CN114409987A

CN114409987A - 一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法

Info

Publication number: CN114409987A
Application number: CN202111641929.9A
Authority: CN
Inventors: 施金周
Original assignee: Yangzhong Changlong Pipe Co ltd
Current assignee: Yangzhong Changlong Pipe Co ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-29

Abstract

本发明公开了一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法，超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、耐高温材料、润滑剂和填料，其中，耐高温材料为硅藻土和滑石粉中的至少一种；超高分子量聚乙烯的质量分数为1.5～8%，高密度聚乙烯的质量分数为1.5～8%，马来酸酐接枝聚乙烯的质量分数为1.5～8%，耐高温材料的含量为10～30%，润滑剂的含量为1～10%，填料的含量为5～20%硅藻土和滑石粉的填充都明显改善了UHMWPE的耐热性能。当质量分数为10%时，硅藻土和滑石粉的填充UHMWPE材料的维卡软化温度都达到135℃以上；当质量分数为30%时，硅藻土和滑石粉的填充UHMWPE材料的维卡软化温度都达到140℃以上，增加了超高分子量聚乙烯复合管材的使用环境。

Description

一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法

技术领域

本发明属于超高分子量聚乙烯复合管材技术领域，具体涉及一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)，是分子量150 万以上的聚乙烯，它具有优良的耐磨性、耐冲击性、耐吸水性、极好的降噪和屏蔽性能。随着人们对这种新材料的认识，生产和生活中对它的需求越来越多，它的应用领域和范围不断拓宽。它除了有防腐防锈耐低温绝缘等特性以外，还具有许多金属材料不可比拟的优点，所以生产生活中超高分子量聚乙烯使用广泛。它可以代替金属被用于加工制造领域，目前在机械行业、医疗行业和化工行业应用广泛，其他行业比如纺织、包装、体育、采矿等领域也得到大量的使用。超高分子量聚乙烯的流动性和耐高温型性能比较差，它的热变形温度一般在85℃左右，这使超高分分子量聚乙烯制品在高温环境下应用受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法，以解决现有的超高分子量聚乙烯复合管材热变形温度低，高温下易变形的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐高温超高分子量聚乙烯，所述耐高温超高分子量聚乙烯包含：超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、耐高温材料、润滑剂和填料，其中，所述耐高温材料为硅藻土和滑石粉中的至少一种；

所述超高分子量聚乙烯的质量分数为1.5～8%，所述高密度聚乙烯的质量分数为1.5～8%，所述马来酸酐接枝聚乙烯的质量分数为1.5～8%，所述耐高温材料的含量为10～30%，所述润滑剂的含量为1～10%，所述填料的含量为5～20%。

优选的，所述超所述超高分子量聚乙烯的质量分数为2.5～5%，所述高密度聚乙烯的质量分数为2.5～5%，所述马来酸酐接枝聚乙烯的质量分数为2.5～5%，所述耐高温材料的含量为15～25%，所述润滑剂的含量为3-7%，所述填料的含量为10～15%。

优选的，所述超高分子量聚乙烯管的热膨胀系数为(1.2～1.4)×10 -4 /℃。

优选的，所述耐高温超高分子量聚乙烯复合管材由权利要求1-3中任意一项制成。

一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材的制备方法，

S1,用表面活性剂对耐高温材料进行改性，将耐高温材料加入到无水乙醇中，超声处理，加入表面活性剂，再次超声处理，干燥后得到表面改性耐高温材料；表面活性剂为长链脂肪族胺、烷基胺中的一种；

S2,将超高分子量聚乙烯粉末均匀铺平，采用惰性气体混合低温等离子体对超高分子量聚乙烯进行等离子体处理，使超高分子量聚乙烯粉末表面张力不低于62dyn/cm；

S3,将所得表面改性耐高温材料和步骤所得等离子体表面处理的超高分子量聚乙烯在高速混料机中进行混合，得到超高分子量聚乙烯与耐高温材料混合粉末, 先将上S2所得等离子体表面处理的超高分子量聚乙烯与步骤S1所得表面改性耐高温材料在2000-3000rpm转速下混合5-8 min；将钛酸酯偶联剂加入到无水乙醇中，摇匀得到混合溶液，将二硫化钼加入混料机中，将混合溶液喷洒在二硫化钼表面，搅拌均匀后取出物料，干燥后得到预处理二硫化钼；然后加入预处理二硫化钼和二甲基硅油在2000-3000 rpm转速下继续混合5-8min；在整个混合过程中控制物料温度不高于95℃；

S4，将所得超高分子量聚乙烯与耐高温材料混合粉末进行热压成型，即得所述超高分子量聚乙烯与耐高温材料复合材料；

S5, 将所述超高分子量聚乙烯组合物中的各组分进行熔融共混，混炼、挤出定型和拉伸成型,并挤出造粒。

优选的，所述熔融共混的温度为230～280℃；所述混炼的温度为285～335℃；所述挤出定型采用的模具共分为三次加热，所述第一次加热的温度为270～290℃，所述第二次加热加热的温度为240～270℃，所述第三次加热的温度为210～240℃。

优选的，所述润滑剂为高分子蜡；所述填料为氧化锌和白炭黑中的至少一种，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为250万～350万；所述高密度聚乙烯在200℃、2.16kg的熔融指数为0.3～8g/10min。

本发明的技术效果和优点：该耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法，硅藻土和滑石粉的填充都明显改善了UHMWPE 的耐热性能。当质量分数为10% 时，硅藻土和滑石粉的填充UHMWPE材料的维卡软化温度都达到135℃以上；当质量分数为30% 时，硅藻土和滑石粉的填充UHMWPE 材料的维卡软化温度都达到140℃以上，增加了超高分子量聚乙烯复合管材的使用环境，且常规溶剂水的沸点为100℃，超高分子量聚乙烯的流动性和耐高温型性能比较差，它的热变形温度一般在85℃左右，而加入了硅藻土和滑石粉改性后的超高分子量聚乙烯解决了这一问题，大大增加了超高分子量聚乙烯复合管材的综合使用环境。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法，一种耐高温超高分子量聚乙烯，所述耐高温超高分子量聚乙烯包含：超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、耐高温材料、润滑剂和填料，其中，所述耐高温材料为硅藻土和滑石粉中的至少一种；选用超高分子量聚乙烯的质量分数为5%，所述高密度聚乙烯的质量分数为5%，所述马来酸酐接枝聚乙烯的质量分数为5%，所述耐高温材料的含量为20%，所述润滑剂的含量为5%，所述填料的含量为10%。润滑剂为高分子蜡；填料为氧化锌，超高分子量聚乙烯的黏均分子量为300万～320万；所述高密度聚乙烯在200℃、2.16kg的熔融指数为3.5g/10min。

通过如下方法制备： S1,用表面活性剂对耐高温材料进行改性，将耐高温材料加入到无水乙醇中，超声处理，加入表面活性剂，再次超声处理，干燥后得到表面改性耐高温材料；表面活性剂为长链脂肪族胺；

S2,将超高分子量聚乙烯粉末均匀铺平，采用惰性气体混合低温等离子体对超高分子量聚乙烯进行等离子体处理，使超高分子量聚乙烯粉末表面张力70-72dyn/cm；

S3,将所得表面改性耐高温材料和步骤所得等离子体表面处理的超高分子量聚乙烯在高速混料机中进行混合，得到超高分子量聚乙烯与耐高温材料混合粉末, 先将上S2所得等离子体表面处理的超高分子量聚乙烯与步骤S1所得表面改性耐高温材料在2500 rpm转速下混合7 min；将钛酸酯偶联剂加入到无水乙醇中，摇匀得到混合溶液，将二硫化钼加入混料机中，将混合溶液喷洒在二硫化钼表面，搅拌均匀后取出物料，干燥后得到预处理二硫化钼；然后加入预处理二硫化钼和二甲基硅油在2500 rpm转速下继续混合7min；在整个混合过程中控制物料温度95℃；

S5, 将所述超高分子量聚乙烯组合物中的各组分进行熔融共混，温度为250℃，混炼温度为305℃、挤出定型和拉伸成型,并挤出造粒，所述挤出定型采用的模具共分为三次加热，所述第一次加热的温度为280℃，所述第二次加热加热的温度为260℃，所述第三次加热的温度为240℃。

实施例2

超高分子量聚乙烯（简称UHMWPE),平均分子量约为150万以上,热变形温度是85℃，熔点为130℃，密度大于0.950克/立方厘米，市场购买；

硅藻土的化学成分主要是二氧化硅，含有少量的三氧化二铝、氧化钙、氧化镁和有机质等。密度2.0-2.3g/cm3,熔点1700℃-1750℃，细度大于330目，市场购买；

滑石粉是硅酸镁盐类矿物滑石族滑石，主要成分为含水硅酸镁，经粉碎后，用盐酸处理，水洗，干燥而成。滑石粉的熔点是8000℃左右,细度1350目；

无水乙醇，市场购买。

将超高分子量聚乙烯、硅藻土和滑石粉分别进行干燥预处理，把硅藻土和滑石粉材料分别按质量分数10%、20% 和30% 与超高分子量聚乙烯纯料混合,得到不同质量分数配比的改性材料。然后把配方材料研磨分散均匀，适量加入无水乙醇，装填到模具中。平板硫化机升温致210℃，把装好料的模

具放到平板硫化机上预热25min；控制压力1MPa，在此下条件下，保温保压25min；保温保压结束后开模，在模压机上随模冷却到100℃左右，然后用水急速冷却，最终制成相应尺寸的试样。由于各种材料的物理和化学性质不同，模压成型制得的试样可能存在成型缺陷，所以在模压成型的过程中必须将不

合格的试样排除。

维卡软化点按GB/T1633-2000 测试,负载为5kg,升温速率(45±5)oC/h；

质量分数填充材料	0	10%	20%	30%
					硅藻土	115	135.9	141.2	145.7
滑石粉	115	135.2	140.7	145.3

表1 填料改性UHMWPE的维卡软化点（℃）

实验测得超高分子量聚乙烯纯料的维卡软化点为115℃，当填料所占质量分数为10% 时，维卡软化点都提高到135℃以上,提高20℃左右。当填料所占质量分数为30% 时，维卡软化点都提高到145℃以上,提高30℃左右。硅藻土、滑石粉这两种填料在填充不同质量分数时对超高分子量聚乙烯维卡软化点的改变趋势大致相似。在填料所占质量分数10% 时对维卡软化点的影响很明显，比纯料的维卡软化点提高较多。随着填料含量的增加，材料的维卡软化点呈逐渐增加的趋势。

该耐高温超高分子量聚乙烯复合管材及其制备方法，硅藻土和滑石粉的填充都明显改善了UHMWPE 的耐热性能。当质量分数为10% 时，硅藻土和滑石粉的填充UHMWPE材料的维卡软化温度都达到135℃以上；当质量分数为30% 时，硅藻土和滑石粉的填充UHMWPE 材料的维卡软化温度都达到140℃以上，增加了超高分子量聚乙烯复合管材的使用环境，且常规溶剂水的沸点为100℃，超高分子量聚乙烯的流动性和耐高温型性能比较差，它的热变形温度一般在85℃左右，而加入了硅藻土和滑石粉改性后的超高分子量聚乙烯解决了这一问题，大大增加了超高分子量聚乙烯复合管材的综合使用环境。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐高温超高分子量聚乙烯，其特征在于，所述耐高温超高分子量聚乙烯包含：超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、耐高温材料、润滑剂和填料，其中，所述耐高温材料为硅藻土和滑石粉中的至少一种；

2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述超所述超高分子量聚乙烯的质量分数为2.5～5%，所述高密度聚乙烯的质量分数为2.5～5%，所述马来酸酐接枝聚乙烯的质量分数为2.5～5%，所述耐高温材料的含量为15～25%，所述润滑剂的含量为3-7%，所述填料的含量为10～15%。

3.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯管，其中，所述超高分子量聚乙烯管的热膨胀系数为(1.2～1.4)×10 -4 /℃。

4.一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材，其特征在于，所述耐高温超高分子量聚乙烯复合管材由权利要求1-3中任意一项制成。

5.根据权力要求4所述的一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：

S3,将所得表面改性耐高温材料和步骤所得等离子体表面处理的超高分子量聚乙烯在高速混料机中进行混合，得到超高分子量聚乙烯与耐高温材料混合粉末, 先将上S2所得等离子体表面处理的超高分子量聚乙烯与步骤S1所得表面改性耐高温材料在2000-3000 rpm转速下混合5-8 min；将钛酸酯偶联剂加入到无水乙醇中，摇匀得到混合溶液，将二硫化钼加入混料机中，将混合溶液喷洒在二硫化钼表面，搅拌均匀后取出物料，干燥后得到预处理二硫化钼；然后加入预处理二硫化钼和二甲基硅油在2000-3000 rpm转速下继续混合5-8min；在整个混合过程中控制物料温度不高于95℃；

6.根据权力要求4所述的一种耐高温超高分子量聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述熔融共混的温度为230～280℃；所述混炼的温度为285～335℃；所述挤出定型采用的模具共分为三次加热，所述第一次加热的温度为270～290℃，所述第二次加热加热的温度为240～270℃，所述第三次加热的温度为210～240℃。

7.根据权利要求1或2所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述润滑剂为高分子蜡；所述填料为氧化锌和白炭黑中的至少一种，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为250万～350万；所述高密度聚乙烯在200℃、2.16kg的熔融指数为0.3～8g/10min。