[发明专利]复合改性超高分子量聚乙烯材料及用该材料制作矿用管材的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚乙烯材料的改性技术领域，更具体地讲涉及一种复合改性超高分子量聚乙烯材料，并且还涉及用上述材料制作矿用管材的方法。

背景技术

由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的高分子量特性使之具有耐磨损性能好(磨耗低)、耐化学药品性、耐冲击、耐压性、抗冻性、保温性、抗结垢性、耐应力开裂性、自润滑性和不易粘附等普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的优良特性，因此在环境严酷的煤矿、矿山、化工、纺织、交通运输、机械、建筑、电气、医疗、体育等领域得到了广泛的应用。

以超高分子量聚乙烯材料制成的管材作为煤矿的重要安全器材为例，除了常规的用于瓦斯抽放、供水、排水、通风外，还用其输送固体颗粒、浆体之类的物质。尤其是当用这种管材输送前述的固体颗粒、浆料类物质时，对管材的抗拉强度、抗冲击强度、断裂伸长率、磨耗率、耐疲劳、阻燃、环刚度等要求尤为严格。

当超高分子量聚乙烯的分子量达150-350万(普通PE仅为2-30万)程度时，能表现出极致的高耐磨、高强度、自润滑、耐低温等特性，但是，如此高数量的分子量同时带来了该种材料在降解温度以下难以甚至无法熔融挤塑成型的问题。领域内的人士周知，可挤塑成型的聚乙烯材料的流动性可用熔体流动速率(MFR)表示，在温度190℃、负荷2.16kg时测定在0.03-30g/min范围内，而超高分子量在负荷增大10倍(21.6kg)条件下均为零，粘度达10⁹Pa·S，没有热融流动性，无法挤塑成型。当前，业界在不断探索对超高分子量聚乙烯的改性，期取获得令人更满意的物理力学性能以及加工流动性、可熔融挤塑更理想藉以满足连续制造管件的工艺要求。

通常的解决超高分子量聚乙烯可流动性的方法之一是加入适量的相对中分子质量聚乙烯，使超高分子量聚乙烯粉体在中相对分子量聚乙烯热熔融流体中被挟持流动，但同时也使得超高分子量聚乙烯的某些性能如拉伸强度、耐磨性均下降。另有方法是采用液晶高分子材料(LCP)与超高分子量聚乙烯共混改性，这种单一的加工性能改性方向，同样会使材料的部分力学性能有所降低。还有改性方法是采用纳米粉体填充补强，等等。

中国专利公开号CN1584383所推荐的产品的抗冲击强度为130KJ/m²左右、环刚度达到18.3KPa，高出一般矿用超高分子量聚乙烯材料8KPa和高出普通聚乙烯管4-6KPa。

目前的矿用超高分子量聚乙烯材料制成的管材的诸项物理力学性能可由下表所示。