[发明专利]超高分子量聚乙烯改性耐磨复合管材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯改性耐磨复合管材及其制备方法，涉及一种高分子材料超高分子量聚乙烯制品领域。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量在150万以上的线形结构聚乙烯(普通聚乙烯的相对分子质量仅为2-30万)，分子量通常在100-500万，结晶度65％-85％，密度0.92-0.96g/cm3。极高的相对分子量，赋予了其超凡的使用性能，成为一种性能优良的新型热塑性工程塑料。由于其分子量极高，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其他工程塑料所无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、不粘附、不吸水等综合性能。因此用UHMWPE成型的管材可广泛用于粮食加工行业、化工、煤炭、矿山、电厂等行业，进行各种粉体、流体及固液混合物的耐磨、耐腐蚀输送，输送物如：面粉谷物、矿粉矿浆、砂土泥浆、电厂灰渣、化工原料、工业三废、石油燃气等，可用作电厂排灰管、清砂工程管道、水煤浆工程管道、矿石、矿砂运输管道等。

在管材应用方面，UHMWPE的摩擦系数小、磨耗低、抗应力开裂性能好等特点显得尤为重要。UHMWPE的摩擦系数很小，相当于冰-冰之间的摩擦；抗磨耗性能居塑料之首，是其他塑料的5-7倍，钢管的7-10倍，黄铜管的27倍；抗应力开裂能力为普通高密度聚乙烯的200倍，交联聚乙烯的4倍，大大提高了管材的寿命。UHMWPE的抗冲击性能比聚碳酸酯好，而且低温时能保持很好的抗冲击能力。再加上其化学惰性和相对较低的成本，UHMWPE作为输送管材能耗低、不结垢、长寿命、性价比高的特点远远优于其他类管材。

UHMWPE高达数百万的分子量，虽然给其带来了优异的性能，但也给成型加工带来了很大困难。UHMWPE超长分子链间的无序缠结，使其分子链段对热运动反应迟缓，熔体粘度高达108Pa·s,流动性极差，临界剪切速率也非常低，易产生熔体破裂，即“鲨鱼皮”现象。通常，UHMWPE的分子量越高，其耐磨性、冲击韧性就越好，但分子量越高，加工成型也就更为困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超高分子量聚乙烯改性耐磨复合管材及其制备方法，增加聚乙烯树脂管材耐磨性能，解决聚乙烯树脂管材加工性能差的问题，有效的提高超高分子量聚乙烯管材生产速度，大幅度的提高超高分子量聚乙烯管材的内在质量及其外观质量，管材内外表面达到“镜面”效果，生产出管壁更薄的管材，提高管材生产厂家的效益。

本发明所述的超高分子量聚乙烯改性耐磨复合管材，以重量份数计，由下列原料组成：

超高分子量聚乙烯树脂:100，橡胶颗粒:10-15，经过偶联剂处理的二硫化钼:10-25，超细炭黑:1-5，聚四氟乙烯:2-7，流动改性剂:2-5。

超高分子量聚乙烯树脂的分子量≥200万。

超高分子量聚乙烯树脂的分子量优选200万-600万。

偶联剂优选硅烷偶联剂KH570，生产厂家为郑州市昌远化工产品有限公司。偶联剂处理的二硫化钼的操作为常规操作。

流动改性剂为YP816。生产厂家为惠普市誉普化工有限公司。

流动改性剂能够促进长链分子的解缠，并在大分子之间起润滑作用，改善大分子链间的能量传递，链段相对滑动变得容易，从而改善聚合物的流动性。

本发明主要通过向超高分子量聚乙烯树脂中添加经过偶联剂处理的二硫化钼、超细炭黑、聚四氟乙烯等无机填料来改善其性能。通过添加以上无机填料，改善超高分子量聚乙烯的流动性。采用无机填料对超高分子量聚乙烯进行填料共混复合改性降低材料的摩擦系数，提高耐磨性，起到减磨、耐磨的作用。添加无机填料还能改善超高分子量聚乙烯的蠕变性、弯曲强度、刚度、硬度、热挠曲、热变形温度和尺寸稳定性等，使超高分子量聚乙烯的综合性能得到提高。

无机填料的改善程度取决于填料的性质，并和填充量、填料的形态、粒度及其分布以及聚合物的分子量有关。

现有技术中，在超高分子量聚乙烯树脂中填料的最大填充量不得超过30％，经偶联剂处理的填料充量能够达到50％-75％。

橡胶和流动改性剂与超高分子量聚乙烯树脂共混来改进加工性能。

超高分子量聚乙烯改性耐磨复合管材的制备方法，步骤如下：

(1)混料：将超高分子量聚乙烯树脂、橡胶颗粒、二硫化钼、超细炭黑、聚四氟乙烯和流动改性剂加入混合机，通过搅浑得到均匀分散的混合混料；

(2)挤出：混合物料喂入挤出机，经压缩、熔融和均化过程，由粉状固体逐步变为高粘弹性熔体，并连续经机头挤出；