[发明专利]超高分子量聚乙烯材料制备大口径管材的方法

说明书

技术领域

本发明属于管材的制作方法，特指一种超高分子量聚乙烯材料制备大口径管材的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材具有磨擦系数小、磨耗低、耐化学药品性、耐冲击、耐压性、抗冻性、保温性、自润滞性、抗结垢性、耐应力开裂性、卫生性等优良特性，主要用于固体颗粒，粉体的输送，浆体的输送，流体气体输送，在交通运输、农业、采矿、化工、机械、建筑、造纸、纺织、食品、医疗、体育等领域有广泛用途。由于UHMWPE粘度极高、摩擦系数和临界剪切速率极低，其成型加工非常困难。长期以来只能采用类似加工聚四氟乙烯的压制烧结和柱塞推压成型方法生产制品，目前应用的超高分子量聚乙烯管材，如中国专利ZL98100960.3“挤出和注射级超高分子量聚乙烯专用料的制备方法”，其生产方法是采用两步法制管工艺，未解决UHMWPE的熔融态的粘度较难控制，造成大口径管材成型难度高，生产不稳定，存在UHMWPE高温易降解，易氧化等问题。

超声化学(sonochemistry)是声学与化学相互交叉渗透而发展起来的新兴交叉和前沿学科，它主要是利用超声波加速和控制化学反应、提高反应产率、改变反应历程和改善反应条件以及引发新的化学反应等的一门学科。用于化学反应中的超声波波速约为1500m/s，波长为10～0.01cm，频率范围为20kHz左右，超声功率为500～1500W之间。超声化学主要源于声空化——液体中空腔的形成、振荡、生长收缩及崩溃，以及引发的物理和化学变化。目前，超声化学的研究已涉及到材料、化学、化工的各个领域，然而，在利用超声波加速和控制超高分子量聚乙烯管材材料的原位合成反应方面，有02133674.1“可用于挤出加工的超高分子量聚乙烯共混物及其加工方法”，其将原料混合均匀后用单螺杆机挤出加工，在挤出过程中施加超声波振动，以降低出口压力和熔体粘度，其采用的超声波功率为0～300W，频率为20000～100000Hz，挤出压力为：2～4MPa，其处理的超高分子量聚乙烯材料以及工艺参数与本发明不同。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯材料制备大口径管材的方法，可有效改善超高分子量聚乙烯UHMWPE熔体的粘度，利于制备大口径管材。

实现上述目的的技术方案是：

将液晶LCP与超高分子量聚乙烯UHMWPE及专用助剂经搅拌机混合均匀进行原料配混后，送入单螺杆挤出机，直接将粉末物料快速压缩成一定密度的物料，进行熔融塑化后直接挤出管材，再依次经模具形成管型，再由水箱冷却、牵引机牵引，最后由切割机定长切割，实现超高分子量聚乙烯管材的生产，其特征在于UHMWPE熔融塑化后挤出管材之前引入超声波振动力场来提高其流动性，其中超声波的功率为50-250W，频率为2万-10万HZ，单螺杆挤出机的挤出压力为6～8MPa，压力降为20～40％。

本发明的优点在于：

采用超声波作用于UHMWPE熔体，其可利用超声波引起的高频振动，在主剪切流动上叠加了一个附加的交变应力，使UHMWPE物料的状态由组合应力决定.这样挤出过程中的质量平衡，动量平衡，能量平衡关系都发生了变化.超声波振动强化了聚合物在加工中的物理和化学变化过程，改变了UHMWPE熔体的流变状态，同时，周期性的脉动剪切力产生大量的耗散热，导致UHMWPE熔体的粘度降低，因此，挤出UHMWPE所需压力降低.平均挤出流率增大，挤出功率降低.超声波振动还使挤出膨胀减小，UHMWPE管的物理机械性能得以提高。

附图说明

图1为实施本发明的示意图

1-超声波发生器；2-料斗；3-电机；4-空心轴；5-加热器；6-料筒；7-螺杆；8-模头；9-底座10.超声波发生器11..模头

具体实施方式

本发明的实施例1～5：将液晶LCP与超高分子量聚乙烯UHMWPE及专用助剂经搅拌机混合均匀进行原料配混后，送入单螺杆挤出机，在超声波振动力场作用下进行熔融塑化后直接挤出管材，再依次经模具形成管型，再由水箱冷却、牵引机牵引，最后由切割机定长切割，实现超高分子量聚乙烯管材的生产，其中超声波的振幅、频率、单螺杆挤出机的挤出压力的具体参数如下：

表1超声波振动力场/挤出压力表(单位：MPa)