等无机矿物填料中的一种，其粒径为0.1-10μm，其用量为体系的1-50%wt；

更进一步的方案是：所述的润滑剂可以为但不仅限于硬脂酸、聚乙烯蜡中的一种等,其用量为体系的0.1-10%wt；

更进一步的方案是：所述的加工助剂为含氟加工助剂，其主要成份为偏氟乙烯或偏氟乙烯－六氟丙烯共聚物，其用量为体系的0.01-10%wt。

本发明还提供了所述高耐磨改性聚烯烃管道材料的制备方法，是将引发剂、催化剂按比例溶于丙酮或二甲苯溶剂中，制得引发剂溶液；将UHMWPE粉料加入高速混合机中，然后将配置好的引发剂溶液、聚硅氧烷加入，开动高速混合机，在低速下（1-100rpm）条件下混合1-10min，然后提高转速至500-1000rpm，混合10-30min后停机，加入高分子量PE、填料、润滑剂、加工助剂，在低速下（1-100rpm）条件下混合1-10min出料，然后通过双螺杆挤出造粒机制得高耐磨UHMWPE管道材料混合料，其造粒温度为150-250℃，在双螺杆挤出过程中通过抽真空除去溶剂和反应过程中的低分子副产物。

本发明利用聚硅氧烷接枝至UHMWPE上，使得UHMWPE材料的流动性和润滑性得到了极大的提高，克服了传统UHMWPE材料加工的难题，推动了UHMWPE材料在耐磨管道行业的应用。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施范围并不限于此。

实施例一

HUMWPE30重量份，MAHWPE19.8重量份,聚硅氧烷40重量份，过氧化苯甲酰0.1重量份，胺催化剂0.1重量份，石墨8重量份，聚乙烯蜡1.5重量份，氟加工助剂0.5重量份。

首先,将引发剂、催化剂按比例溶于二甲苯溶剂中，配置成10％浓度的溶液；UHMWPE粉料加入高速混合机中，将配置好的引发剂溶液、聚硅氧烷加入，开动高速混合机，在60rpm）条件下混合10min，然后提高转速至600rpm，混合10min后停机，加入接枝PE、石墨、聚乙烯蜡、氟加工助剂，在60rpm条件下混合5min出料，然后通过双螺杆挤出造粒机制得高耐磨UHMWPE管道材料混合料，其造粒温度为230℃，在双螺杆挤出过程中抽真空除去溶剂和反应过程中的低分子副产物。

实施例二

HUMWPE25重量份，MAHWPE15重量份,聚硅氧烷35重量份，过氧化甲乙酮5重量份，丙胺0.5重量份，碳酸钙15重量份，硬脂酸4重量份，氟加工助剂0.5重量份。

制备方法与实施例一相同。

实施例一、二制备的材料平均物理性能指标如下表所示。

物理性能表

Claims (8)

1.一种高耐磨改性聚烯烃管道材料，其特征在于：采用聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物作为主要材料，辅助以接枝PE、填料、润滑剂、加工助剂而制得；所述聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物的用量占高耐磨改性聚烯烃管道材料的30-80％wt，聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物包括带有烯烃结构的聚硅氧烷和超高分子量聚乙烯，其中带有烯烃结构的聚硅氧烷和超高分子量聚乙烯的重量比为1～80：20～99；

所述的带有烯烃结构的聚硅氧烷，分子量在100-1000，并具有如下通式：

其中R1、R2、R3为-CH₃，R为烷基，R4为至少含有一个-CH＝CH-结构的碳链基团；

所述的超高分子量聚乙烯，分子量为100万－1000万。

2.根据权利要求1所述的高耐磨改性聚烯烃管道材料，其特征在于：所述的聚硅氧烷由引发剂和催化剂进行自由基催化聚合接枝至UHMWPE主链，从而形成聚硅氧烷-超高分子量聚乙烯共聚物，所选用的引发剂为过氧化物化合物，用量为高耐磨改性聚烯烃管道材料的0.01-10％wt；催化剂是胺催化剂，用量不超过高耐磨改性聚烯烃管道材料的1％wt。

3.根据权利要求2所述的高耐磨改性聚烯烃管道材料，其特征在于：所述的过氧化物化合物为过氧化苯甲酰或过氧化甲乙酮；所述的胺催化剂为乙胺或丙胺。

4.根据权利要求1所述的高耐磨改性聚烯烃管道材料，其特征在于：所述的接枝PE的接枝单体为马来酸酐、环氧、丙烯酸、硅氧烷中的一种，接枝率为0.1-10％，接枝PE的用量为高耐磨改性聚烯烃管道材料的1-20％wt；

5.根据权利要求1所述的高耐磨改性聚烯烃管道材料，其特征在于：所述的填料为滑石粉、石墨、氧化钛、碳酸钙、硅灰石中的一种，粒径为0.1-10μm，填料用量为高耐磨改性聚烯烃管道材料的1-50％wt。

6.根据权利要求1所述的高耐磨改性聚烯烃管道材料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸或聚乙烯蜡,用量为高耐磨改性聚烯烃管道材料的0.1-10％wt。

7.根据权利要求1所述的高耐磨改性聚烯烃管道材料，其特征在于：所述的加工助剂为含氟加工助剂，主要成份为偏氟乙烯或偏氟乙烯－六氟丙烯共聚物，用量为高耐磨改性聚烯烃管道材料的0.01-10％wt。

8.权利要求1至7任一权利要求所述高耐磨改性聚烯烃管道材料的制备方法，其特征在于：将引发剂、催化剂按比例溶于丙酮或二甲苯溶剂中，制得引发剂溶液；将UHMWPE粉料加入高速混合机中，然后将配置好的引发剂溶液、聚硅氧烷加入，开动高速混合机，在低速1-100rpm条件下混合1-10min，然后提高转速至500-1000rpm，混合10-30min后停机，加入高分子量PE、填料、润滑剂、加工助剂，在低速1-100rpm条件下混合1-10min出料，然后通过双螺杆挤出造粒机制得高耐磨改性聚烯烃管道材料，造粒温度为150-250℃，在双螺杆挤出过程中通过抽真空除去溶剂和反应过程中的低分子副产物。