[发明专利]超高分子量聚乙烯组合物及生产该组合物管材的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高分子量组合物领域，特别涉及一种超高分子量聚乙烯组合物及生产该组合物管材的工艺方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）一般指粘均分子量大于100万（IUPAC）高密度聚乙烯。由于其极大地分子量、特殊的线型结构和分子量良好的规整性、对成性，所以超高分子量聚乙烯树脂具有其他工程塑料所不具有的优良的综合性能，包括优异的耐摩擦磨损、耐冲击、耐腐蚀、耐低温、耐压、耐应力开裂、耐溶胀、抗结垢、自润滑和不易粘附等。因此，超高分子量聚乙烯在工业和民用领域得到了广泛而又重要的应用。例如，超高分子量聚乙烯由于其良好的耐摩擦性能很早就被用于人工关节材料。

尽管作为热塑性工程塑料的超高分子量聚乙烯具有优异的综合性能，然而由于其极大的分子量，导致熔融时粘度极大，达到108Pa·s，熔体流动速率几乎为零，临界剪切速率极低，所以，超高分子量聚乙烯极难加工，特别是加工成管材。超高分子量聚乙烯的这些缺点使得它在作为管材的应用方面遇到极大地挑战，至今也没有很好的解决。在已有的研究进展中，主要从两个方面来克服超高分子量聚乙烯难挤出的问题：一是采用经过特殊改进的单螺杆泵，即超高分子量聚乙烯挤出专用单螺杆泵及其配套口模， 二是对超高分子量聚乙烯进行改性，提高它在熔融状态下的流动能力和临界剪切速率。在实际操作中，往往需要结合上述两个方面的要求。

超高分子量聚乙烯在熔融时呈粘弹态，几乎没有流动性，而且熔体和螺杆与料筒之间的摩擦系数小，因此容易打滑，形成“料塞”，输送困难。根据单螺杆挤出机的固体输送理论，物料与料筒表面的摩擦系数越高、与螺杆表面的摩擦系数越低，越有利于物料的输送。超高分子量聚乙烯专用挤出机汲取了具有自清洁能力的双螺杆挤出机的优点，通过在单螺杆泵的筒体上开几条抛物线形状的“来复线”，用以提高超高分子量聚乙烯熔体和单螺杆泵筒体内表面的摩擦，来避免“料塞”，促进进料。

除了在筒体上开“来复线”促进超高分子量聚乙烯的进料以外，通过单螺杆泵挤塑超高分子量聚乙烯管道还一般选择磨具中冷却定型。这种模内冷却定型不需要单独的定型装置，而是在管道挤出口模前进行冷却定型，通常还结合芯棒的冷却以避免熔体收缩而紧抱在芯棒上，造成背压显著增加。

解决超高分子量聚乙烯挤塑成管道的另外一种方法是对纯的超高分子量聚乙烯进行改性，来改善它在挤出条件的流动性能。为了解决超高分子量熔体流动能力低、难以挤出成型的问题，早期的研究和实践是向超高分子量聚乙烯中掺入分子量较低的聚乙烯蜡、低密度聚乙烯等。由于聚乙烯蜡和低密度聚乙烯等分子量较低的聚乙烯产品和超高分子量聚乙烯属于同系物，而且熔点较低、在熔融状态下流动能力较好，所以能起到改善超高分子量聚乙烯的熔体流动性能的目的，并且可以实现挤塑成型。但是，要使超高分子量聚乙烯的熔体流动性能有明显改善，需要加入20%以上的低分子量的聚乙烯产品，这就造成得到超高分子量聚乙烯复合材料的机械性能等明显下降。

改进超高分子量聚乙烯熔体流动性能的另外一种方法是向超高分子量聚乙烯中掺入液晶、有机硅等流动促进剂，然后通过双螺杆挤出造粒，最后通过单螺杆挤出得到超高分子量聚乙烯管道。通过这种方法实现了超高分子量聚乙烯的挤出成型，但是，液晶等流动促进剂的成本较高，而且需要先造粒，后成型，所以得到的超高分子量聚乙烯管道的成本较高，很难有大规模工业应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术中超高分子量聚乙烯粘度高、流动性差、成型难、挤出慢的问题，提供一种粘度低、流动性、机械强度和软化温度高的超高分子量聚乙烯组合物。

本发明的目的是这样实现的，一种超高分子量聚乙烯组合物，包括如下质量比例的组分：粘均分子量为300万～500万的超高分子量聚乙烯100份，所述超高分子量聚乙烯的骨架密度为0.92-0.95g/cm³，堆密度0.40-0.50g/cm³，使用前经120℃干燥10小时以上，并在干燥气氛中冷却至室温；

分子量为1000～5000的聚乙烯蜡0.5～5份；

分子量为10万～50万的高密度聚乙烯10～40份；

分子量为800～1100万的超高分子量聚乙烯20～50份；

润滑剂0.5～3份，可以增加组合物熔体流动性，降低加工难度；

填充增强剂1～10份，可以明显增加组合物的机械强度和软化温度；

成核剂0.5～2份，可以控制超高分子量聚乙烯的结晶度在一定的水平，使其既具有较高的软化温度和硬度，还保持了适度的韧性；