CN1256368C - 辐照技术提高超高分子量聚乙烯加工流动性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用辐照技术提高超高分子量聚乙烯加工流动性的方法。在室温下空气中对超高分子量聚乙烯进行辐照，辐照剂量为10～100KGY，辐照时间为10分钟～100小时，使超高分子量聚乙烯发生断链反应，分子量降低，分子链缠结减弱，分子链上引入了含氧极性基团，将辐照后的超高分子量聚乙烯100重量份与无机填料1～10重量份加入高速混合机内混合均匀后，用双螺杆挤出机挤，在温度220～250℃挤出造粒，获得改善了加工流动性的超高分子量聚乙烯材料。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种采用辐照技术提高超高分子量聚乙烯加工流动性的方法，属于聚合物加工领域。
二、背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能十分优异的热塑性工程塑料。它具有其它工程塑料所无可比拟的抗冲击性、耐磨损性、耐应力开裂及自润滑等性能，用途非常广泛。超高分子量聚乙烯的分子结构和高密度聚乙烯(HDPE)相似，但分子链很长，粘均分子量一般在150万以上，重均分子量超过300万。由于分子链很长，超高分子量聚乙烯非常容易发生链缠结，熔体粘度高达108Pa.s，流动速率几乎为零；此外，超高分子量聚乙烯熔体的临界剪切速率低，当剪切速率超过0.01s-1时就会发生熔体破裂，因此难以采用常规的挤出和注射成型方法进行加工。如何有效地解决超高分子量聚乙烯的加工问题，一直是世界各国竞相研究的难题。
将超高分子量聚乙烯和其它流动性较好的树脂进行共混，以降低熔体粘度，是目前改善超高分子量聚乙烯流动性最常用的方法，与超高分子量聚乙烯进行共混的聚合物主要有高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)等。超高分子量聚乙烯化学结构虽然与其它的聚乙烯相近，但在一般的共混设备和条件下，共混体系难以形成均匀分散，在加工过程中容易分层，各组分各自结晶。此外，加入其它种类的聚乙烯以后，不可避免地造成超高分子量聚乙烯抗冲击强度、耐磨性等物理机械性能的降低；层状硅酸盐的片层之间结合力较弱，摩擦系数很小，片层之间可以滑动，加入后可以提高超高分子量聚乙烯的流动性。但由于超高分子量聚乙烯熔体粘度较高，且二者极性相差较大，因此层状硅酸盐不容易分散均匀，共混体系的力学性能恶化；另一种改善超高分子量聚乙烯流动性的方法是加入流动改性剂。流动改性剂的作用是促进大分子链解缠，并在大分子间起润滑作用，改进分子链间的能量传递，从而使得链段容易滑动，流动性得到改善。由于超高分子量聚乙烯分子结构中原子呈对称排列，具有较好的自润滑性，而且超高分子量聚乙烯熔融状态的粘度很高，容易粘附在加工设备上，因此聚乙烯常用的润滑剂应用到超高分子量聚乙烯时仅仅起外润滑的作用，要使超高分子量聚乙烯的长链在加工时较快解缠并熔融流动，还需要加入其它组分添加剂，这种方法比较复杂。超高分子量聚乙烯的加工一直是一个世界性的难题。
中国专利1191230A公开的是挤出和注射级超高分子量聚乙烯专用料的制备方法，该方法是在超高分子量聚乙烯中加入一定重量百分比的液晶高分子、抗氧化剂和添加剂，进行共混合后干燥，最后生产出能直接用于挤出和注射的超高分子量聚乙烯专用料。由该专利公开的内容可知，该专用料的配方较复杂。
中国专利245179A公开的是一种可用挤出法进行加工的超高分子量聚乙烯组合物。它是由100～400万超高分子量聚乙烯、十氢化萘、低分子量聚乙烯、酰胺类润滑剂和纳米级二氧化硅或三氧化二铝在60±5℃下，混合而成。由该专利公开的内容可知，该组合物的配方较复杂。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种辐照技术提高超高分子量聚乙烯加工流动性的方法，其特点是将超高分子量聚乙烯进行辐照，使超高分子量聚乙烯分子适度断链，分子量略有降低，分子链缠结减弱，分子链上引入含氧极性基团，改善超高分子量聚乙烯与无机填料共混体系的相容性，在不影响力学性能的基础上，提高超高分子量聚乙烯的流动性。
本发明的目的由以下技术措施来实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
1.超高分子量聚乙烯的辐照
在室温下空气中对超高分子量聚乙烯进行辐照，辐照剂量为10～100kGy，辐照时间为10分钟～100小时。使超高分子量聚乙烯发生断链反应，分子量降低，分子链缠结减弱，分子链上引入含氧基团。
2.辐照超高分子量聚乙烯与无机填料的共混
将辐照超高分子量聚乙烯100重量份和无机填料1～10重量份，加入高速混合机内混合均匀后，用双螺杆挤出机，在温度分别为230～250℃、230～250℃、230～250℃、230～250℃，机头温度230～250℃挤出造粒，获得改善了加工流动性的超高分子量聚乙烯材料。
无机填料为滑石、云母、高岭土或玻璃微珠中的任一种，
本发明具有如下优点：工艺简单，操作简便，成本较低，改性的超高分子量聚乙烯具有优良的综合性能，详见表1所示。
四、具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例：
1.在室温下空气中，采用JJ-2型静电加速器对超高分子量聚乙烯进行辐照，辐照剂量为80kGy，辐照时间为13.3分钟。再将辐照超高分子量聚乙烯10kg与云母0.5kg加入高速混合机混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒，各段温度分别为220℃、230℃、230℃、230℃，机头温度230℃，获得改善了加工流动性的超高分子量乙烯材料。
2.在室温下空气中，采用圆柱体式Co60γ射线源对超高分子量聚乙烯进行辐照，辐照剂量为50kGy，辐照时间为50小时，再将辐照超高分子量聚乙烯10kg与滑石0.15kg加入高速混合机混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒，各段温度分别为220℃、240℃、240℃、240℃，机头温度240℃，获得改善了加工流动性的超高分子量乙烯材料。
3.在室温下空气中，采用圆柱体式Co60γ射线源对超高分子量聚乙烯进行辐照，辐照剂量为100kGy，辐照时间为100小时。再将辐照超高分子量聚乙烯10kg与高岭土0.9kg加入高速混合机混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒，各段温度分别为220℃、235℃、235℃、235℃，机头温度235℃，获得改善了加工流动性的超高分子量乙烯材料。
表1 采用本发明改性的超高分子量聚乙烯的性能
| 试样 | 拉伸屈服强度(MPa) | Izod缺口冲击强度(J/m) | 断裂伸长率(％) | 熔体流动速率*(g/10min) |
| 超高分子量聚乙烯本发明改性-1本发明改性-2本发明改性-3本发明改性-4 | 26.028.528.731.1 | ＞1000＞1000＞1000＞1000＞1000 | 364597＞900＞900346 | 00.370.40.51.14 |
*熔体流动速率测试条件：测试温度为250℃，载荷为10kg。
Claims (2)
1.辐照技术提高超高分子量聚乙烯加工流动性的方法，其特征在于：
(1)超高分子量聚乙烯的辐照
在室温下空气中对超高分子量聚乙烯进行辐照，辐照剂量为10～100kGy，辐照时间为10分钟～100小时，使超高分子量聚乙烯发生断链反应，分子量降低，分子链缠结减弱，分子链上引入含氧基团，
(2)辐照超高分子量聚乙烯与无机填料的共混
将辐照超高分子量聚乙烯100重量份与无机填料1～10重量份加入高速混合机内混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机各段温度分别为230～250℃、230～250℃、230～250℃、230～250℃，机头温度230～250℃，获得改善了加工流动性的超高分子量聚乙烯材料。
2.按照权利要求1所述辐照技术提高超高分子量聚乙烯加工流动性的方法，其特征在于无机填料为滑石、云母、高岭土或玻璃微珠中的任一种。
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