CN113121902B - 一种快速成型超高分子量聚乙烯管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料复合技术领域，涉及一种快速成型超高分子量聚乙烯管及其制备方法。该快速成型超高分子量聚乙烯管材料的各个组分的份数为：超高分子量聚乙烯：100份，熔体强度改性剂：1‑20份，抗氧剂：0.1‑2份。本发明的有益效果是：本发明首次将熔体延展性好的聚4‑甲基‑1‑戊烯先与高分子量聚乙烯混合挤出制备出熔体增强改性剂，与超高分子量聚乙烯、抗氧剂混合，在单螺杆挤出机上快速挤出成型管材，生产效率较现有技术提高3‑5倍，所制得的管材具有优异的机械性能，可满足矿山等输送浆体物料的高耐磨耐冲击需求。该方法具备简便、成本低，具有良好发展前景。
Description
技术领域
本发明属于材料复合技术领域，涉及一种快速成型超高分子量聚乙烯管及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯是一种分子量极高的热塑性工程塑料，它的分子结构和普通聚乙烯相同，普通聚乙烯的分子量一般几十万，而超高分子量聚乙烯的粘均分子量达到150～1000万。随着分子量的大幅度升高，高度缠结的分子链段赋予其优异的力学性能，摩擦系数小，磨耗低，耐化学药品、耐冲击、耐低温、自润滑性、抗结垢性、耐应力开裂性及卫生性优良，被称为“令人惊异的塑料”，其耐磨性居塑料之首。
但也是由于超高分子量聚乙烯分子链高度缠结，使得超高分子量聚乙烯熔体在很高的温度下业无流动性，临界剪切速率低，熔体容易剪切破裂，无法实现螺杆挤出成型。因此开发出高效的超高分子量聚乙烯熔体抗剪切破裂技术，提升超高分子量聚乙烯熔体的临界剪切速率与加工性能成为研究重点。
现有的超高分子量聚乙烯管材硬顶挤出方法生产效率低、应用范围有限；而熔融挤出改性超高分子量聚乙烯管材方法虽然技术先进，但是对于超大型管材，需要投入高成本的定型切割等辅机成套设备，不利于一次性工程需求管材的投产。基于以上原因，本技术开发了新型快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，既可以实现超高分子量聚乙烯管材制品的相对高效挤出，又能降低硬件设备的投资规模，显著提升了超高分子量聚乙烯管材产品的竞争力。
发明内容
本发明公开了一种快速成型超高分子量聚乙烯管及其制备方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种快速成型超高分子量聚乙烯管：按重量份将100份超高分子量聚乙烯、1-20份熔体强度改性剂、0.1-2份抗氧剂高速混合，然后将混合物用单螺杆挤出机快速挤出成型管材。
所述的超高分子量聚乙烯为粘均分子量150万-1000万的聚乙烯。
所述的熔体增强改性剂为聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯的混合物，聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯质量比为8:2～2:8。
所述的聚4-甲基-1-戊烯的粘均分子量为5万-30万。
所述的高分子量聚乙烯为粘均分子量50万-100万的聚乙烯。
所述的聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯混合物按质量比为8:2～2:8高速混合混合时间为10-30分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200-300微米粉末。
一种快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料及管材的制备方法聚乙烯管材的制备方法，该方法按重量份将将100份超高分子量聚乙烯、1-20份熔体强度改性剂、0.1-2份抗氧剂高速混合，混合时间为5-30分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料。
将快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料用于单螺杆挤出机挤出管材，具体步骤为：将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为245℃-255℃，管材直径10-1500毫米，挤出成型速度1米/小时-100米/小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明首次将熔体延展性好的聚4-甲基-1-戊烯先与高分子量聚乙烯混合挤出制备出熔体增强改性剂，与超高分子量聚乙烯、抗氧剂混合，在单螺杆挤出机上快速挤出成型管材，生产效率较现有技术提高3-5倍，所制得的管材具有优异的机械性能，可满足矿山等输送浆体物料的高耐磨耐冲击需求。该方法具备简便、成本低，具有良好发展前景。
附图说明
图1为本发明一种快速成型超高分子量聚乙烯管的制备方法流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种快速成型超高分子量聚乙烯管，该快速成型超高分子量聚乙烯管材料的各个组分的份数为：
超高分子量聚乙烯：100份，
熔体强度改性剂：1-20份，
抗氧剂：0.1-2份。
所述超高分子量聚乙烯为粘均分子量150万-1000万的聚乙烯。
所述的熔体增强改性剂为聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯的混合物。
聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯质量比为8:2～2:8。
所述的聚4-甲基-1-戊烯的粘均分子量为5万-30万，所述的高分子量聚乙烯为粘均分子量50万-100万的聚乙烯。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076。
如图1所示，本发明提供一种制备上述快速成型超高分子量聚乙烯管的方法，S1)按照设计组份分别称取各个组份，
S2)将聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯混合后，制备得到熔体增强改性剂，
S3)将S2)得到的熔体增强改性剂与超高分子量聚乙烯和抗氧化剂，混合时间为5-30分钟，
S4)将S3)混合后的物料通过单螺杆挤出机挤出，即得到快速成型超高分子量聚乙烯管。
所述S2)具体制备工艺为：
将聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯混合物按质量比为8:2～2:8高速混合混合时间为10-30分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200-300微米粉末。
所述S3)的具体步骤为：将混合好的物料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为245℃-255℃，管材直径10-1500毫米，挤出成型速度1米/小时-100米/小时。
所述快速成型超高分子量聚乙烯管的简支梁冲击强度不小于55MPa,屈服强度不小于19.7MPa，拉伸强度不小于30.2MPa，断裂伸长率不小于285％，磨耗不小于0.7％，摩擦系数不小于0.055。
实施例1
将粘均分子量5万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量50万的高分子量聚乙烯按质量比为8:2高速混合混合时间为10分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量300万的超高分子量聚乙烯、10份上述熔体强度改性剂、0.1份抗氧剂1010高速混合，混合时间为5分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为245℃，管材直径1000毫米，挤出成型速度5米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例2
将粘均分子量10万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量70万的高分子量聚乙烯按质量比为7:3高速混合混合时间为20分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到250微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量400万的超高分子量聚乙烯、15份上述熔体强度改性剂、1份抗氧剂1076高速混合，混合时间为20分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为250℃，管材直径700毫米，挤出成型速度10米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例3
将粘均分子量20万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量80万的高分子量聚乙烯按质量比为6:4高速混合混合时间为30分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到300微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量150万的超高分子量聚乙烯、20份上述熔体强度改性剂、2份抗氧剂1010高速混合，混合时间为30分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为255℃，管材直径1500毫米，挤出成型速度1米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例4
将粘均分子量15万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量60万的高分子量聚乙烯按质量比为5:5高速混合混合时间为15分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量250万的超高分子量聚乙烯、5份上述熔体强度改性剂、0.2份抗氧剂1010高速混合，混合时间为15分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为245℃，管材直径400毫米，挤出成型速度20米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例5
将粘均分子量30万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量90万的高分子量聚乙烯按质量比为6:4高速混合混合时间为25分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到250微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量500万的超高分子量聚乙烯、4份上述熔体强度改性剂、0.5份抗氧剂1076高速混合，混合时间为30分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为245℃，管材直径200毫米，挤出成型速度25米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例6
将粘均分子量16万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量80万的高分子量聚乙烯按质量比为4:6高速混合混合时间为10分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量200万的超高分子量聚乙烯、18份上述熔体强度改性剂、0.9份抗氧剂1076高速混合，混合时间为15分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为250℃，管材直径1200毫米，挤出成型速度2.5米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例7
将粘均分子量8万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量65万的高分子量聚乙烯按质量比为8:2高速混合混合时间为10分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量600万的超高分子量聚乙烯、1份上述熔体强度改性剂、1.5份抗氧剂1010高速混合，混合时间为25分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为255℃，管材直径10毫米，挤出成型速度100米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例8
将粘均分子量25万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量100万的高分子量聚乙烯按质量比为3:7高速混合混合时间为22分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到250微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量700万的超高分子量聚乙烯、12份上述熔体强度改性剂、1.7份抗氧剂1010高速混合，混合时间为10分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为255℃，管材直径55毫米，挤出成型速度80米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例9
将粘均分子量15万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量55万的高分子量聚乙烯按质量比为2:8高速混合混合时间为14分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到300微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量800万的超高分子量聚乙烯、16份上述熔体强度改性剂、1.2份抗氧剂1076高速混合，混合时间为15分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为250℃，管材直径75毫米，挤出成型速度65米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例10
将粘均分子量27万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量75万的高分子量聚乙烯按质量比为5:5高速混合混合时间为28分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量550万的超高分子量聚乙烯、8份上述熔体强度改性剂、0.7份抗氧剂1010高速混合，混合时间为27分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为250℃，管材直径100毫米，挤出成型速度50米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例11
将粘均分子量12万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量70万的高分子量聚乙烯按质量比为6:4高速混合混合时间为15分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到300微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量900万的超高分子量聚乙烯、15份上述熔体强度改性剂、0.4份抗氧剂1010高速混合，混合时间为15分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为245℃，管材直径150毫米，挤出成型速度35米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
实施例12
将粘均分子量7万的聚4-甲基-1-戊烯和粘均分子量55万的高分子量聚乙烯按质量比为7:3高速混合混合时间为20分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到250微米粉末，得到熔体强度改性剂。
按重量份将100份粘均分子量1000万的超高分子量聚乙烯、3份上述熔体强度改性剂、1.0份抗氧剂1076高速混合，混合时间为305分钟，得到快速成型超高分子量聚乙烯管材专用料，将耐高温耐磨聚烯烃管材专用料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为255℃，管材直径30毫米，挤出成型速度40米/小时。
管材的各项性能指标见表1。
表1实施例管材力学性能
以上对本申请实施例所提供的一种快速成型超高分子量聚乙烯管及其制备方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (6)
1.一种快速成型超高分子量聚乙烯管，其特征在于，该快速成型超高分子量聚乙烯管材料的各个组分的份数为：超高分子量聚乙烯：100份，熔体增强改性剂：1-20份，抗氧剂：0.1-2份；
所述超高分子量聚乙烯为粘均分子量150万-1000万的聚乙烯；
所述的熔体增强改性剂为聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯的混合物；所述聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯质量比为8:2～2:8；所述的聚4-甲基-1-戊烯的粘均分子量为5万-30万，所述的高分子量聚乙烯为粘均分子量50万-100万的聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的快速成型超高分子量聚乙烯管，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076。
3.一种制备如权利要求1-2任意一项所述快速成型超高分子量聚乙烯管的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
S1)按照设计组份分别称取各个组份，
S2)将聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯混合后，制备得到熔体增强改性剂，
S3)将S2)得到的熔体增强改性剂与超高分子量聚乙烯和抗氧剂混合，混合时间为5-30分钟，S4)将S3)混合后的物料通过单螺杆挤出机挤出，即得到快速成型超高分子量聚乙烯管。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2)具体制备工艺为：将聚4-甲基-1-戊烯和高分子量聚乙烯混合物按质量比为8:2～2:8高速混合，混合时间为10-30分钟，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度250℃，再将粒子液氮粉碎到200-300微米粉末。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S4)的具体步骤为：将混合好的物料放入单螺杆挤出机中挤出成型，挤出温度为245℃-255℃，管材直径10-1500毫米，挤出成型速度1米/小时-100米/小时。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述快速成型超高分子量聚乙烯管的简支梁冲击强度不小于55MPa,屈服强度不小于19.7MPa，拉伸强度不小于30.2MPa，断裂伸长率不小于285％，磨耗不小于0.7％，摩擦系数不小于0.055。
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