CN104045899A - 具有加工流动性的超高分子量聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在制备出具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。通过研究流动性不同的聚丙烯(PP)对UHMWPE加工流变性能的影响，以及加入PEG/硅藻土复合加工助剂、PEG/玻璃微珠(PPA2)复合加工助剂对UHMWPE进行加工流变改性，制备出流动性符合要求的UHMWPE/PP共混物。该材料在保持UHMWPE优良力学性能和摩擦磨损性能的前提下，使UHMWPE/PP共混体系的加工流变性大幅改善，同时揭示复合加工助剂对UHMWPE的降粘机理。制备出该加工流动性改性材料有利于UHMWPE制品的连续、高效和规模化生产，解决了UHMWPE因流动性差而导致的生产问题，并可直接使用螺杆挤出、注塑等技术进行加工处理，增加了其生产模式的多样化。

Description

具有加工流动性的超高分子量聚乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料技术领域，尤其是一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种分子量达到150万以上，线性结构的热塑性工程塑料。UHMWPE具有高耐磨损性、高耐冲击性，良好的自润滑性，优良的耐化学腐蚀性、耐低温性能、不吸水性，密度在所有工程塑料中最小等诸多优点，其工业应用广泛。大量用于管材、纺织机械、建筑、电力和农用机械、造纸业、食品机械以及医疗和文化体育领域等领域。但超高分子量聚乙烯熔融时流动性极差，熔融状态的粘度高达108Pa*s，其熔体指数(MI)几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工，在生产应用中有受很多限制。一般情况下，对UHMWPE流动性的大幅改善通常是依靠与大比例的具有良好流动性的普通聚烯烃或润滑剂共混而获得的，这样会引起共混物力学性能和摩擦磨损性能的大幅下降，未能保持UHMWPE的优异性，甚至影响其使用性能。
基于此，本发明采用与其它聚烯烃共混的形式，同时通过加入复合加工助剂对UHMWPE进行加工流变改性，在尽可能保持UHMWPE优良力学性能和摩擦磨损性能的前提下，使UHMWPE/PP共混体系的加工流变性进一步大幅改善的效果。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点，本发明通过把PP与UHMWPE按照合理比例调配，并与自制加工助剂配合使用，制成具有一定加工流动性的UHMWPE材料。PP与自制加工助剂的加入能有效改善UHMWPE的流动性，同时保持了其力学性能和摩擦磨损性能，解决了UHMWPE材料由于加工流动性不足而产生的生产难题。
本发明采用的技术方案为：
一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于按重量百分比由以下组分组成：
优选的，UHMWPE树脂为分子量为150万以上的聚乙烯树脂，其水分含量在0.1％以下。
优选的，PP树脂为聚丙烯树脂，MI为10g/10min，其水分含量在0.1％以下。
优选的，自制复合加工助剂是由马来酸酐接枝PP/硅藻土/玻璃微珠按15/50/35的重量比例在高混机100℃下混合而成；进一步优选的，马来酸酐接枝率大于1％。
优选的，抗氧剂是酚类抗氧剂四[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸酯类抗氧剂(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯。
优选的，其他助剂是色粉和增亮剂。
一种上述具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料的处理及混合
UHMWPE树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下；PP树脂在90℃下烘4小时，控制水分在0.1％以下；
将主料和自制复合加工助剂、抗氧剂、其他助剂在高速混料机中混合2分钟，使各组分充分搅拌分散均匀；
(2)熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出温度在180-240℃之间，螺杆转速为400转/分；
(3)造粒及后处理
对挤出的物料进行冷却、风干、切粒、过强磁、包装得到成品。
在本发明中，UHMWPE树脂为分子量为150万以上的聚乙烯树脂，并在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下；PP树脂是MI为10g/10min的聚丙烯树脂，并在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下。
本发明的具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料能使UHMWPE/PP共混体系的加工流变性进一步大幅改善的效果，改变其目前只能用压制-烧结的方法成型的现状，更好实现UHMWPE制品的连续、高效和规模化成型。并尽可能保持UHMWPE优良的力学性能和摩擦磨损性能，使材料同时具备高耐磨损性、高耐冲击性，良好的自润滑性，优良的耐化学腐蚀性等特点。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明。
实施例1
先将85％重量的UHMWPE树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下；随后与10％重量的PP树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下、4％重量的自制复合加工助剂、0.5％重量的抗氧剂、0.5％重量的其他助剂通过高速混料机混合2分钟后从计量喂料器进入双螺杆挤出机塑化、熔融，再经挤出、冷却、风干、切粒、过强磁、包装得到产品。
实施例2
先将78％重量的UHMWPE树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下；随后与15％重量的PP树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下、5％重量的自制复合加工助剂、0.6％重量的抗氧剂、1.4％重量的其他助剂通过高速混料机混合2分钟后从计量喂料器进入双螺杆挤出机塑化、熔融，再经挤出、冷却、风干、切粒、过强磁、包装得到产品。
实施例3
先将55％重量的UHMWPE树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下；随后与40％重量的PP树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下、3％重量的自制复合加工助剂、0.6％重量的抗氧剂、1.4％重量的其他助剂通过高速混料机混合2分钟后从计量喂料器进入双螺杆挤出机塑化、熔融，再经挤出、冷却、风干、切粒、过强磁、包装得到产品。
实施例4
先将90％重量的UHMWPE树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下；随后与5％重量的PP树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下、3％重量的自制复合加工助剂、0.6％重量的抗氧剂、1.4％重量的其他助剂通过高速混料机混合2分钟后从计量喂料器进入双螺杆挤出机塑化、熔融，再经挤出、冷却、风干、切粒、过强磁、包装得到产品。
实施例5
上述实施例1-4中的超高分子量聚乙烯的制备方法及工艺如下：
(1)原材料的处理及混合
UHMWPE树脂在90℃下烘4小时，控制水分在0.1％以下；PP树脂在90℃下烘4小时，控制水分在0.1％以下；
将主料和自制复合加工助剂、抗氧剂、其他助剂在高速混料机中混合2分钟，使各组分充分搅拌分散均匀；
(2)熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出温度在180-240℃之间，螺杆转速为400转/分；
(3)造粒及后处理
对挤出的物料进行冷却、风干、切粒、过强磁、包装得到成品。
实施例6
对实施例1和实施例2所得的一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料的性能如下：
测试项目 测试标准 测试条件 实施例1 实施例2
比重(g/cm3) D792 23℃ 0.98 0.97
拉伸强度(Mpa) D638 10mm/min 41 40
断裂伸长率(％) D638 10mm/min 85 84
弯曲强度(Mpa) D790 2mm/min 60 58
弯曲模量(Mpa) D790 2mm/min 2000 1980
缺口冲击强度(J/m) D256 3.2mm,23℃ 700 680
维卡软化温度(℃) D1525 1.8Mpa,6.4mm 83 82
相对磨耗率(％) D3884 - 0.92 0.93
综上所述，是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作出的改变，所产生的功能作用未能超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于按重量百分比由以下组分组成：
2.如权利要求1所述的一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于UHMWPE树脂为分子量为150万以上的聚乙烯树脂，其水分含量在0.1％以下。
3.如权利要求1所述的一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于PP树脂为聚丙烯树脂，MI为10g/10min，其水分含量在0.1％以下。
4.如权利要求1所述的一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于自制复合加工助剂是由马来酸酐接枝PP/硅藻土/玻璃微珠按15/50/35的重量比例在高混机100℃下混合而成。
5.如权利要求1所述的一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于抗氧剂是酚类抗氧剂四[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸酯类抗氧剂(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯。
6.如权利要求1所述的一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于其他助剂是色粉和增亮剂。
7.如权利要求1所述的一种具有一定加工流动性的超高分子量聚乙烯材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)原材料的处理及混合
UHMWPE树脂在90℃下烘4小时控制水分在0.1％以下；PP树脂在90℃下烘4小时，控制水分在0.1％以下；
将主料和自制复合加工助剂、抗氧剂、其他助剂在高速混料机中混合2分钟，使各组分充分搅拌分散均匀；
(2)熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出温度在180-240℃之间，螺杆转速为400转/分；
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