超高分子量聚乙烯管材的专用料及其制备和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料及其制备和应用，该专用料应用于挤出成型管材，所述的挤出成型管材具有以下特征：(1)管材的挤出速度为2.5米/小时-6.0米/小时；(2)管材的外径为10毫米-1200毫米；(3)管材的壁厚为2毫米-100毫米；(4)管材的挤出熔体温度为150℃-280℃；(5)管材的粘均分子量150万-700万。与现有技术相比，本发明使超高分子量聚乙烯管材的生产效率提高了0.5-3倍，同时管材还具备优异的力学性能。
【专利说明】超高分子量聚乙烯管材的专用料及其制备和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于聚合物加工成型【技术领域】，涉及一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料。
【背景技术】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量大于150万的聚乙烯(PE)，是一种新型热塑性工程塑料，它极高的分子量、高度缠绕的链段结构赋予其优异的力学性能、耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，UHMWPE耐低温性能优异,在-40°C时仍具有较高的冲击强度，甚至可在_269°C下使用。UHMWPE优异的性能使它广泛应用于机械、纺织、造纸、矿业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，基于UHMWPE优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在医药卫生领域使用。
[0003]以UHMWPE为基础原料制造的塑料管材具有耐磨、抗冲击、耐腐蚀、自润滑、不结垢等特点，是适合输送固液混合物、固体粉末、液体、气体等介质的理想管材。但由于UHMWPE分子链段很长，彼此之间相互缠绕，即使在熔融状态下也无流动性，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。
[0004]UHMWPE熔体为橡胶态的高粘弹体。UHMWPE的粘度非常大，高达1Pa.s,比一般热塑性塑料要高许多，而普通聚乙烯流动性一般用流动速率(MFR)表示，是在温度190°C，负荷为2.16Kg下测定。一般热塑性塑料熔体流动速率在0.03~30g/10min之内，而UHMWPE在上述条件下根本测不出结果，即使把负荷加大10倍(即21.6Kg)，熔体也很难从仪器喷嘴流出。由此可见，UHMWPE加工时由于粘度大流动性是很差的。
[0005]UHMWPE具有较低的临界剪切速率。通常把熔体刚出现破裂时的剪切速率称为临界剪切速率。实践证明它随聚乙烯分子量的增大而减小。对于相对分子量极高的UHMWPE来说，在剪切速率很低(10/s)时,就可能产生熔体破裂,在较低剪切速率下,就会产生滑流或喷流现象。所以，在UHMWPE挤出加工时会遇到由于熔体破裂而产生的裂纹现象，在UHMWPE注塑时出现喷流而使制品出现多孔状或脱层现象。这是热塑性方法加工UHMWPE的难题。
[0006]摩擦因数小。UHMWPE的摩擦因数极低，即使在熔融状态下也是如此。因此，在进料过程中容易在加料段发生打滑，无法向前推进。这是螺杆法加工UHMWPE遇到的又一难题。
[0007]UHMWPE具备极其优异的性能，但是UHMWPE熔融状态的粘度高达108Pa.S，流动性极差，UHMWPE成型加工极其困难，所以很难用一般的机械加工方法进行加工，就算流动改性后的UHMWPE，也极易产生熔体破裂。
[0008]目 前国内UHMWPE管材采用在模具内冷却的挤出工艺实现成型的。该工艺是将流动改性的UHMWPE经单螺杆挤出机输送、塑化、均化，然后型胚在管材模具内冷却到材料的结晶温度以下定型，最后挤出成型管材，国内将此成型方法称之为UHMWPE “硬顶法”挤出成型。中国专利CN101486250A所述的UHMWPE管材的制备方法是柱塞式挤出机挤出成型，该方法的管材成型效率低于单螺杆挤出机。[0009]UHMWPE的“硬顶法”单螺杆挤出成型，挤出速度为0.1米/小时~2.0米/小时，还是成型效率低，不能满足工业用管的工业化大生产的需求。由于“硬顶法”单螺杆挤出成型是将管材型胚在模具里冷却到材料的结晶温度下固化后挤出，挤出速度快，管材型胚来不及冷却固化，造成成型后的管材变形。
【发明内容】
[0010]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料及其制备和应用。
[0011]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料，该专用料应用于挤出成型管材，其特征在于，所述的挤出成型管材具有以下特征:
[0012](I)管材的挤出速度为2.5米/小时-6.0米/小时；
[0013](2)管材的外径为10毫米-1200毫米；
[0014](3)管材的壁厚为2毫米-100毫米；
[0015](4)管材的挤出熔体温度为150°C -280°C ；
[0016](5)管材的粘均分子量150万-700万；
[0017]所述的专用料的原料包括以下重量组分:
[0018]
【权利要求】
1.一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料，该专用料应用于挤出成型管材，其特征在于，所述的挤出成型管材具有以下特征: (1)管材的挤出速度为2.5米/小时-6.0米/小时； (2)管材的外径为10毫米-1200毫米； (3)管材的壁厚为2毫米-100毫米； (4)管材的挤出熔体温度为150°C-280°C ； (5)管材的粘均分子量150万-700万； 所述的专用料的原料包括以下重量组分:超高分子量聚乙烯100份聚爆燒类聚合物#润滑剂0.1~10 # 成核剂0.05-5
2.根据权利要求1所述的一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯为粘均分子量为150万-700万聚乙烯的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料，其特征在于，所述的聚烯烃类聚合物为茂金属聚烯烃。
4.根据权利要求3所述的一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料，其特征在于，所述的茂金属聚烯烃为茂金属低密度聚乙烯、茂金属高密度聚乙烯、茂金属超低密度聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯、茂金属聚烯烃弹性体、茂金属聚苯乙烯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料，其特征在于，所述的润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡、氯化石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸锡中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料，其特征在于，所述的成核剂为碳酸钙、碳酸钠、氮化硼、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、对羟基苯甲酸、D-山梨醇、苯甲酸钠中的一种或几种。
7.—种如权利要求1所述的用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材专用料的制备方法，其特征在于，该方法按重量份将100份超高分子量聚乙烯、0.5-40份聚烯烃类聚合物、0.1-10份润滑剂、0.05-5份成核剂置于混合器中进行混合，混合时间为1-60分钟，得到超高分子量聚乙烯管材专用料。
8.—种如权利要求1所述的用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材专用料的应用，其特征在于，将超高分子量聚乙烯管材专用料应用于挤出成型管材，具体包括以下步骤:将超高分子量聚乙烯管材专用料放入单螺杆挤出机的喂料区，通过螺杆输送挤出，然后在管材模具中压缩、成型、冷却。
9.根据权利要求8所述的一种用于快速挤出成型超高分子量聚乙烯管材的专用料的应用，其特征在于，所述的管材具有20MPa以上的屈服强度、30MPa以上的拉伸强度、350%以上的延伸率、100KJ/m2以上的双缺口冲击强度。
【文档编号】C08K3/38GK104031305SQ201410191535
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】张炜, 冯玲英, 叶纯麟, 洪尉, 夏晋程 申请人:上海化工研究院