CN107189159B - 单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚乙烯耐高温管材，具体涉及一种单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材及其制备方法。包括以下重量份数的原料：超高分子量聚乙烯100份、聚乙烯蜡2‑3份、石墨1‑2份、硬脂酸钙0.3‑0.5份、高岭土10‑15份和无水乙醇0.5‑1份。本发明提高了管材力学性能和热性能，管材拉伸屈服强度≥22MPa，热变形温度≥110℃，维卡软化温度≥150℃，其他性能均能满足QB/T2668‑2004标准要求，模压样片的拉伸强度和断裂伸长率高；提高管材热变形温度30℃以上，可应用于工况100℃时使用；本发明还提供其制备方法，工艺合理，成本低。

Description

单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯耐高温管材，具体涉及一种单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材及其制备方法。
背景技术
目前超高分子量聚乙烯管材具有优良的力学性能和耐低温性，可用于输送散物料、食品、医药工业、纺织、化纤工业、建材工业、化工工业、矿粉输送及电厂除灰、用在采选矿、冶金行业、水煤浆工程等等。但其热变形温度为80℃，不能应用到相对较高温度的工况(如城市热水管路＞80℃)下使用，这直接限制了超高分子量聚乙烯管材的应用领域。
中国专利CN101344198A公开了一种超高分子量聚乙烯耐磨管道，以质量百分数计，原料包括超高分子量聚乙烯树脂70-90％、玻璃纤维或玻璃微珠3-20％、硅烷类偶联剂0.1-1％、石墨0.5-3％和聚乙烯蜡1-7％，该专利存在产品抗拉强度不高、断裂伸长率较低的缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材，提高其力学性能和热性能的基础上，提高其热变形温度30℃以上，可应用于工况100℃时使用；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材，包括以下重量份数的原料：
Figure BDA0001319497860000011
其中：
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的黏均分子量为250±50万。
聚乙烯蜡的重均分子量为2000-3000。
高岭土的粒径在10-100微米，利于分散，与超高分子量聚乙烯相容性好。。
本发明添加无水乙醇，无水乙醇是极性有机物，其羟基基团与无机物相连，其烷基与UHMW-PE相连，经过无水乙醇的处理，使UHMW-PE与高岭土等原料具有较好的相容性，形成良好的结合界面，且成本低，易操作。
耐温性高从微观角度就是限制分子的热运动，对于UHMW-PE就是限制大分子链的重排运动，本发明添加一定质量份数的高岭土，影响了UHMW-PE的结晶形态和结晶度，使得UHMW-PE的结晶边界模糊，不规则、不均匀，限制了UHMW-PE大分子链的重排运动，需要更高的温度才能使UHMW-PE大分子链开始重排运动，这样使UHMW-PE的热变形温度得到提高。
本发明所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，包括以下步骤：
将以上原料投入高速混料机混合，升温至80℃-100℃，然后投入低速混料机冷却至40℃以下；将混配好的原料投入单螺杆挤出机，通过加温、加压，模具成型、定型，连续生产挤出。
其中：高速混料机的转速850-870rpm，优选860rpm。低速混料机的转速55-65rpm，优选60rpm。本发明先将各种物料在高速混料机中混合，随着温度的升高，UHMW-PE树脂能达到预塑化状态，颗粒扩张，与其他物料能更好的相容、分散均匀；然后放入低速混料机混合，以消除高速混合产生的静电，且降温到40℃以下，增加物料的流散性，利于投料。
单螺杆挤出机螺筒温度为80℃-240℃；加温至240℃-160℃，加压至10-30Mpa；模具温度为240℃-160℃。
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)提高了管材力学性能和热性能，管材拉伸屈服强度≥22MPa，热变形温度≥110℃，维卡软化温度≥150℃，其他性能均能满足QB/T2668-2004标准要求，模压样片的拉伸强度和断裂伸长率高。
(2)本发明提高管材热变形温度30℃以上，可应用于工况100℃时使用。
(3)本发明添加无水乙醇，无水乙醇是极性有机物，其羟基基团与无机物相连，其烷基与UHMW-PE相连，经过无水乙醇的处理，使UHMW-PE与高岭土等原料具有较好的相容性，形成良好的结合界面，且成本低，易操作。
(4)本发明还提供其制备方法，工艺合理，成本低；先将各种物料在高速混料机中混合，随着温度的升高，UHMW-PE树脂能达到预塑化状态，颗粒扩张，与其他物料能更好的相容、分散均匀；然后放入低速混料机混合，以消除高速混合产生的静电，且降温到40℃以下，增加物料的流散性，利于投料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材，由以下重量份数的原料制成：
超高分子量聚乙烯100份、聚乙烯蜡(重均分子量为2000)2份、石墨1份、硬脂酸钙0.3份、高岭土(粒径100微米)10份、无水乙醇0.5份。
制备方法包括以下步骤：
将以上原料投入高速混料机混合，高速混料机的转速860rpm，升温至90℃，然后投入低速混料机冷却至40℃以下，低速混料机的转速60rpm；将混配好的原料投入单螺杆挤出机，通过加温、加压，挤出机螺筒温度80℃-240℃；模具温度240℃-160℃，模具成型、定型，连续生产挤出，得到产品。
管材拉伸屈服强度≥22MPa，维卡软化温度≥150℃，热变形温度≥110℃，其他性能均达到QB/T2668-2004标准要求。
实施例2
一种单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材，由以下重量份数的原料制成：
超高分子量聚乙烯100份、聚乙烯蜡(重均分子量为3000)2.5份、石墨1.5份、硬脂酸钙0.4份、高岭土(粒径50微米)12份、无水乙醇0.8份。
制备方法包括以下步骤：
将以上原料投入高速混料机混合，高速混料机的转速860rpm，升温至80℃，然后投入低速混料机冷却至40℃以下，低速混料机的转速60rpm；将混配好的原料投入单螺杆挤出机，通过加温、加压，挤出机螺筒温度80℃-240℃；模具温度240℃-160℃，模具成型、定型，连续生产挤出，得到产品。
管材拉伸屈服强度≥24MPa，维卡软化温度≥150℃，热变形温度≥112℃，其他性能均达到QB/T2668-2004标准要求。
实施例3
一种单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材，由以下重量份数的原料制成：
超高分子量聚乙烯100份、聚乙烯蜡(重均分子量为2500)3份、石墨2份、硬脂酸钙0.5份、高岭土(粒径10微米)15份、无水乙醇1份。
制备方法包括以下步骤：
将以上原料投入高速混料机混合，高速混料机的转速860rpm，升温至100℃，然后投入低速混料机冷却至40℃以下，低速混料机的转速60rpm；将混配好的原料投入单螺杆挤出机，通过加温、加压，挤出机螺筒温度80℃-240℃；模具温度240℃-160℃，模具成型、定型，连续生产挤出，得到产品。
管材拉伸屈服强度≥26MPa，维卡软化温度≥150℃，热变形温度≥112℃，其他性能均达到QB/T2668-2004标准要求。
对比例1
采用与实施例1相同的原料和制备方法，唯一的不同在于将高岭土改为玻璃微珠。
将实施例1-3和对比例1的管材产品做成模压样片，进行性能测试，测试结果见表1。
表1
序号 维卡软化温度(℃) 拉伸强度(Mpa) 断裂伸长率(％)
对比例1 154.6 7.627 47.253
实施例1 152.7 15.78 110.117
实施例2 152.8 15.80 110.162
实施例3 153.2 15.81 110.211

Claims (8)

1.一种单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
Figure FDA0002359767950000011
所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为250±50万；
所述单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，包括以下步骤：
将以上原料投入高速混料机混合，升温至80℃-100℃，然后投入低速混料机冷却至40℃以下；将混配好的原料投入单螺杆挤出机，通过加温、加压，模具成型、定型，连续生产挤出。
2.根据权利要求1所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材，其特征在于：高岭土的粒径在10-100微米。
3.一种权利要求1-2任一所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将以上原料投入高速混料机混合，升温至80℃-100℃，然后投入低速混料机冷却至40℃以下；将混配好的原料投入单螺杆挤出机，通过加温、加压，模具成型、定型，连续生产挤出。
4.根据权利要求3所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，其特征在于：高速混料机的转速850-870rpm。
5.根据权利要求3所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，其特征在于：低速混料机的转速55-65rpm。
6.根据权利要求3所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，其特征在于：单螺杆挤出机螺筒温度为80℃-240℃。
7.根据权利要求3所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，其特征在于：加温至240℃-160℃，加压至10-30Mpa。
8.根据权利要求3所述的单螺杆超高分子量聚乙烯耐高温管材的制备方法，其特征在于：模具温度为240℃-160℃。
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