CN1438107A - 双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特点是将分子量为150万～350万的聚乙烯100份，流动改性剂10～30份，填充增强剂10～20份，偶联剂0.2～5份，润滑剂0.1～5份，成核剂0.1～1份和阻燃剂0.1～10份加入高速混合机内，于温度100～120℃混炼20～30分钟，制得超高分子量聚乙烯复合粒(粉)料，再将上述复合料加入啮合型同向旋转双螺杆挤出机内连续成型，成型机筒温度为200～250℃，然后进入型材机头，再经成型辅机定型、冷却、牵引、切割装置等常规辅机处理，获得超高分子量聚乙烯复合材料产品。

Description

双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法
一、技术领域
本发明涉及一种啮合型同向旋转双螺杆连续挤出聚乙烯复合材料的方法，属于聚合物成型加工领域。
二、背景技术
超高分子量聚乙烯是一种由乙烯、丁二烯在催化剂作用下聚合成的粘均分子量大于150万的热塑性工程塑料，这种产品具有优异的综合性能，其耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自润滑、抗粘附、抗冲击性能等均为塑料之首，被称为“神奇塑料”。由于它具有较一般高分子材料高得多的分子量，熔融粘度极高，加工流动性极差、极易产生熔体破裂现象，是一种难成型的塑料。目前，超高分子量聚乙烯的加工技术主要有三种方法：模压成型一定形状，再加热烧结成制品，制品密实、但成型效率极低；柱塞式推挤成型制品，可以成型较大的超高分子量聚乙烯挤出制品，但为间歇式、生产效率有限；单螺杆挤出机实现连续的挤出成型，这种成型方法使超高分子量聚乙烯的挤出变成为连续性的操作，生产效率得以较大的提高，但不足的是单螺杆挤出机对粉料的输送不好，物料的混合作用也不够强，挤出效率仍不很高。中国专利94107408题为《超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出装置》，目的是将普通单螺杆挤出机经螺杆结构改造用于成型超高分子量聚乙烯管材，虽可使超高分子量管材生产连续化，但其生产效率和物料混合质量仍不够理想；中国专利99114545题为《增强耐磨超高分子量聚乙烯板材及生产方法》，该专利采用玻璃微珠作为超高分子量聚乙烯的增强改性剂，并加入偶联剂和复合分散剂，从而使产品的表面硬度、耐磨损率和刚度有所提高，但该专利仍是采用传统的模压、烧结成型方法，间歇生产，生产效率较低。
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双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合型材的方法。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合型材的方法
1、将超高分子量聚乙烯100份，流动改性剂10～30份，填充增强剂10～20份，偶联剂0.2～5份，润滑剂0.1～5份，成核剂0.1～1份，阻燃剂0.1～10份加入高速混合机内，于温度100～120℃混炼20～30分钟，制得超高分子量聚乙烯复合粒(粉)料，
2、将上述超高分子量聚乙烯复合料加入啮合型同向旋转双螺杆挤出机内连续成型，成型机筒温度为200～250℃，然后进入型材机头(棒、管、板、片、异形材、多层复合板等)，再进入成型辅机定型、冷却、牵引、切割装置等常规辅机处理。
其中超高分子量聚乙烯的分子量为150～350万，熔体流动指数小于0.1。
流动改性剂为中、低分子量20～60万的聚乙烯。
填充增强剂为长径比为10∶1，平均粒径为32～8.5μm的玻璃纤维，平均粒径为10～25μm的玻璃微球，平均粒径为32～8.5μm的超细硅灰石粉和/或粉(粒)状聚酰亚胺中的至少一种。
偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和/或锆类偶联剂中的至少一种。
润滑剂为分子量3000～5000的聚乙烯蜡、二硫化钼、石蜡和/或硬脂酸中的至少一种。
成核剂为苯甲酸、硬酯酸盐、热解硅石和/或二氧化硅中的至少一种。
阻燃剂为磷酸酯、三氧化二锑、十溴联苯醚和/或锡酸盐中的至少一种。
啮合型同向旋转双螺杆挤出机，其机筒和螺杆均为积木式的组合结构。机筒有顶部加料机筒、侧面加料机筒、排气机筒、顶部开视窗机筒和侧面观察视窗机筒等，可根据生产或科学研究的需要加以组合；螺杆元件有螺纹输送元件(螺纹套)、合盘元件(混合元件)和齿形盘元件(剪切元件)等；根据型材为棒、管、板、片等的结构或不同性质的制品需求进行组合。配用棒、管、板(片)材机头，常规的定型、冷却、牵引、切割及堆放装置，即可实现超高分子量聚乙烯复合材料的成型。
啮合型同向旋转双螺杆挤出机上可设多点排气、多点加料、透明视窗、多段控温、在线取样装置以及熔体压力和温度传感器。
本发明具有如下优点：
1、双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合型材的方法，效率高，原料形状不受限制，可以是粉料、粒料、糊状料、丝状料和带状料等。
2、双螺杆元件和机筒均为组合式结构，可以多种组合，以满足不同结构制品和不同性能塑料制品的要求。
3、双螺杆挤出机设多处加料口、排气口和视窗，可在不同时间内观察物料的形态变化和分布状况，为理论研究提供依据。
4、制品质量均匀、稳定，外观平滑，光亮。
四、附图说明
图1超高分子量聚乙烯双螺杆连续挤出型材生产流程示意图。
图2组合式螺杆、机筒和视窗安装位置示意图。
1同向双螺杆挤出机，2型材机头，3定型冷却装置，4牵引装置，5切割装置，6堆放装置，7中间体，8花键套，9组合式双螺杆，10主加料口，11侧加料口，12俯视窗，13排气室，14组合式机筒，15侧视窗。
双螺杆连续挤出型材的流程如图1所示，超高分子聚乙烯加入同向旋转双螺杆挤出机1内，经型材机头2成型，进入定型冷却装置3、牵引装置4、切割装置5至堆放装置6。
同向旋转双螺杆挤出机的组合式双螺杆、机筒和视窗安装位置如图2所示，挤出机通过中间体7、花键套8与组合式双螺杆9连接，螺杆上设有加料口10、侧加料口11、俯视窗12、排气室13、组合式机筒14和侧视窗15。
五、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本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但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、将分子量为200万的聚乙烯100公斤，分子量30～35万的聚乙烯20公斤，玻璃纤维长径比10∶1，平均直径为25μm 10公斤，硅烷偶联剂0.5公斤，分子量3500聚乙烯蜡3公斤，苯甲酸0.5公斤，磷酸酯5公斤，加入高速混合机内，于温度105℃混炼30分钟，制得超高分子量聚乙烯复合粒(粉)料；再将制得的上述复合料加入啮合型同向旋转双螺杆挤出机内连续成型，成型机筒温度为200～250℃，然后进入型材机头，再经定型、冷却、牵引、切割装置等常规辅机处理，获得超高分子量聚乙烯复合材料产品。
2、将分子量250万的聚乙烯100公斤，分子量为40～45万的聚乙烯25公斤，平均粒径为32～8.5μm的超细硅灰石粉15公斤，钛酸酯偶联剂0.8公斤，分子量4000聚乙烯蜡4公斤，硬脂酸盐0.5公斤，三氧化二锑5公斤，加入高速混合机内，于温度110℃混炼25分钟，制得超高分子量聚乙烯复合粒(粉)料；再将制得的上述复合料加入啮合型同向旋转双螺杆挤出机内连续成型，成型机筒温度为200～250℃，然后进入型材机头，再经定型、冷却、牵引、切割装置等常规辅机处理，获得超高分子量聚乙烯复合材料产品。
3、将分子量300万的聚乙烯100公斤，分子量50～55万的聚乙烯30公斤，粒状聚酰亚胺10公斤，铝酸酯偶联剂0.5公斤，二硫化钼3公斤，热解硅石0.5公斤，十溴联苯醚5公斤，加入高速混合机内，于温度120℃混炼25分钟，制得超高分子量聚乙烯复合粒(粉)料；再将制得的上述复合料加入啮合型同向旋转双螺杆挤出机内连续成型，成型机筒温度为200～250℃，然后进入型材机头，再经定型、冷却、牵引、切割装置等常规辅机处理，获得超高分子量聚乙烯复合材料产品。

Claims (9)

1、双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特征在于：
(1)将分子量为150万～350万的聚乙烯100重量份，流动改性剂10～30重量份，填充增强剂10～20重量份，偶联剂0.2～5重量份，润滑剂0.1～5重量份，成核剂0.1～1重量份和阻燃剂0.1～10重量份加入高速混合机内，于温度100～120℃混炼20～30分钟，制得超高分子量聚乙烯复合粒(粉)料，
(2)将上述超高分子量聚乙烯复合料加入啮合型同向旋转双螺杆挤出机内连续成型，成型机筒温度为200～250℃，然后进入型材机头，再经成型辅机定型、冷却、牵引、切割装置等常规辅机处理，获得超高分子量聚乙烯复合材料产品。
2、按照权利要求1所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特征在于流动改性剂为中、低分子量20～60万的聚乙烯。
3、按照权利要求1所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特征在于填充增强剂为长径比为10∶1，平均直径为32～8.5μm的玻璃纤维，平均粒径为10～25μm的玻璃微球，平均粒径为32～8.5μm的超细硅灰石粉和/或粉(粒)状聚酰亚胺中的至少一种。
4、按照权利要求1所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特征在于偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和/或锆类偶联剂中的至少一种。
5、按照权利要求1所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特征在于润滑剂为分子量为3000～5000的聚乙烯蜡、二硫化钼粉、石蜡和/或硬脂酸中的至少一种。
6、按照权利要求1所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特征在于成核剂为苯甲酸、硬酯酸盐、热解硅石和/或二氧化硅中的至少一种。
7、按照权利要求1所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的方法，其特征在于阻燃剂为磷酸酯、三氧化二锑、十溴联苯醚和/或锡酸盐中的至少一种。
8、按照权利要求1～7所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的设备，其特征在于双螺杆挤出机为啮合型同向旋转双螺杆挤出机，其机筒和螺杆均为积木式的组合结构，根据型材为棒、管、板、片及异型材的结构或不同性质的制品需求进行组合。
9、按照权利要求8所述双螺杆连续挤出超高分子量聚乙烯复合材料的设备，其特征在于啮合型同向旋转双螺杆挤出机上可设多点排气、多点加料、透明视窗、多段控温、在线取样装置以及熔体压力和温度传感器等配套设施。
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