CN1428370A - 有机硅／超高分子量聚乙烯共混料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高分子量聚乙烯共混料及其制备方法，置备如下重量百分比的原料：超高分子量聚乙烯85－95％、聚硅氧烷3－15％、抗氧剂0.2－2％；将上述原料混合、搅拌均匀，在真空干燥箱内40－60℃烘干5－7小时，将经干燥的原料进行挤出造粒，其进料段的温度为200－240℃，压缩段的温度为240－260℃，均化段的温度280－320℃，出口的温度为250－300℃。这种共混料由于加入有机硅作为改性剂，可大大提高加工流动性，使之应用于挤出料和注射料，实现用注射机加工成任何注塑件，制造各种机械零部件等；在各种食品和医药设备部件、各种装配流水线可代替原用塑料部件和金属部件；体育器材以及外科用假肢、人工关节等，挤出为各种板材、管材以及压延成片材和中空吹型成各种容器等，应用十分广泛。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及高聚物及其成型加工技术领域，更具体地说，涉及一种挤出和注射级有机硅/超高分子量聚乙烯共混料及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(以下简称UHMWPE)是一种综合性能十分优异的热塑性工程塑料。因其具有超强的耐磨性(是钢铁的8-9倍、尼龙的4倍、黄铜的27倍)；优异的耐冲击性(是聚碳酸酯的2倍、ABS的5倍、聚甲醛的15倍)，尤其难得的是在液氮-196℃中仍保持其优异的冲击强度；优良的耐药性和耐腐蚀性，可与聚四氟乙烯相媲美，在一定的温度和浓度范围内，可耐各种腐蚀性液体和有机溶剂；摩擦系数低(其动摩擦系数为0.1-0.22)，是理想的自润滑材料；极好的消音性和无毒性等优点，因而在世界范围内倍受人们的青睐，其应用范围十分广泛。
但是，由于UHMWPE的熔融黏度极高(达109Pa.S)，流动性能极差——其融体的熔融指数几乎为零。所以，很难直接进行挤出和注射加工成型，这是因为：
1.UHMWPE的黏度极高，不成粘流态，而是处于高粘弹态。所以在常规螺杆挤出机和注射机上加工时，物料很难沿螺杆推进，而是包住螺杆一起旋转，陷入不能挤出的状态，形成“料塞”；
2.UHMWPE的摩擦系数极低，使粉料在进料过程中极易打滑，不易进料；
3.UHMWPE的临界剪切速率很低，约10-2/S，在挤出成型时会造成融体破裂，在注射成型时会由于出现喷射流状态而引起气孔和脱层现象；
4.成型温度范围窄，极易氧化降解。
由于UHMWPE的加工存在上述难点，所以，现有的加工技术一般是采用间歇式模压烧结成型工艺，以简单的板材和棒材，再进行二次机械加工成制品。从而限制这种优异材料的工业化应用。虽然近年来国外开始研究设计大功率的挤出机和注射机，如日本三井公司的高压、高速注射机，其注射压力达290Mpa，可以注射小型制品，但设备昂贵、能耗高，难以加工大型制品和工业化使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种用于挤出和注射的超高分子量聚乙烯共混料及其制备方法，不但能极大地改善超高分子量聚乙烯的加工流动性，同时能显著降低加工设备的能量消耗。
本发明的上述技术问题是这样解决的，构造一种超高分子量聚乙烯共混料，采用独特的有机硅改性剂与超高分子量聚乙烯进行共混，生产出能直接进行挤出和注射的超高分子量聚乙烯专用料，其特征在于，所述共混料包含超高分子量聚乙烯85-97％，有机硅3-15％，抗氧剂0.2-2％。
本发明另一个技术问题是这样解决的，构造一种适合于挤出和注射的超高分子量聚乙烯专用料的制备方法，包括以下步骤：将原料以如下的重量百分比混匀：超高分子量聚乙烯85-97％、有机硅3-15％、抗氧剂0.2-2％；将上述混合物搅拌均匀，在真空干燥箱内40-60℃烘干5-7小时；将上述干燥后的原料进行挤出造粒，其挤出温度为：进料段：200-240℃，压缩段：240-260℃，均化段：260-320℃，出口：250-300℃。
在上述按照本发明提供的有机硅/超高分子量聚乙烯共混专用料及其制备方法中，所述有机硅是聚硅氧烷。
在上述按照本发明提供的有机硅/超高分子量聚乙烯共混专用料及其制备方法中，所述抗氧剂是以下中的一种：抗氧剂1010或B215等酚类抗氧剂。
实施本发明提供的有机硅/超高分子量聚乙烯共混专用料及其制备方法，由于在超高分子量聚乙烯中加入有机硅作为改性剂，可以极大地改善UHMWPE的加工流动性。用本发明材料制成的注射料，可方便的用注射机加工成任何注塑件。可用于制造各种机械零部件(如轴套)，阀门、泵壳、叶轮、托辊等；低温冷冻机械和核工业耐低温部件以及防辐射遮蔽装置等；在各种食品和医药设备部件、各种装配流水线可代替原用塑料部件和金属部件，以及外科用假肢、人工关节等，应用十分广泛。
具体实施方式
本发明所使用的改性剂为聚硅氧烷(Silicones)，俗称“有机硅”。有机硅具有有机聚合物和无机聚合物的特性，因而在性能上有许多独特之处。与其它高分子材料相比，有机硅的最突出性能是：
1.优良的耐温性
一般高分子合成材料大多数是以碳—碳(C-C)键为主链结构，如PP、PE、丁苯橡胶等，而有机硅是以碳—氧(Si-O)键为主链结构，Si-O键的键能比C-C键的键能高(C-C键能/KJ·Mol-1为344.4，Si-O键能/KJ·Mol-1为504.6)，所以，有机硅产品的热稳定性较高(一般为200℃以上)。有机硅产品的热稳定性还表现在燃烧时生成不燃的二氧化碳而自熄。
2.优异的耐候性
有机硅产品的主链为Si-O-Si，无双键存在，因此不易受紫外光和臭氧的分解。Si-O-Si键的键长大约是C-C键键长的1倍半，使其具有比其它高分子合成材料更好的热稳定性及耐辐照和耐候性能。
3.优良的电绝缘性和优异的憎水性
4.良好的生理惰性
聚硅氧烷化合物是已知的最无活性的化合物之一，十分耐生物老化和无毒性。
5.极好的表面张力和表面能
有机硅的主链十分柔顺，链的柔顺性可由围绕Si-O键旋转的能量来衡量。在PVC中围绕C-C键所旋转的能量是13.76KJ/mol；在聚四氟乙烯中，这个能量大于19.60KJ/mol，而在围绕Si-O键旋转所需的能量几乎为零。
6.融体黏度低，成型加工流动性好。
由于以上优异性能，有机硅不仅可以作为一种基础材料、结构材料，更主要的是可以作为补助剂或与其它材料共用或改善其它材料的工艺性能。
在本发明中，将有机硅改性剂用于超高分子量聚乙烯中，其加入量一般为总量的3-15％。而在本发明中使用的抗氧剂可以是抗氧剂1010，或B215等酚类抗氧剂，其加入量，一般为原料混合组分的0.1-2％。本发明的第一实施例：
将90份的超高分子量聚乙烯粉与10份有机硅改性剂以及0.5份抗氧剂1010混合均匀，在50℃烘干箱内烘干6小时左右，用单螺杆或双螺杆挤出机进行造粒，样条热切或经水冷却后切粒。工艺条件如下：超高分子量聚乙烯专用料挤出温度 表1
| I.加料段℃ | II.压缩段℃ | III.均化段℃ | IV.出口℃ |
| 200 | 240 | 280 | 250 |
所制得专用料的拉伸屈服强度MPa：22.92，拉伸断裂强度MPa：35.01，冲击强度KJ/m2：不断，动摩擦系数：0.05。本发明的第二实施例
将92份超高分子量聚乙烯粉与8份有机硅改性剂以及0.2份抗氧剂B215混合均匀，在真空干燥箱中50℃烘干6小时左右，用单螺杆或双螺杆挤出机进行造粒，样条热切或经水冷却后切粒。工艺条件如下：超高分子量聚乙烯专用料挤出温度 表2
| I.加料段℃ | II.压缩段℃ | III.均化段℃ | IV.出口℃ |
| 220 | 260 | 300 | 260 |
以上所得专用料的性能：拉伸屈服强度MPa：23.66，拉伸断裂强度MPa：30.49，冲击强度KJ/m2：不断，动摩擦系数：0.07。
利用上述本发明的方法制备的超高分子量聚乙烯共混料，其加工流动性得到了极大的改善，取得显著效果。实验证明，本发明所制备的挤出、注射级专用料，采用普通的设备就可以方便的进行成型加工，不仅保持原材料的拉伸强度和冲击强度，而且比原超高分子量聚乙烯制品摩擦系数降低很多，耐磨性有较大提高，可以生产出高性能、高质量的制品。这是因为有机硅改性剂可以有效的解决超高分子量聚乙烯加工过程中容易出现的融体破裂问题，使原树脂的加工流动性得到了显著提高。具体体现在模具填充良好、挤出力矩降低、内部润滑性和脱模性变好，制品极少翘曲等。同时能显著降低加工设备的能量消耗，延长加工设备的使用寿命。与原间歇式烧结法相比，可节省投资，缩短生产周期，提高生产效率，具有明显的经济效益和社会效益。
利用本发明的专用料，可以生产出高耐磨的管道，广泛的应用于：电力、冶金、粮食加工、各种矿山选矿和尾矿输送、石油天然气输送、城市煤气输送、有机化工和无机化工、挖泥船输砂、煤矿洗煤厂、水煤浆输送、海洋化工(盐、卤、碱)、自来水主干管、污水处理等行业用管道，以替代原钢管(容易腐蚀和磨损)，应用潜力十分巨大。如火力发电厂粉煤灰输送管，因输送介质中的氧化钙、氧化镁、三氧化二铝和多种酸离子等与钢管发生电化学作用而极易结垢堵塞。用本材料管道则不会结垢并提高耐磨性，而且输送阻力减小，节能显著，可有效的延长使用寿命和节省清洗费用。另，如粮食加工厂，原用钢管3个月左右即可磨穿，并有重金属离子混入；而用本材料管道，可延长使用寿命数倍，并减少噪音，无重金属离子混入，等等。
Claims (6)
1、一种超高分子量聚乙烯共混料，其特征在于，采用有机硅作为超高分子量聚乙烯的改性剂形成共混料。
2、根据权利要求1所述超高分子量聚乙烯共混料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯共混料，包含超高分子量聚乙烯85-97％，有机硅3-15％，抗氧剂0.2-2％。
3、根据权利要求2所述超高分子量聚乙烯共混料，其特征在于，所述抗氧剂是抗氧剂1010或B215等酚类抗氧剂。
4、一种适合于挤出和注射的超高分子量聚乙烯共混料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料以如下的重量百分比混匀：超高分子量聚乙烯85-97％、聚硅氧烷3-15％、抗氧剂0.2-2％；将上述混合物搅拌均匀，在真空干燥箱内40-60℃烘干5-7小时。
5、根据权利要求4所述方法，其特征在于，将上述干燥步骤后，还包括以下步骤：将经干燥的原料进行挤出造粒，其挤出温度为：进料段：200-240℃，压缩段：240-260℃，均化段：260-320℃，出口：250-300℃；
6、根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述抗氧剂是抗氧剂1010或B215等酚类抗氧剂。
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