CN110951145B - 一种注塑级超高分子量聚乙烯材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种注塑级超高分子量聚乙烯材料及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。本发明提供的注塑级超高分子量聚乙烯材料的制备原料包括主料和加工助剂，所述加工助剂占所述主料的质量百分比为0.1～1％，所述主料包括如下质量百分含量的组分：超高分子量聚乙烯A30～50％，所述超高分子量聚乙烯A的分子量为300～500万；超高分子量聚乙烯B15～35％，所述超高分子量聚乙烯B的分子量为100～150万；高密度聚乙烯20～40％；高密度聚乙烯接枝马来酸酐5～15％；低密度聚乙烯4～6％。在本发明中，上述组分配合得到的注塑级聚乙烯材料不仅具有良好的流动性，还与尼龙具有良好的相容性。

Description

一种注塑级超高分子量聚乙烯材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种注塑级超高分子量聚乙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
超高分子量聚乙烯是热塑性工程塑料，由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下聚合而成。它综合了大部分塑料的优越性能，超高分子量聚乙烯复合材料具有很好的耐冲击、耐低温、耐磨损、耐化学腐蚀等性质，在机械、运输、纺织、造纸、农业、食品包装、煤矿、化工等领域广泛应用。此外，超高分子量聚乙烯还用于提高尼龙的耐磨性，但是超高分子量聚乙烯的流动性差，挤出成型的周期长，且与尼龙的相容性差，对尼龙的耐磨性的提高程度有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注塑级超高分子量聚乙烯材料及其制备方法和应用，本发明所提供的注塑级超高分子量聚乙烯材料具有良好的流动性，与尼龙相容性良好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种注塑级超高分子量聚乙烯材料，其制备原料包括主料和加工助剂，所述加工助剂占所述主料的质量百分比为0.1～1％，所述主料包括如下质量百分含量的组分：超高分子量聚乙烯A30～50％，所述超高分子量聚乙烯A的分子量为300～500万；超高分子量聚乙烯B15～35％，所述超高分子量聚乙烯B的分子量为100～150万；高密度聚乙烯20～40％；高密度聚乙烯接枝马来酸酐5～15％；低密度聚乙烯4～6％。
优选地，所述超高分子量聚乙烯A的密度为0.94～0.96g/cm3。
优选地，所述超高分子量聚乙烯B的密度为0.94～0.96g/cm3。
优选地，所述高密度聚乙烯的分子量为20～25万，密度为0.95～0.96g/cm3，熔融指数为15～20g/10min。
优选地，所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐的接枝率为0.8～1％，熔融指数为3～5g/10min，密度为0.95g/cm3。
优选地，所述低密度聚乙烯的分子量为12～14万，密度为0.91～0.92g/cm3，熔融指数为0.2～0.5g/10min。
优选地，所述加工助剂包括抗氧剂和润滑剂中的至少一种；所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种；所述润滑剂包括乙撑双硬脂酰胺和多聚磷酸中的至少一种。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级超高分子量聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯A、超高分子量聚乙烯B、高密度聚乙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯和加工助剂混合后，依次进行熔融挤出和造粒，得到注塑级超高分子量聚乙烯材料。
优选地，所述熔融挤出过程分为十一个工作温区，具体为：一区150℃，二区160～180℃，三区170～190℃，四区170～190℃，五区170～190℃，六区180～200℃，七区180～210℃，八区180～210℃，九区180～210℃，十区180～210℃，机头区180～210℃；各温区的停留时间为3～5min，熔融挤出过程中的螺杆转速为300～450rpm。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级超高分子量聚乙烯材料或上述技术方案所述的制备方法得到的注塑级超高分子量聚乙烯材料在尼龙改性中的应用。
本发明提供了一种注塑级超高分子量聚乙烯材料，其制备原料包括主料和加工助剂，所述加工助剂占所述主料的质量百分比为0.1～1％，所述主料包括如下质量百分含量的组分：超高分子量聚乙烯A30～50％，所述超高分子量聚乙烯A的分子量为300～500万；超高分子量聚乙烯B15～35％，所述超高分子量聚乙烯B的分子量为100～150万；高密度聚乙烯20～40％；高密度聚乙烯接枝马来酸酐5～15％；低密度聚乙烯4～6％。在本发明中，上述不同分子量的超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯结合能够改善所得材料的流动性，且不会大幅度降低超高分子量聚乙烯的优异性；高密度聚乙烯接枝马来酸酐可提高材料与尼龙的相容性，低密度聚乙烯可提高所得材料的熔体强度，改善材料的加工性能。
具体实施方式
本发明提供了一种注塑级超高分子量聚乙烯材料，其制备原料包括主料和加工助剂，所述加工助剂占所述主料的质量百分比为0.1～1％，所述主料包括如下质量百分含量的组分：超高分子量聚乙烯A30～50％，所述超高分子量聚乙烯A的分子量为300～500万；超高分子量聚乙烯B15～35％，所述超高分子量聚乙烯B的分子量为100～150万；高密度聚乙烯20～40％；高密度聚乙烯接枝马来酸酐5～15％；低密度聚乙烯4～6％。
在本发明中，所述注塑级高分子聚乙烯材料的制备原料包括主料；以质量百分含量计，所述主料包括超高分子量聚乙烯A30～50％，优选为35～45％；所述超高分子量聚乙烯A的分子量为300～500万，更优选为300万；所述超高分子量聚乙烯A的密度优选为0.94～0.96g/cm3，更优选为0.95g/cm3。在本发明实施例中，所述超高分子量聚乙烯A优选为大韩油化公司生产的U030型号的超高分子量聚乙烯。
在本发明中，以质量百分含量计，所述主料包括超高分子量聚乙烯B15～35％，优选为20～30％，更优选为23～28％；所述超高分子量聚乙烯B的分子量为100～150万，优选为150万；所述超高分子量聚乙烯B的密度优选为0.94～0.96g/cm3，更优选为0.95g/cm3。在本发明实施例中，所述超高分子量聚乙烯B优选为大韩油化公司生产的U015T型号的超高分子量聚乙烯。在本发明中，选用两种超高分子量的聚乙烯可提高超高分子量聚乙烯与普通聚乙烯的相容性。在本发明中，所述超高分子量聚乙烯A和超高分子量聚乙烯B的流动性非常差，几乎为零，无法测定。
在本发明中，以质量百分含量计，所述主料包括高密度聚乙烯20～40％，优选为25～35％，更优选为27～32％；所述高密度聚乙烯的分子量优选为20～25万，更优选为20万，密度优选为0.95～0.96g/cm3，更优选为0.95g/cm3，熔融指数优选为15～20g/10min；在本发明中，无特殊说明的情况下，所述熔融指数均为在190℃/2.16kg(即190℃，2.16kg的压力)的条件下测得。在本发明实施例中，所述高密度聚乙烯优选为抚顺石化公司生产的FHC7260型号的高密度聚乙烯。在本发明中，高密度聚乙烯与两种分子量的超高分子量聚乙烯配合，能够提高材料的流动性，且超高分子量聚乙烯的优异性能不会大幅度下降。
在本发明中，以质量百分含量计，所述主料包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐5～15％，优选为8～12％；所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐的接枝率优选为0.8～1％，熔融指数优选为3～5g/10min，密度优选为0.95g/cm3。在本发明实施例中，所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐优选为佳宜容相容剂江苏有限公司公司生产的CMG5804型号的高密度聚乙烯接枝马来酸酐。
在本发明中，以质量百分含量计，所述主料包括低密度聚乙烯4～6％；所述低密度聚乙烯的分子量优选为12～14万，密度优选为0.91～0.92g/cm3，更优选为0.91g/cm3，熔融指数优选为0.2～0.5g/10min。在本发明实施例中，所述低密度聚乙烯优选为上海石化公司生产的S030型号的低密度聚乙烯。在本发明中，所述低密度聚乙烯与其他组分结合，可提高材料的熔体强度。
在本发明中，所述注塑级超高分子量聚乙烯材料还包括加工助剂，所述加工助剂占所述主料的质量百分比为0.1～1％(即所有加工助剂的总的含量为0.1～1％)；所述加工助剂优选包括抗氧剂和润滑剂中的至少一种；所述抗氧剂优选包括抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种，更优选包括抗氧剂1010和抗氧剂168，所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比优选为1:1；所述润滑剂优选包括乙撑双硬脂酰胺(润滑剂EBS)和多聚磷酸(润滑剂PPA)中的至少一种。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级超高分子量聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯A、超高分子量聚乙烯B、高密度聚乙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯和加工助剂混合后，依次进行熔融挤出和造粒，得到注塑级超高分子量聚乙烯材料。
在本发明中，所述干混所用设备优选为高速混合机，更优选为卧式高速混合机。
在本发明中，所述熔融挤出过程优选分为十一个工作温区，具体为：一区150℃，二区160～180℃，三区170～190℃，四区170～190℃，五区170～190℃，六区180～200℃，七区180～210℃，八区180～210℃，九区180～210℃，十区180～210℃，机头区180～210℃；各温区的停留时间优选为3～5min，熔融挤出过程中的螺杆转速优选为300～450rpm，熔融挤出的挤出产量优选为200～300kg/h。
在本发明中，所述熔融挤出优选在双螺杆熔融挤出机上进行。
造粒完成后，本发明优选还包括干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为90～100℃，时间优选为2～3h。
本发明还提供了上述技术方案所述注塑级超高分子量聚乙烯材料或上述技术方案所述的制备方法得到的注塑级超高分子量聚乙烯材料在尼龙改性中的应用；所述应用中，将所述注塑级超高分子量聚乙烯材料与尼龙共混注塑。
下面结合实施例对本发明提供的一种注塑级超高分子量聚乙烯材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例中，原料为：
超高分子量聚乙烯A：分子量为300万，密度为0.95g/cm3；购买于大韩油化公司生产的U030型号的超高分子量聚乙烯；
超高分子量聚乙烯B：分子量为150万，密度为0.95g/cm3；购买于大韩油化公司生产的U015T型号的超高分子量聚乙烯；
高密度聚乙烯：分子量为20～25万，熔融指数为15～20g/10min，密度为0.95；购买于抚顺石化公司生产的FHC7260型号的高密度聚乙烯；
高密度聚乙烯接枝马来酸酐：接枝率为0.8～0.1％，熔融指数为2～8g/10min，密度为0.95g/cm3；购买于佳宜容相容剂江苏有限公司公司生产的CMG5804型号的高密度聚乙烯接枝马来酸酐；
低密度聚乙烯：分子量为12～14万，密度为0.91g/cm3，熔融指数为0.2～0.5g/10min；购买于上海石化公司生产的S030型号的低密度聚乙烯；
加工助剂：抗氧剂1010，抗氧剂168，润滑剂EBS，润滑剂PPA；
按照如下质量百分比称量各原料作为主料：超高分子量聚乙烯A30％，超高分子量聚乙烯B30％，高密度聚乙烯30％，高密度聚乙烯接枝马来酸酐5％，低密度聚乙烯5％；
以占主料的质量百分比计，按照如下比例称取加工助剂：抗氧剂10100.1％，抗氧剂1680.1％，润滑剂PPA0.5％，润滑剂EBS0.3％；
将称量好的原料在卧式高速混合机中混合，然后输送至双螺杆挤出机进行熔融挤出、造粒和干燥，得到注塑级超高分子量聚乙烯材料；挤出机的各温区的温度为：一区150℃，二区160～180℃，三区170～190℃，四区170～190℃，五区170～190℃，六区180～200℃，七区180～210℃，八区180～210℃，九区180～210℃，十区180～210℃，机头区180～210℃；各温区的停留时间优选为3～5min，熔融挤出过程中的螺杆转速为300～450rpm，熔融挤出的挤出产量为200～300kg/h。
实施例2
采用实施例1中的原料，按照如下质量百分比称量各原料作为主料：超高分子量聚乙烯A50％，超高分子量聚乙烯B10％，高密度聚乙烯30％，高密度聚乙烯接枝马来酸酐5％，低密度聚乙烯5％；
以占主料的质量百分比计，按照如下比例称取加工助剂：抗氧剂10100.1％，抗氧剂1680.1％，润滑剂PPA0.5％，润滑剂EBS0.3％；
按照实施例1的制备工艺制备注塑级超高分子量聚乙烯材料。
实施例3
采用实施例1中的原料，按照如下质量百分比称量各原料作为主料：超高分子量聚乙烯A50％，超高分子量聚乙烯B10％，高密度聚乙烯25％，高密度聚乙烯接枝马来酸酐5％，低密度聚乙烯10％；
以占主料的质量百分比计，按照如下比例称取加工助剂：抗氧剂10100.1％，抗氧剂1680.1％，润滑剂PPA0.5％，润滑剂EBS0.3％；
按照实施例1的制备工艺制备注塑级超高分子量聚乙烯材料。
对比例1
采用实施例1中的原料，按照如下质量百分比称量各原料作为主料：超高分子量聚乙烯A40％，超高分子量聚乙烯B20％，高密度聚乙烯35％，高密度聚乙烯接枝马来酸酐5％；
以占主料的质量百分比计，按照如下比例称取加工助剂：抗氧剂10100.1％，抗氧剂1680.1％，润滑剂PPA0.5％，润滑剂EBS0.3％；
按照实施例1的制备工艺制备注塑级超高分子量聚乙烯材料。
对比例2
采用实施例1中的原料，按照如下质量百分比称量各原料作为主料：超高分子量聚乙烯A50％，超高分子量聚乙烯B10％，高密度聚乙烯35％，低密度聚乙烯5％；
以占主料的质量百分比计，按照如下比例称取加工助剂：抗氧剂10100.1％，抗氧剂1680.1％，润滑剂PPA0.5％，润滑剂EBS0.3％；
按照实施例1的制备工艺制备注塑级超高分子量聚乙烯材料。
对比例3
采用实施例1中的原料，按照实施例1的方法制备注塑级超高分子量聚乙烯材料，不同之处在于原料不包括分子量为150万的超高分子量聚乙烯，主料中分子量为300万的超高分子量聚乙烯的含量为60％，其他原料的比例与实施例1相同。
对比例4
采用实施例1中的原料，按照实施例1的方法制备注塑级超高分子量聚乙烯材料，不同之处在于原料不包括分子量为300万的超高分子量聚乙烯，主料中分子量为150万的超高分子量聚乙烯的含量为60％，其他原料的比例与实施例1相同。
对比例5
采用实施例1中的原料，按照实施例1的方法和制备注塑级超高分子量聚乙烯材料，不同之处在于原料不包括高度聚乙烯，其他原料的比例与实施例1相同。
对比例6
采用实施例1中的原料，按照实施例1的方法制备注塑级超高分子量聚乙烯材料，不同之处在于原料不包括高密度聚乙烯接枝马来酸酐，其他原料的比例与实施例1相同。
对比例7
采用实施例1中的原料，按照实施例1的方法制备注塑级超高分子量聚乙烯材料，不同之处在于原料不包括低密度聚乙烯，其他原料的比例与实施例1相同。
对比例8
采用实施例1中的原料，按照如下质量百分比称量各原料作为主料：超高分子量聚乙烯A50％，高密度聚乙烯35％，高密度聚乙烯接枝马来酸酐10％，低分子量聚乙烯5％，
以占主料的质量百分比计，按照如下比例称取加工助剂：抗氧剂10100.1％，抗氧剂1680.1％，润滑剂PPA0.5％，润滑剂EBS0.3％；
按照实施例1的制备工艺制备注塑级超高分子量聚乙烯材料。
将实施例1～3和对比例1～8所得产品进行注塑成型制样，测试性能，具体的测试方法如下：
拉伸性能：按照ISO527-2进行，试样尺寸为150mm×10mm×4mm，拉伸速度为50mm/min；
弯曲性能：按照ISO178进行，试样尺寸为80mm×10mm×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm；
悬臂梁梁冲击强度：按照ISO179进行，试样尺寸为80mm×6mm×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一；
耐磨性：将注塑级超高分子量聚乙烯材料按照占尼龙5wt.％的比例与尼龙混合，注塑成型，按照ISO15527方法测试耐磨性。
测试结果如表1和表2所示，其中NB表示冲击不会断裂，PA6的熔融指数测试条件为250℃/2.16kg，其他材料的测试条件均为190℃/2.16kg。由表1和表2的记载可知，本发明所提供的注塑级高分子量聚乙烯材料能够正常挤出，具有流动性好的优势，同时其与尼龙的相容性好，所得产品的外观良好，不会起皮，冲击不会断裂，且具有较高的断裂伸长率，而对比例1～8所得注塑级超高分子量聚乙烯材料或无法正常挤出，或加工性能较差，或与尼龙相容性不好，冲击性差，产品外观差，甚至会出现起皮的现象，对比例2所得注塑级超高分子量聚乙烯材料虽然能够正常挤出，但是与尼龙相容性不好，所得产品会出现起皮的现象，总之对比例1～8所得注塑级高分子量聚乙烯材料的综合性能较差。
表1实施例1～4所得产品的性能测试结果
Figure BDA0002324763060000091
表2对比例1～8所得产品的性能测试结果
Figure BDA0002324763060000092
Figure BDA0002324763060000101
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种注塑级超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，其制备原料由主料和加工助剂组成，所述加工助剂占所述主料的质量百分比为0.1～1％，所述主料由如下质量百分含量的组分组成：超高分子量聚乙烯A 30～50％，所述超高分子量聚乙烯A的分子量为300～500万；超高分子量聚乙烯B15～35％，所述超高分子量聚乙烯B的分子量为100～150万；高密度聚乙烯20～40％；高密度聚乙烯接枝马来酸酐5～15％；低密度聚乙烯4～6％；
所述加工助剂为抗氧剂和润滑剂；
所述高密度聚乙烯的分子量为20～25万；
所述低密度聚乙烯的分子量为12～14万。
2.根据权利要求1所述的注塑级超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯A的密度为0.94～0.96g/cm3。
3.根据权利要求1所述的注塑级超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯B的密度为0.94～0.96g/cm3。
4.根据权利要求1所述的注塑级超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯的密度为0.95～0.96g/cm3，熔融指数为15～20g/10min。
5.根据权利要求1所述的注塑级超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐的接枝率为0.8～1％，熔融指数为3～5g/10min，密度为0.95g/cm3。
6.根据权利要求1所述的注塑级超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯的密度为0.91～0.92g/cm3，熔融指数为0.2～0.5g/10min。
7.根据权利要求1所述的注塑级超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168中的至少一种；所述润滑剂包括乙撑双硬脂酰胺和多聚磷酸中的至少一种。
8.权利要求1～7任一项所述注塑级超高分子量聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将超高分子量聚乙烯A、超高分子量聚乙烯B、高密度聚乙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐、低密度聚乙烯和加工助剂混合后，依次进行熔融挤出和造粒，得到注塑级超高分子量聚乙烯材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出过程分为十一个工作温区，具体为：一区150℃，二区160～180℃，三区170～190℃，四区170～190℃，五区170～190℃，六区180～200℃，七区180～210℃，八区180～210℃，九区180～210℃，十区180～210℃，机头区180～210℃；各温区的停留时间为3～5min，熔融挤出过程中的螺杆转速为300～450rpm。
10.权利要求1～7任一项所述注塑级超高分子量聚乙烯材料或权利要求8～9任一项所述的制备方法得到的注塑级超高分子量聚乙烯材料在尼龙改性中的应用。
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