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CN109181065A - 一种用于制备uhmwpe/hdpe管材的组合物 - Google Patents

一种用于制备uhmwpe/hdpe管材的组合物 Download PDF

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CN109181065A CN201810944392.5A CN201810944392A CN109181065A CN 109181065 A CN109181065 A CN 109181065A CN 201810944392 A CN201810944392 A CN 201810944392A CN 109181065 A CN109181065 A CN 109181065A
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成惠斌
陈庆华
肖荔人
黄宝铨
薛珲
罗永晋
曾令兴
刘欣萍
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Quangang Petrochemical Research Institute of Fujian Normal University
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Abstract

本发明公开一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物。其由以下质量百分比比例的原料加工制成：UHMWPE：HDPE：含氟聚合物加工助剂母料=60~80：15~35：5~10。制备方法：(1)干燥；(2)称料；(3)混合；(4)挤出造粒。通过以上方法制备的超高分子量聚乙烯管材的组合物，具有良好的挤出加工性能，可采用通用型的挤出设备、注塑成型设备成型制件，其制件具有优良的力学性能和表面光泽度。

Description

一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物。
背景技术
超高分子量聚乙烯(Ultra~high molecular weight Polyethylene，简称UHMWPE)一般指相对分子质量超过150万的聚乙烯(PE)，而普通PE的相对分子质量一般仅为2万~30万，国产UHMWPE的相对分子质量可达400万~500万，而Ticona生产的UHMWPE的相对分子质量可高达1000万，挤出注塑成型加工困难，只能采用模压烧结成型。模压成型效率低，能耗高，因此针对UHMWPE成型难，寻求高效的成型加工方法变得迫在眉睫。
另一方面，UHMWPE是现有的优质工程塑料，制成的管材与其它塑料管材和金属管材相比，在许多方面都具有明显的优势，如高耐磨性和优异的耐冲击性，高耐磨性居塑料首位，是普通塑料的5~7倍、钢管的7~10倍。要想用普通的挤出设备挤出UHMWPE管材非常困难，设备要求根本无法满足，因此必须对其进行流动性改性。再加上由于超高的相对分子质量，导致了其熔体粘度极高(达1×108Pa·s)，流动性极差，临界剪切速率极低，加工时极易产生熔体破裂，成为研究人员关注的焦点。
目前对超高分子量聚乙烯流动性改性的手段主要是通过添加中低分子量聚乙烯材料或流动性改性剂(液晶，液体石蜡等等)改善UHMWPE的流动性，或者对成型设备进行改进，或者采用新的成型加工技术。但添加中低分子量聚乙烯虽可改善UHMWPE的流动性，但又存在着挤出熔体表面破裂、鲨鱼皮和不光滑等缺陷，因此也成了研究人员必须解决的问题。
中国专利CN1428370将85~95%超高分子量聚乙烯、3~15聚硅氧烷、0.2~2%抗氧剂混合、搅拌均匀，烘干，将经干燥的原料进行挤出造粒，这种共混料由于加入有机硅作为改性剂，流动性得到极大的提高，所制备的UHMWPE管材具有极好的耐磨性、耐腐蚀性和耐低温性，但专利中也并没有提及挤出成型过程中的表面缺陷问题。
中国专利CN106750724A公开了一种用于制备超高分子量聚乙烯管材的组合物，具有优良的耐热氧老化性能，同时具有优良的力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性和挤出加工性能。但配方设计成分复杂，UHMWPE原有的力学性能也受到了一定的影响，专利中也并没有提及超高分子管材挤出成型过程中的表面缺陷问题。
本发明主要针对含氟聚合物助剂母料可应用于挤出高性能聚乙烯管材，消除表面缺陷和降低生产能耗，研发了一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物。所选用的UHMWPE原料，数均分子量3.7×106 g/mol，价格较贵，目前国外主要用于注射模压成型滑雪板，应用领域主要是娱乐场所设施，具有优异的耐磨性；所选用的HDPE流动性适中，黏度大，可高温220~245℃注塑成型，力学性能影响不大，适合用于盛装活性较高化学品的容器和非耐压管生产。据相关专利报道，UHMWPE/HDPE管材采用通用型挤出加工设备成型的报道尚未见诸，所以本发明主要是针对管材的应用研发一种UHMWPE/HDPE管材的组合物，并对组合物进行了高性能化聚乙烯管材挤出工艺的初步探索。
发明内容
针对上述背景技术的问题，本发明的目的在于提供一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物。它与现有的此类组合物相比，采用高密度聚乙烯改性，且混入特定的含氟聚合物助剂母料，使组合物具有优良的力学性能、耐磨性能和挤出加工性能。
本发明的上述效果是通过如下技术方案实现的：
1、研制一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，由以下质量百分比比例的原料加工制成：
UHMWPE 60~80
HDPE 15~35
PPA母料 5~10。
所述的UHMWPE (牌号GUR5113)，数均分子量3.7×106 g/mol，由Ticona公司生产提供。
所述的HDPE，熔体流动速率 (21.6 kg)为9.5g/10min，适合用于盛装活性较高化学品的容器和非耐压管生产，由上海赛科石油化工有限责任公司生产提供。
所述的PPA母料由含氟聚合物助剂和基材制成的，所述的PPA母料中的含氟聚合物助剂采用含氟聚合物助剂PPA，是专门针对聚乙烯类材料研发的，选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯-乙烯基醚共聚物以及它们的复配杂化物，极低的添加量150~600 ppm可改善聚烯烃类树脂，挤出工艺上的加工性能，而且不会影响树脂本身的物理性能，也不会影响制品的粘结、印刷和热封性能；而所述的PPA母料中的基材采用HDPE，PPA母料是通过PPA微粉和HDPE基材高速混合均匀，之后再经同向双螺杆熔融共混挤出造粒成型，其PPA母料中含氟聚合物助剂PPA的含量可达到5~10wt%。
具体地说，所述的PPA母料由下述的重量百分比配比的组分制成：
HDPE 85~95
含氟聚合物助剂PPA 5~15
所述的PPA母料的制备方法，包括以下步骤：
A.干燥：将含氟聚合物助剂PPA、HDPE在干燥箱中干燥6~12 h；
B.称量：按照重量百分比配比，称取干燥后的含氟聚合物助剂PPA、HDPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合3~8 min，所述高速混合机的转速为 300~3000 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过130~180 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为30~300 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成PPA母料颗粒。
本发明上述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.干燥：将PPA母料、HDPE和UHMWPE在干燥箱中干燥8~12 h；
B.称量：按照重量百分比配比，称取干燥后的PPA母料、HDPE和UHMWPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合3~8 min，所述高速混合机的转速为 300~3000rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过160~245 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为30~300 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。
所述的挤出机为单螺杆挤出机、同向双螺杆挤出机、三螺杆挤出机中的一种。
所述UHMWPE/HDPE管材的组合物可采用通用型的注塑机成型，具有良好的可成型性。
所述的超高分子量聚乙烯组合物的性状是粒状混合物料，堆密度高(≥ 0.50 g/cm3)，挤出性能优异，简支梁冲击强度，KJ/m2，不断裂；拉伸屈服强度26~29 MPa；拉伸断裂应力26~29 MPa。
本发明的有益效果：成功研发了一种用于制备高表面光洁度的UHMWPE/HDPE管材的组合物。通过添加含氟聚合物助剂母料，消除了UHMWPE/HDPE管材的组合物挤出过程中存在的表面缺陷，降低了生产能耗。此外，上述的UHMWPE/HDPE管材的组合物中，所选用的UHMWPE原料，数均分子量3.7×106 g/mol，价格较贵，目前国外主要用于注射模压成型滑雪板，应用领域主要是娱乐场所设施，具有优异的耐磨性；所选用的HDPE流动性适中，黏度大，可高温 220~245℃注塑成型，力学性能影响不大，适合用于盛装活性较高化学品的容器和非耐压管生产。与相关专利报道的管材组合物相比，整个管材组合物体系的配方设计简单，且通过以上方法制备的UHMWPE/HDPE管材的组合物，具有良好的挤出加工性能，可采用通用型的挤出设备、注塑成型设备成型制件，其制件具有优良的力学性能和表面光泽度。
具体实施方式
下面结合具体实施例子对本发明做进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下实例。
本发明下述实施例所用的UHMWPE 采用UHMWPE (牌号GUR5113)，数均分子量3.7×106 g/mol，由Ticona公司生产提供。
本发明下述实施例所用的HDPE，为现有技术产品，由上海赛科石油化工有限责任公司生产提供，其熔体流动速率 (21.6 kg)为9.5 g/10min，适合用于盛装活性较高化学品的容器和非耐压管生产。
实施例1
一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，采用以下方法：
1、一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于：按照重量百分比配方：
UHMWPE 80
HDPE 15
PPA母料 5。
上述PPA母料的制备方法为：
A.干燥：将偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、HDPE在干燥箱中干燥8 h；
B.称量：按照重量百分比配比偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物：HDPE=10：90，称取干燥后的偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物、HDPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5 min，所述高速混合机的转速为 2500rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过160 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为230 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机、同向双螺杆挤出机、三螺杆挤出机中的一种。
2、一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物的制备方法，包括如下步骤：
A干燥：.将PPA母料、HDPE和UHMWPE在干燥箱中干燥8 h；
B.称量：按照重量百分比配比，称取干燥后的PPA母料、HDPE和UHMWPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5 min，所述高速混合机的转速为 2500 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过195 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为250 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。
注塑所得样条的简支梁冲击强度，KJ/m2，不断裂；拉伸屈服强度26~29 MPa；拉伸断裂应力26~29 MPa。
实施例2
一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，采用以下方法：
1、一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于：按照重量百分比配方：
UHMWPE 75
HDPE 20
PPA母料 5。
上述PPA母料的制备方法为：
A.干燥：将四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、HDPE在干燥箱中干燥8 h；
B.称量：按照重量百分比配比四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物：HDPE=10：90，称取干燥后的四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、HDPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5 min，所述高速混合机的转速为 2500 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过160 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为100 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。所述的螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机、三螺杆挤出机中的一种。
2、一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物的制备方法，包括如下步骤：
A.干燥：将PPA母料、HDPE和UHMWPE在干燥箱中干燥8 h；
B.称重：按照重量百分比配比，称取干燥后的PPA母料、HDPE和UHMWPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5 min，所述高速混合机的转速为 2500 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过205℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为270 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。
注塑所得样条的简支梁冲击强度，KJ/m2，不断裂；拉伸屈服强度26~29 MPa；拉伸断裂应力26~29 MPa。
实施例3
一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，采用以下方法：
1、一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于：按照重量百分比配方：
UHMWPE 70
HDPE 25
PPA母料 5。
上述PPA母料的制备方法为：
A.干燥：将聚氟乙烯、HDPE在干燥箱中干燥8 h；
B.称重：按照重量百分比配比聚氟乙烯：HDPE=10：90，称取干燥后的聚氟乙烯、HDPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5 min，所述高速混合机的转速为 2500 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过140 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为200 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。所述的螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机、三螺杆挤出机中的一种。
2、一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物的制备方法，包括如下步骤：
A.干燥：将PPA母料、HDPE和UHMWPE在干燥箱中干燥8 h；
B.称重：按照重量百分比配比，称取干燥后的PPA母料、HDPE和UHMWPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合5 min，所述高速混合机的转速为 2500 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过225 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为230 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。
注塑所得样条的简支梁冲击强度，KJ/m2，不断裂；拉伸屈服强度26~29 MPa；拉伸断裂应力26~29 MPa。

Claims (9)

1.一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于，由下述的重量百分比组分制成：
UHMWPE 60~80
HDPE 15~35
PPA母料 5~10。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于，所述的UHMWPE 采用牌号GUR5113的UHMWPE，数均分子量3.7×106 g/mol，由Ticona公司生产提供。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于，所述的HDPE，熔体流动速率 21.6 kg为9.5g/10min，适合用于盛装活性较高化学品的容器和非耐压管生产。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于，所述的PPA母料由含氟聚合物助剂和基材制成的，所述的PPA母料中的含氟聚合物助剂采用含氟聚合物助剂PPA，是专门针对聚乙烯类材料研发的，选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯-乙烯基醚共聚物以及它们的复配杂化物，极低的添加量150~600 ppm能改善聚烯烃类树脂，挤出工艺上的加工性能，而且不会影响树脂本身的物理性能，也不会影响制品的粘结、印刷和热封性能；而所述的PPA母料中的基材采用HDPE，PPA母料是通过PPA和HDPE基材高速混合均匀，之后再经同向双螺杆熔融共混挤出造粒，其PPA母料中含氟聚合物助剂PPA的含量能达到5~10wt%。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于，所述的UHMWPE/HDPE管材的组合物专用料的性状是粒状混合物料，堆密度高≥0.50g/cm3，挤出性能优异，简支梁冲击强度，KJ/m2，不断裂；拉伸屈服强度26~29MPa；拉伸断裂应力26~29MPa。
6.根据权利要求4所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物，其特征在于，
1）所述的PPA母料由下述的重量百分比配比的组分制成：
HDPE 85~95
含氟聚合物助剂PPA 5~15
2）所述的PPA母料的制备方法，包括以下步骤：
A.干燥：将含氟聚合物助剂PPA、HDPE在干燥箱中干燥6~12 h；
B.称量：按照重量百分比配比，称取干燥后的含氟聚合物助剂PPA、HDPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合3~8 min，所述高速混合机的转速为 300~3000 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过130~180 ℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为30~300 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成PPA母料颗粒。
7.根据权利要求 1至6任一所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.干燥：将PPA母料、HDPE和UHMWPE在干燥箱中干燥8~12 h；
B.称量：按照重量百分比配比，称取干燥后的PPA母料、HDPE和UHMWPE；
C.共混：将称取后的各组分置于高速捏合机中高速混合3~8 min，所述高速混合机的转速为 300~3000 rpm；
D.挤出造粒：将上述充分混合均匀的原料投入到螺杆挤出机，经过160~245℃的高温加热，在高温螺杆熔腔内熔融塑化并以转速为30~300 rpm挤出原料；从螺杆挤出的原料经冷却送入切粒机中切割成颗粒。
8.根据权利要求7所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物的制备方法，其特征在于，所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机、同向双螺杆挤出机、三螺杆挤出机中的一种。
9.根据权利要求7至8任一项所述的一种用于制备UHMWPE/HDPE管材的组合物的制备方法，其特征在于，所述UHMWPE/HDPE管材的组合物可采用传统的注塑成型，具有良好的可成型性。
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