[发明专利]超高分子量聚乙烯/碳纳米管油管衬里管材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体的讲是超高分子量聚乙烯/碳纳米管油管衬里管材及其制备方法。

背景技术

目前，超高分子量聚乙烯是指粘均分子量在150万以上的线性结构聚乙烯，其耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、吸收冲击能为现有塑料中最高值，故被称为“令人惊异的塑料”，但由于粘度极高，成型加工困难。一般超高分子量聚乙烯粉的改性加工或成型加工所使用的挤出机有单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。其中，双螺杆是正位移输送方式，输送效率高、对物料的剪切力大。一般基于双螺杆挤出方式的超高分子量聚乙烯改性研究，主要侧重于提高配方内容的润滑度研究，通过配方的调整，主要是采用内润滑或外润滑的方式，降低挤出体系的粘度，使得超高分子量聚乙烯得以顺利挤出。但是此加工方式由于设备的剪切强度大，导致超高分子量聚乙烯的部分链段被切断，平均分子量有所降低，从而导致制品的性能有所缺失。而采用单螺杆挤出机的输送主要靠摩擦拖曳，也就是凭借螺杆与机筒之间的摩擦差进行输送，如果不对设备进行改造，用其来加工超高分子量聚乙烯，由于剪切强度不够，导致物料不塑化，也无法加工出合格产品。

同时，单一的超高分子量聚乙烯其刚性和耐热性由于树脂本身的特点，决定了其刚性、耐热性较差。同时为了方便加工，很多情况下，又向其中添加了聚乙烯蜡等低分子的物质，导致其刚性、耐热性进一步有所降低。现在向超高分子量聚乙烯材料中填加碳纳米管及无机材料是聚烯烃塑料工程化的一种发展趋势。良好界面相容的复合材料将碳纳米管和无机物的刚性、耐热性、耐磨性等，与有机物的柔韧性、良好的可加工性、可塑性，较好地结合起来，从而赋予通用型材料工程化，或某些特殊性能，提高材料档次、扩充材料的使用范围。而传统的超高分子量聚乙烯/无机填料复合材料，在两相界面相容性较差，造成复合材料的力学性能和其它性能较差。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种能增加对超高分子量聚乙烯的加工塑化能力，并具有优异力学性能、热学性能和耐磨性能的高性能超高分子量聚乙烯/碳纳米管油管衬里管材。

本发明还提供一种制备超高分子量聚乙烯/碳纳米管油管衬里管材的方法。

其技术方案是：超高分子量聚乙烯/碳纳米管油管衬里管材，包括以下重量份数的原料混合而成：

超高分子量聚乙烯粉       50-100份

多壁碳纳米管粉           2-10份

层状硅酸盐               5-30份

含不饱和键的硅烷         0.01-10份

过氧化物                 0.001-3份

水或乙醇                 0.3-30份。

所述的超高分子量聚乙烯粉为粘均分子量为250万至450万。

所述多壁碳纳米管粉的长度为10-30um、直径为1-9nm、纯度为CNT≥90%。

所述的层状硅酸盐为含有二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化铝的具有层状结构的、大长径比的云母、高岭石、埃洛石、海泡石、滑石、硅灰石、蒙脱石或坡缕石的无机矿物质。

所述层状硅酸盐片层厚度为1-2nm，片层粒径为50-200 nm。

所述的含不饱和键的硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧基丙基）三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、磺酰叠氮三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基硅烷）或乙烯基三氯硅烷。

所述的过氧化物为2,5-二甲基-2,5-双（叔丁过氧基）己烷、二叔丁基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-双（叔丁过氧基己烷-3）或过氧化二异丙苯。

超高分子量聚乙烯/碳纳米管油管衬里管材的制备方法，按以下步骤制备而成：

1）将上述重量份数的层状硅酸盐与含不饱和键的硅烷进行偶联处理，以上处理在高速搅拌机中完成；

2）将上述重量份数的超高分子量聚乙烯粉、多壁碳纳米管粉、过氧化物和乙醇依次加入到高速搅拌机中，与经偶联处理的层状硅酸盐一起高速搅拌3-30分钟，混合均匀；

3）将上述处理过的混合物在180℃-270℃在渐开线型单螺杆挤出机上挤出管材。

所述渐开线型单螺杆挤出机的螺杆长径比为20:1，螺筒内采用轴向拉槽，模头采用粘弹性流体流线型设计。