专利名称：超高分子多功能水泥塑料的制作方法
一种为改善超高分子量聚乙稀(UHMW-PE)塑料的加工成型，采用把原材料UHMW-PE先粉碎成粉壮体再加入一定比例量水泥，稍加水份，搅拌均匀，这种混合型材料，不但可以很方便地解决自身成型，也可方便地与钢材、金属粉、数多种功能性材料共混成型，经过修饰后高温烧结即成设计规格的改性超高分子量聚乙稀塑料制品及钢塑混合制品，塑料合金，功能性塑料制品。
众所周知，UHMW-PE塑料的成型加工是个世界性难题，其原因是如用传通热塑成型工艺，由于原材料分子量太高，溶融后粘度太大、挤出、注塑等工艺很难成设计制品，如仿用四氟乙稀的冷成型加工艺，其原材料角质砂粒体，加上不亲水的特性，使其成一体为设计型制品也确是难题，更不用说和其它材料共混成制品，本发明就是为了解决这些问题，提出把UHMW-PE原材料粉碎后加入一定比例量水泥，用水搅拌适度，这种用水泥为助剂填料的粉体混合型物质，不但可以方便自身的成型加工、同时也方便和其它如钢材、金属料、功能性材料的共混制成设计制品。
本发明具体是这样实现的，为了这种UHMW-PE的材料制品，达到一定密度(密度的大小关系到制品的整体强度)所以要把角质状砂粒体的UHMW-PE原材料通过机械粉碎(有条件可到纳米程度)，这是其一。其二是选用一定比例量水泥(水泥的品种标示很多，可任选一种、水泥的颜色品种也很多，也可任选一种)最好选用白色水泥，这样可以方便制品的颜色调配。再就是把两种原材料共混搅拌(其中要加一定水份，水泥方能发生聚集凝固作用)。这种均匀的混合型材料即可方便地服务任何制品的工艺制作。制成设计的规格制品，同时也可方便地与其它材料如钢网、金属粉、功能性材料等共混成制品(注本发明很清楚是一种自然温度成型后再烧结的制作工艺，因为原材料UHMW-PE溶融后因分子量高粘度太大，根本没有流动性，很不适用热塑成型。以上曾有人试图用石油谜来改善UHMW-PE溶融后的挤出工艺，其作用是用石油湿润滑原料在挤出机腔粘度作用，好方便挤出成型，也有人试图挤出机腔开出三道堂线，以帮助原料从腔中顺利挤出，办法虽好，也有一定道理但仍未能推行开来)。本发明加入一定量水泥，并不想解决挤出工艺，只是利用水泥的强吸潮性，改变UHMW-PE原材料的不亲水性，使各种材料在水泥强吸潮聚结凝固在一起好方便成型，这种成型只是冷成型，原材料的成型，并不是合格为塑制品，要通过高温烧结才能是有高强度的合格制品。
高温成型是塑料品种材料的共性，无论是要求温度的高低都是塑料品种的需要，无论是热塑成型还是成型后烧结，也同样是塑料品种的需要，只有温度才可以使塑料制成设计的规格制品，其他任何工艺代替不了温度对塑料的成型作用。纳米工艺也是这样，纳米只是细化原材料的工艺，不是成型工艺，本发明要求把UHMW-PE原材料机械粉碎，有条件可以纳米化，这是因为原材料呈角质状，砂粒体，传通工艺中，可以有要求UHMW-PE采用仿四氟乙稀的冷成型再烧结的工艺，冷成型需要一定压力，目的是要保证材料的密实度，才能保证烧结后制品的强度要求，角质状和砂粒体中玄空很大，要保证制品的密度，首先要把原材料中的玄空去掉，压力可以办到，粉碎细化材料也可以办到，本发明采用粉碎细化方法，有条件可纳米化程度，可是这种UHMW-PE的细化后、其不亲水的特性没有改变，自身仍不能成型。为了改变这种性能，本发明采用加入一定比例量的水泥和UHMW-PE原材料充分均匀地混合在一起，利用和发挥水泥的强吸潮性，使这种以水泥为主动的混合型材料具有了一定的亲水性。
本发明可以具体这样完成在原材料UHMW-PE中混入一定比例量水泥这种混后体具备了有亲水性的物质材料、实际上其现状是水泥制品原料，因为水泥具备这种大容纳量功能，所以这种加入水泥的UHMW-PE原料只是水泥制品填料的作用，并没有主体作用，当高温烧结后，塑料的主体作用才能体现出来，高温烧结，是塑料成型的一种工艺程序，也是塑料成型的一种共性形式，本发明中的UHMW-PE塑料和水泥混合成型后要烧结才可以是正制品、混合成型只是水泥予制品，在烧结的过程中，两种材料有个换位的过程，也就是当予制品中的水份蒸发完全后，水泥已成干粉已失去凝固的作用，而UHMW-PE塑料在高温下分子链膨胀联接形成一体，反包容了水泥干粉，UHMW-PE同样具有容纳量大的特征，这种混合型制品的高温烧结过程，就是其中水泥UHMW-PE两种材料的换位过程，也就是原是UHMW-PE作为水泥制品的填料，受水泥的强吸潮凝固作用成型，高温烧结后，水泥中的水份耗完UHMW-PE的分子链受热膨胀，反把水泥粉体包容在体内，变成水泥原料反成了UHMW-PE的制品填料。这个换位过程中，混合型制品的形状没有任何改变。试制品(1)就是用手把这种混合型材料捏成随意形状，放入高温烧结炉中，烧到UHMW-PE成熟温度，取出后保持原状态，实验试制品。(2)把混合型材料筑成园筒状态，平放在高温烧结炉中，UHMW-PE的成熟度后园筒状没变形保持原筒形状，只是整体有收缩现象，但保持了UHMW-PE的溶融后不流动变形的本性。实验试制的结果证明两点一是这种混合型材料的成型，可以任意选择加工成型的方式制成任意设计规格制品；二是实践证明这种混合型材料可以通过烧结成为有强度的，合乎规格的保持UHMW-PE塑料性能的混合制品，有了这两条保证，这种混合材料就可以很方便地与钢材的共混成型，以及和金属粉体共混和数多种功能性材料共混成型，这是因为这些材料都可和水泥共混成型，都可以做为水泥的填料加入混合制品中，形成多种混合型的材料制品，并且一定程度保持UHMW-PE塑料的性能作用。这种超高分子多功能混合型材料可以有以下几种作用目的一、可以方便与钢材的共混成型，为了达到共混的目的和效果，钢材可以是网状的优质钢材，可以是焊接网、轧钢网、编织网，也可是焊、轧、编等工艺混合制钢网。混合制品中的钢网设计使用量，可以是单层网，也可以是多层网，其网孔的孔经、孔距、孔型以及用材的各种份量和网的规格尺寸，都可以是按制品的服务功能要求而制作。这种钢塑混合制品。其中钢材和UHMW-PE塑料两种材料都具有高品位的价值，在混合制品中，各自发挥自身的优良性能，却又同时在克服对方的先天不足。网状的钢材做为钢骨架置身于混合制品体内，对制品的整体明显有所加强，克服了塑料的先天性轻质软弱和蠕变的毛病，而UHMW-PE在以塑料为基体的混合制品中，不单服务介质对制品的各种要求，同时由于UHMW-PE自身的不亲水性，对制品体内钢材的先天性氧化锈蚀也是很好的防护。
二、可以方便与各种金属粉体材料共混成制品、社会的发展使人们对塑料的作用要求越来越高性能化，塑料合金在社会实用中的影响越来越大，高效率而低损耗是塑料合金材料制品特别贡献，聚四氟乙稀就可以是一个典型的塑料合金材料，如果加入一定比例的铜和铅的粉壮材料，其混合制品的耐磨强度可以高出单一聚四氟乙稀制品500倍数之多(参塑料性能手册)，这就可见塑料与金属粉体材料共混的作用效果，为此，科技日款2001年4月9日5版的一则报导介绍，由华南理工大学著名青年科学家青年瞿金平教授领导研究的“九五”国家重点科技攻关重中之重项目“聚合物动态反应加工技术”3月31日通过国家级技术鉴定验收。这种高技术设备实质就是解决金属与塑料共混制品中的均匀度，是针对热塑成型工艺中金属粉体与塑料均匀共混成型的技术与设备，这种工艺设备的成功出现，对塑料合金制品的实用价值和适用范围都是很突出的贡献。而本发明则不需要这种技术和设备，就可以方便地把金属粉体和塑料共混在一起，制成所需要的设计规格制品，由于UHMW-PE的分子量高，其高强度，低损耗等多种优良性能特征，所制混合型塑料合金就比一般热塑性的塑料合金材料的性能作用好得多。这是本发明把UHMW-PE这种高品位塑料与金属粉共混制成塑料合金材料的一大贡献。
三、本发明不单能充分发挥UHMW-PE与金属粉体物质的合作，还可以根据现代工业，国防工业等特殊设备制作的需要，把数多种功能性材料的UHMW-PE共混制成高质量的功能性塑料制品，如耐磨、硬质的瓷粉物质，其良好的绝缘体和良好化学稳定性，是电力系统设备的上好材料，但其脆脆性是其先天性毛病，本发明中用UHMW-PE与瓷粉共混成制品这种混合型制品对瓷材的脆弱就是一种克制，这只是一种积极作用，更重要是本发明的方便成型制作，给这种特别能性的材料提供了发挥作用的良好机会。如磁性材料，超硬质金刚石材料等都是国防工业等特殊行业极待需要的材料，所以解决这些功能性材料的成型，是对现代工业、国防工业等制品的使用价质和适用范围是很大的提高和扩大。
本发明超高分子多功能水泥塑料，其实质贡献只有两点一是UHMW-PE的成型；二是对异物的共混合作。其一是UHMW-PE的制品成型是个公认的世界性难题，而本发明利用UHMW-PE和水泥两种材料的共性是对异物(填料)大容量性和两种材料的相反性，其共性是水泥和UHMW-PE两种材料在加工成型时都具有需要填料助剂的加工特征，而反性则是水泥的强吸水性和UHMW-PE的不亲水性，混合型制品的前期靠水泥的强吸水性，利用水做粘接剂把大量的填料(包括UHMW-PE)吸收聚集在一起，形成加工的方便，而后期则由于高温下水份蒸发留下水泥粉料变或塑料需要的填料，这种相互利用，而又互为填料作用的过程，，使这两种完全不同性质的物质得以科学地结合，这种结合下的产物——UHMW-PE与水泥混合性材料，不但可适用于传通的挤压摸压等工艺成型也同样方便手糊，现场和水泥制品一样制成设计的规格制品。这些制品都可以是予制品，这种予制品可以集中起来放入专用炉具内集中烧结，也可单体自行烧结，同样，如果现场制作的设计制品，也可以现场用热敷法进行烧结。这种混合型制品从制作到烧结成具有高强度的正规制品中间，有个予制成形的级段，这期间也可以对制品修饰一下，以保证制品的规格化要求。
本发明超高分子多功能水泥塑料，其高强度、轻质、防腐等优良性能，是标准的高级建筑材料，并也是环保型的建筑材料，加上其制作方便的特征，无论是通用的管道板材等设计制品还是建筑用的门窗，以及围护墙和屋面地板，本发明都可通过自身可行的制作工艺制出合格的建筑需要的制品，并且可以有比较的整体成型，免去二次组装制作，其中门窗就是这样，可以按规格设计一次成型，并且在设计制品上可以有工艺图案。如果采用塑钢混合服务于建筑材料，其优良的服务性能，可以有三项超过在2001年5月，北京的第四科技国际上吹嘘的“世界之窗”。一是标准质量；二是形体结构；三是制作工艺(可以另作解释)。这种真正钢塑混合型的门窗、管道、围护墙空心板材等建筑用材，不但具有高强度、轻质、防腐等优良性能，还是优质的环保型材料制品。本发明可以制成的钢塑混合型器材和功能性器材，不但是现代工业极待需要的材料制品，也是国防工业极待需要的材料制品，据材料介绍，超高分子量聚乙稀塑料的光纤产品，可以制成国防装备中的防弹衣物，而本发明的混合型制品中如果合理配置超强硬质的金刚石合金砂一类的功能性材料，其制品同样可以为军工装备的防弹器材服务，前者以柔克刚，起防弹效果，而后者则以钢制刚同样可以得到防弹效果。如果用设备中的坦克外体，舰艇的造形，采用本发明的功能性材料制品，其功能不但可以防弹，而且可以轻体绝缘避开红外线扫描、达到隐身效果、舰艇还可以达到轻体，润滑提速的效果，还可以防御长年海水的浸泡，这是UHMW-PE塑料特殊功能。所以本发明混合材料是一种高强度、轻质、低损耗的高品位材料，是在UHMW-PE塑料的基础上的发挥。加上可以方便地和钢材、金属粉材、数多种功能性材料的共混，更是建筑业，现代工业，国防工业，环保业等社会各行业极待开发的设备材料，是可以比单一UHMW-PE塑料，钢材以及功能性材料更有发挥价值的混合型材料。
权利要求
1.一种为解决UHMW-PE塑料的加工成型，以及这种塑料与网状钢材和粉状金属及数多种功能性材料的共混成型的一种加工改性办法特征是先使原材料UHMW-PE粉状化，然后加入一定比例量的水泥。这种由水泥混入的UHMW-PE塑料混合物，不但可以方便地通过各种加工工艺制成任意设计的规格制品，同时这种改性后的混合材料，也可方便地与网状钢材，粉状金属，功能性材料等共混成制品。
2.根据权利要求书1中所述这种改性的混合型UHMW-PE塑料可以用传通的成型加工方法，也可以用手糊、现场成型等方法制成各种适用的设计规格制品，其成品可以是予制品，经过修饰高温烧结成正制品。
3.根据权利要求1、2中所述，这种改性的混合型材料的各种规格予制品，可以用炉具集中烧结。也可以单体自温烧结，现场制作的规格制品也可以用热敷高温烧结。
4.根据权利要求书1中所述这种改性的UHMW-PE混合材料中的网状钢材，可以是焊接网，也可以是轧钢网，也可以是编织网，同样也可以是焊、轧、编等多种工艺的合成网。
5.根据权利要求书1、4中所述这种改性的UHMW-PE混合性制品中所用网状钢材，可以是单层钢网，也可以是多层钢网，网上的网孔大小、距离、造型等均可以服从混合制品的要求而设计制作。
6.根据权利要求书1所述这种混合型材料制品中的所需要的水泥，可以是诸多性能标号中的任何一种，诸多颜色中任何一种。
7.根据权利要求书1中所述这种混合型材料中的金属粉状材料，可以选用一种或多种共混合成制品，其用量和品种可以根据制品的需要而选用和定量。
8.根据权利要求书1中所述这种混合型材料中的功能性材料可任选一种，共混品种用量可以根据制品的需要而定。
9.根据权利要求1中所述这种混合型材料中的原材料UHMW-PE的角质砂粒体可以用粉碎机加工成粉体，有条件可以纳米化。
全文摘要
本发明是超高分子量聚乙烯(UHMW－PE)塑料，为了方便加工成型，采用给塑料中加入一定量的水泥，利用水泥的强吸潮性，聚集凝固的特性，克服了超高塑料的砂粒状、不亲水、不易聚集固化成型的缺陷。这种用水泥改变加工特性的超高塑料，可以更好地发挥这种塑料优良性能的社会实用价值和适用范围。一是可以更方便地与钢网共混，其形体结构如钢筋混凝土，这种塑钢共混型的复合材料中，其塑料为钢材全方位防腐，钢材圣体增强塑料，形成两种材料的优势互补局面，同样，也可方便与磁粉，金刚石等多种功能性材料共混成制品，这种由超高塑料为母基的功能性复合材料制品，明显具备了抗风化降解能力，延长服务寿命，并能保证其功能性材料在制品中的适量、均匀。
文档编号C08L23/06GK1390880SQ01121388
公开日2003年1月15日 申请日期2001年6月11日 优先权日2001年6月11日
发明者郑文章 申请人:郑文章