CN111019209B - 用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法，属于超高分子量聚乙烯改性技术领域。本发明包括以下重量份数的原料：超高分子量聚乙烯55‑65份、第一HDPE树脂15‑25份、第二HDPE树脂15‑25份、润滑剂1.5‑3份、流动促进剂0.05‑0.08份、无机填料5‑10份、复合抗氧剂0.5‑2份、着色剂0～0.3份；本发明所述的组合物，具有较好的加工性和机械性能，同时具有较高的耐热温度，可用于衬管Ⅱ型产品的生产原料；本发明同时提供了简单易行的制备方法。

Description

用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法，属于超高分子量聚乙烯改性技术领域。
背景技术
超高分子量聚乙烯具有低摩擦、耐冲击性、高防垢性、高韧性、高耐腐蚀性、高耐磨性和良好的自润滑等优点，目前油田在用的油管一般是在普通油管内衬入超高分子量聚乙烯管，采用特殊技术使衬管与钢制油管紧贴在一起，形成管中管结构。其目的是为了减缓抽油杆与油管的磨损以及油管的内壁腐蚀，内衬管表面光滑柔韧，可以避免抽油杆与油管间的直接磨擦，降低抽油杆磨损量，同时对油管以及抽油杆起到保护作用，同时其光滑的表面能够降低油管内液体的流动阻力，而且蜡分子不易吸附在油管壁上。
CN 105175863 A公开了一种超高分子量聚乙烯内防腐管道，该管道是在超高分子量聚乙烯中添加低分子量的聚四氟乙烯微粉、硬脂酸锌润滑剂、玻璃微珠等，使得超高分子量聚乙烯的流动性、润滑性得到很大的改善，降低了材料的摩擦系数，提高耐磨性，起到减磨、耐磨的作用。CN 104861270 A公开了一种耐温抽油管材及其生产方法，其内衬管是由采用特定含量的钛酸钾晶须无机填料以及氟树脂及长碳链聚酰胺两种有机材料混合作用于超高分子量聚乙烯材料挤出得到，具有优良的耐热性能。CN 104558766 A公开一种超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法，所述超高分子量聚乙烯复合材料的原料组成，按质量份数计，包括以下组分：超高分子量聚乙烯100份；润滑剂0.1～10份；填充料10～60份；补强纤维5～40份；纳米无机填料0.1～10份。这三个专利中使用的几种原材料的熔融流动性都较差，仅仅通过加入一定量的润滑剂改善流动性，改善效果不明显，因此管材的加工性能不好，实际加工应用中表现为加工挤出速度低，设备负荷大。而CN 106837192 A公开的一种内衬油管的原料中甚至没有加入润滑剂，因此加工性能更差。
CN 103524851 B公开了一种具有阻燃抗静电的煤矿井下输浆管及其制备方法，将高密度聚乙烯、超导电炭黑、阻燃剂及其它助剂通过双螺杆挤出机共混造粒，再将造粒料与分子量380万的超高分子量聚乙烯、分子量200万的超高分子量聚乙烯和玻璃微珠共混，通过单螺杆挤出机挤出得到具有阻燃抗静电的煤矿井下输浆管。该专利中所用的高密度聚乙烯的用量多于超高分子量聚乙烯，且材料中含有大量的无机物，因此制备的管材其冲击性能、热性能、耐麿性能都有较大下降。
CN 105199204 A公开了一种超高分子量聚乙烯内衬管，将超高分子量聚乙烯、聚丙烯、过氧化二异丙苯、丙烯基硅氧烷、填料按照配方要求配好，通过搅拌式颗粒粉碎机将原料粉碎并搅拌，然后通过振动筛确定粉末料的粒度，最后通过塑性材料挤塑机，将配比好的原料挤塑成内衬管。但管材的性能仅能满足Q/SH1020 1889标准中Ⅰ型产品的衬管要求，其热性能达不到Ⅱ型产品的衬管要求。CN 107459701 A公开了一种改性超高分子量聚乙烯材料的制备方法，但实施例4制备的改性超高分子量聚乙烯的热变形温度也达不到Ⅱ型产品的衬管要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其具有较好的加工性和机械性能，同时具有较高的耐热温度，可用于衬管Ⅱ型产品的生产原料；本发明同时提供了简单易行的制备方法。
本发明所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，包括以下重量份数的原料：
Figure BDA0001824333650000021
所述的第一HDPE树脂的重均分子量为30万～60万，密度大于0.950g/cm3，熔体流动速率(21.6Kg砝码)为2g/10min～6g/10min；
所述的第二HDPE树脂的重均分子量为7万～20万，密度大于0.948g/cm3，熔体流动速率(2.16Kg砝码)大于5g/10min。
所述超高分子量聚乙烯为粉状颗粒，颗粒粒径大于60目，其粘均分子量为100万～250万。
所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡、油酸酰胺、芥酸酰胺、聚乙烯蜡、石蜡或氧化聚乙烯蜡的一种或多种。
所述流动促进剂为含氟高分子聚合物加工助剂(PPA)。
所述无机填料为微米或纳米的中空玻璃微珠、氧化铝、碳化硅、碳化硼、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土、高岭土、硅藻土或三氧化二铝中的一种或多种。
所述无机填料均经过活化处理。
所述复合抗氧剂为JC–211B抗氧剂、GX2921抗氧剂或1076/168(按1：1重量比例配制)复合抗氧剂。
所述着色剂为无机颜料。优选的，所述着色剂为金属氧化物、金属硫化物、炭黑或镉酸盐中的一种或多种。
所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将配方中除超高分子量聚乙烯外的其它原料配备好；
(2)将配好的混合物投入高速混合机中，混合1～2min；
(3)将步骤(2)的混合物置于同向双螺杆挤出机中，于160-200℃下熔融挤出造粒后干燥；
(4)向步骤(3)挤出的混合物中加入超高分子量聚乙烯，通过搅拌式颗粒粉碎机将二者的混合物粉碎并搅拌，然后通过100目的振动筛得到粉末状的超高分子量聚乙烯组合物。
本发明制得的超高分子量聚乙烯组合物，具有优良的可加工性和机械性能，特别是具有较高的耐热温度，可满足Q/SH1020 1889-2011标准中Ⅱ型产品等级的技术要求。
本发明同时引入两种不同分子量的HDPE，分别改善了材料的粘度均匀性和材料的流动性，最终提高了材料的加工性；为了防止HDPE引起的热性能、摩擦性能和机械性能的降低，引入一种无机填料，先将无机填料与HDPE通过双螺杆挤出进行融熔混合，再通过搅拌式颗粒粉碎机将二者的混合物粉碎并搅拌，过振动筛后得到加工性能、热性能、摩擦性能和机械性能良好的粉状的内衬管用超高分子量聚乙烯组合物。
本发明具有以下有益效果：
(1)采用不同分子量的聚乙烯，材料的加工性可完全满足衬管挤出加工的实际工业应用；
(2)通过双螺杆挤出造粒将无机填料与HDPE混合分散，再与超高分子量聚乙烯混合破碎成粉末状，无机填料在材料中具有优异的分散性和界面结合力；
(3)制备的超高分子量聚乙烯组合物是粉末状产品，具有更短的熔融塑化时间和更优异的加工性能；
(4)所述的超高分子量聚乙烯组合物的制备方法，简单易行，利于工业化生产；
(5)制备的超高分子量聚乙烯组合物具有良好的综合机械性能，特别是具有较高的热性能，可完全满足Q/SH1020 1889-2011标准中Ⅱ型产品等级的技术要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
以下所用原料均为重量份数。
实施例中使用的聚乙烯树脂见表1。
表1聚乙烯树脂
Figure BDA0001824333650000041
实施例1
以生产本发明产品为例所用的原料及其重量份数为：
Figure BDA0001824333650000042
实施例2
以生产本发明产品为例所用的原料及其重量份数为：
Figure BDA0001824333650000043
Figure BDA0001824333650000051
实施例3
以生产本发明产品为例所用的原料及其重量份数为：
Figure BDA0001824333650000052
实施例4
以生产本发明产品为例所用的原料及其重量份数为：
Figure BDA0001824333650000053
实施例5
以生产本发明产品为例所用的原料及其重量份数为：
Figure BDA0001824333650000054
Figure BDA0001824333650000061
实施例1-5按以下方式进行：将配方中除超高分子量聚乙烯外其它原料按配方要求配好，并投入到高速混合机中，搅拌混合1～2min。后将混合物置于同向双螺杆挤出机中，于160-200℃下熔融挤出造粒后干燥。再将得到的混合物加入超高分子量聚乙烯，通过搅拌式颗粒粉碎机将二者的混合物粉碎并搅拌，然后通过100目的振动筛得到粉末状的本发明内衬管用超高分子量聚乙烯组合物。再通过管材挤塑机挤塑成内衬管，挤塑机三个温区温度分别为：200℃、230℃、260℃。内衬管按Q/SH1020 1889-2011标准中Ⅱ型产品要求检测，效果见表2。
对比例1
将实施例5所有原料按配方要求配好，通过搅拌式颗粒粉碎机将二者的混合物粉碎并搅拌，然后通过100目的振动筛得到粉末状的超高分子量聚乙烯组合物。再通过管材挤塑机挤塑成内衬管。挤塑机三个温区温度分别为：200℃、230℃、260℃。效果见表2。
对比例2
将实施例3中的2911树脂全部改为TR571M树脂，其它原料和制备工艺不变，效果见表2。
对比例3
将实施例1中的TR571M树脂全部改为HD6070EA树脂，其它原料和制备工艺不变，效果见表2。
对比例4
中国专利CN 105199204 A公开了一种超高分子量聚乙烯内衬管用超高分子量聚乙烯组合物，以专利中的实施例1为对比例，专利公开的其热变形温度在128.12～129.36℃之间，维卡软化温度在63.15～65.12℃之间。
对比例5
中国专利CN 107459701 A公开了一种改性超高分子量聚乙烯材料的制备方法，以专利中的实施例4为对比例，专利公开的其热变形温度为128℃。
表2 Q/SH1020 1889标准中Ⅱ型产品的衬管性能指标和检测结果
Figure BDA0001824333650000062
Figure BDA0001824333650000071
通过实施例与对比例测试结果对比可知，对比例2的挤出加工性能差，对比例1和对比例3的断裂伸长率低，而对比例4和对比例5的热变形温度及维卡软化温度较低，仅符合Q/SH1020 1889标准中Ⅰ型产品的性能要求，达不到Ⅱ型产品的性能要求，但本发明的超高分子量聚乙烯组合物的性能指标全部满足Ⅱ型产品的性能要求，且挤出加工性能优良。

Claims (9)

1.一种用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于包括以下重量份数的原料：
超高分子量聚乙烯 55-65份
第一HDPE树脂 15-25份
第二HDPE树脂 15-25份
润滑剂 1.5-3份
流动促进剂 0.05-0.08份
无机填料 5-10份
复合抗氧剂 0.5-2份
着色剂 0-0.3份；
所述的第一HDPE树脂的重均分子量为30万～60万，密度大于0.950g/cm3，熔体流动速率在21.6Kg砝码条件下为2g/10min～6g/10min；
所述的第二HDPE树脂的重均分子量为7万～20万，密度大于0.948g/cm3，熔体流动速率在2.16Kg砝码条件下大于5g/10min；
所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）将配方中除超高分子量聚乙烯外的其它原料配备好；
（2）将配好的混合物投入高速混合机中，混合1～2min；
（3）将步骤（2）的混合物置于同向双螺杆挤出机中，于160～200℃下熔融挤出造粒后干燥；
（4）向步骤（3）挤出的混合物中加入超高分子量聚乙烯，通过搅拌式颗粒粉碎机将二者的混合物粉碎并搅拌，然后通过100目的振动筛得到粉末状的超高分子量聚乙烯组合物。
2.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：超高分子量聚乙烯为粉状颗粒，颗粒粒径大于60目，其粘均分子量为100万～250万。
3.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡、油酸酰胺、芥酸酰胺、聚乙烯蜡、石蜡或氧化聚乙烯蜡的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：流动促进剂为含氟高分子聚合物加工助剂。
5.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：无机填料为微米或纳米的中空玻璃微珠、氧化铝、碳化硅、碳化硼、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土、高岭土、硅藻土中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：无机填料均经过活化处理。
7.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：复合抗氧剂为JC–211B抗氧剂、GX2921抗氧剂或1076/168复合抗氧剂。
8.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：着色剂为无机颜料。
9.根据权利要求1所述的用于制备衬管的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于：着色剂为金属氧化物、金属硫化物、炭黑或镉酸盐中的一种或多种。
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