專利名稱：超高分子多功能水泥塑料的制作方法
一種為改善超高分子量聚乙稀(UHMW-PE)塑料的加工成型，采用把原材料UHMW-PE先粉碎成粉壯體再加入一定比例量水泥，稍加水份，攪拌均勻，這種混合型材料，不但可以很方便地解決自身成型，也可方便地與鋼材、金屬粉、數(shù)多種功能性材料共混成型，經(jīng)過修飾后高溫燒結即成設計規(guī)格的改性超高分子量聚乙稀塑料制品及鋼塑混合制品，塑料合金，功能性塑料制品。
眾所周知，UHMW-PE塑料的成型加工是個世界性難題，其原因是如用傳通熱塑成型工藝，由于原材料分子量太高，溶融后粘度太大、擠出、注塑等工藝很難成設計制品，如仿用四氟乙稀的冷成型加工藝，其原材料角質砂粒體，加上不親水的特性，使其成一體為設計型制品也確是難題，更不用說和其它材料共混成制品，本發(fā)明就是為了解決這些問題，提出把UHMW-PE原材料粉碎后加入一定比例量水泥，用水攪拌適度，這種用水泥為助劑填料的粉體混合型物質，不但可以方便自身的成型加工、同時也方便和其它如鋼材、金屬料、功能性材料的共混制成設計制品。
本發(fā)明具體是這樣實現(xiàn)的，為了這種UHMW-PE的材料制品，達到一定密度(密度的大小關系到制品的整體強度)所以要把角質狀砂粒體的UHMW-PE原材料通過機械粉碎(有條件可到納米程度)，這是其一。其二是選用一定比例量水泥(水泥的品種標示很多，可任選一種、水泥的顏色品種也很多，也可任選一種)最好選用白色水泥，這樣可以方便制品的顏色調配。再就是把兩種原材料共混攪拌(其中要加一定水份，水泥方能發(fā)生聚集凝固作用)。這種均勻的混合型材料即可方便地服務任何制品的工藝制作。制成設計的規(guī)格制品，同時也可方便地與其它材料如鋼網(wǎng)、金屬粉、功能性材料等共混成制品(注本發(fā)明很清楚是一種自然溫度成型后再燒結的制作工藝，因為原材料UHMW-PE溶融后因分子量高粘度太大，根本沒有流動性，很不適用熱塑成型。以上曾有人試圖用石油謎來改善UHMW-PE溶融后的擠出工藝，其作用是用石油濕潤滑原料在擠出機腔粘度作用，好方便擠出成型，也有人試圖擠出機腔開出三道堂線，以幫助原料從腔中順利擠出，辦法雖好，也有一定道理但仍未能推行開來)。本發(fā)明加入一定量水泥，并不想解決擠出工藝，只是利用水泥的強吸潮性，改變UHMW-PE原材料的不親水性，使各種材料在水泥強吸潮聚結凝固在一起好方便成型，這種成型只是冷成型，原材料的成型，并不是合格為塑制品，要通過高溫燒結才能是有高強度的合格制品。
高溫成型是塑料品種材料的共性，無論是要求溫度的高低都是塑料品種的需要，無論是熱塑成型還是成型后燒結，也同樣是塑料品種的需要，只有溫度才可以使塑料制成設計的規(guī)格制品，其他任何工藝代替不了溫度對塑料的成型作用。納米工藝也是這樣，納米只是細化原材料的工藝，不是成型工藝，本發(fā)明要求把UHMW-PE原材料機械粉碎，有條件可以納米化，這是因為原材料呈角質狀，砂粒體，傳通工藝中，可以有要求UHMW-PE采用仿四氟乙稀的冷成型再燒結的工藝，冷成型需要一定壓力，目的是要保證材料的密實度，才能保證燒結后制品的強度要求，角質狀和砂粒體中玄空很大，要保證制品的密度，首先要把原材料中的玄空去掉，壓力可以辦到，粉碎細化材料也可以辦到，本發(fā)明采用粉碎細化方法，有條件可納米化程度，可是這種UHMW-PE的細化后、其不親水的特性沒有改變，自身仍不能成型。為了改變這種性能，本發(fā)明采用加入一定比例量的水泥和UHMW-PE原材料充分均勻地混合在一起，利用和發(fā)揮水泥的強吸潮性，使這種以水泥為主動的混合型材料具有了一定的親水性。
本發(fā)明可以具體這樣完成在原材料UHMW-PE中混入一定比例量水泥這種混后體具備了有親水性的物質材料、實際上其現(xiàn)狀是水泥制品原料，因為水泥具備這種大容納量功能，所以這種加入水泥的UHMW-PE原料只是水泥制品填料的作用，并沒有主體作用，當高溫燒結后，塑料的主體作用才能體現(xiàn)出來，高溫燒結，是塑料成型的一種工藝程序，也是塑料成型的一種共性形式，本發(fā)明中的UHMW-PE塑料和水泥混合成型后要燒結才可以是正制品、混合成型只是水泥予制品，在燒結的過程中，兩種材料有個換位的過程，也就是當予制品中的水份蒸發(fā)完全后，水泥已成干粉已失去凝固的作用，而UHMW-PE塑料在高溫下分子鏈膨脹聯(lián)接形成一體，反包容了水泥干粉，UHMW-PE同樣具有容納量大的特征，這種混合型制品的高溫燒結過程，就是其中水泥UHMW-PE兩種材料的換位過程，也就是原是UHMW-PE作為水泥制品的填料，受水泥的強吸潮凝固作用成型，高溫燒結后，水泥中的水份耗完UHMW-PE的分子鏈受熱膨脹，反把水泥粉體包容在體內(nèi)，變成水泥原料反成了UHMW-PE的制品填料。這個換位過程中，混合型制品的形狀沒有任何改變。試制品(1)就是用手把這種混合型材料捏成隨意形狀，放入高溫燒結爐中，燒到UHMW-PE成熟溫度，取出后保持原狀態(tài)，實驗試制品。(2)把混合型材料筑成園筒狀態(tài)，平放在高溫燒結爐中，UHMW-PE的成熟度后園筒狀沒變形保持原筒形狀，只是整體有收縮現(xiàn)象，但保持了UHMW-PE的溶融后不流動變形的本性。實驗試制的結果證明兩點一是這種混合型材料的成型，可以任意選擇加工成型的方式制成任意設計規(guī)格制品；二是實踐證明這種混合型材料可以通過燒結成為有強度的，合乎規(guī)格的保持UHMW-PE塑料性能的混合制品，有了這兩條保證，這種混合材料就可以很方便地與鋼材的共混成型，以及和金屬粉體共混和數(shù)多種功能性材料共混成型，這是因為這些材料都可和水泥共混成型，都可以做為水泥的填料加入混合制品中，形成多種混合型的材料制品，并且一定程度保持UHMW-PE塑料的性能作用。這種超高分子多功能混合型材料可以有以下幾種作用目的一、可以方便與鋼材的共混成型，為了達到共混的目的和效果，鋼材可以是網(wǎng)狀的優(yōu)質鋼材，可以是焊接網(wǎng)、軋鋼網(wǎng)、編織網(wǎng)，也可是焊、軋、編等工藝混合制鋼網(wǎng)?；旌现破分械匿摼W(wǎng)設計使用量，可以是單層網(wǎng)，也可以是多層網(wǎng)，其網(wǎng)孔的孔經(jīng)、孔距、孔型以及用材的各種份量和網(wǎng)的規(guī)格尺寸，都可以是按制品的服務功能要求而制作。這種鋼塑混合制品。其中鋼材和UHMW-PE塑料兩種材料都具有高品位的價值，在混合制品中，各自發(fā)揮自身的優(yōu)良性能，卻又同時在克服對方的先天不足。網(wǎng)狀的鋼材做為鋼骨架置身于混合制品體內(nèi)，對制品的整體明顯有所加強，克服了塑料的先天性輕質軟弱和蠕變的毛病，而UHMW-PE在以塑料為基體的混合制品中，不單服務介質對制品的各種要求，同時由于UHMW-PE自身的不親水性，對制品體內(nèi)鋼材的先天性氧化銹蝕也是很好的防護。
二、可以方便與各種金屬粉體材料共混成制品、社會的發(fā)展使人們對塑料的作用要求越來越高性能化，塑料合金在社會實用中的影響越來越大，高效率而低損耗是塑料合金材料制品特別貢獻，聚四氟乙稀就可以是一個典型的塑料合金材料，如果加入一定比例的銅和鉛的粉壯材料，其混合制品的耐磨強度可以高出單一聚四氟乙稀制品500倍數(shù)之多(參塑料性能手冊)，這就可見塑料與金屬粉體材料共混的作用效果，為此，科技日款2001年4月9日5版的一則報導介紹，由華南理工大學著名青年科學家青年瞿金平教授領導研究的“九五”國家重點科技攻關重中之重項目“聚合物動態(tài)反應加工技術”3月31日通過國家級技術鑒定驗收。這種高技術設備實質就是解決金屬與塑料共混制品中的均勻度，是針對熱塑成型工藝中金屬粉體與塑料均勻共混成型的技術與設備，這種工藝設備的成功出現(xiàn)，對塑料合金制品的實用價值和適用范圍都是很突出的貢獻。而本發(fā)明則不需要這種技術和設備，就可以方便地把金屬粉體和塑料共混在一起，制成所需要的設計規(guī)格制品，由于UHMW-PE的分子量高，其高強度，低損耗等多種優(yōu)良性能特征，所制混合型塑料合金就比一般熱塑性的塑料合金材料的性能作用好得多。這是本發(fā)明把UHMW-PE這種高品位塑料與金屬粉共混制成塑料合金材料的一大貢獻。
三、本發(fā)明不單能充分發(fā)揮UHMW-PE與金屬粉體物質的合作，還可以根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)，國防工業(yè)等特殊設備制作的需要，把數(shù)多種功能性材料的UHMW-PE共混制成高質量的功能性塑料制品，如耐磨、硬質的瓷粉物質，其良好的絕緣體和良好化學穩(wěn)定性，是電力系統(tǒng)設備的上好材料，但其脆脆性是其先天性毛病，本發(fā)明中用UHMW-PE與瓷粉共混成制品這種混合型制品對瓷材的脆弱就是一種克制，這只是一種積極作用，更重要是本發(fā)明的方便成型制作，給這種特別能性的材料提供了發(fā)揮作用的良好機會。如磁性材料，超硬質金剛石材料等都是國防工業(yè)等特殊行業(yè)極待需要的材料，所以解決這些功能性材料的成型，是對現(xiàn)代工業(yè)、國防工業(yè)等制品的使用價質和適用范圍是很大的提高和擴大。
本發(fā)明超高分子多功能水泥塑料，其實質貢獻只有兩點一是UHMW-PE的成型；二是對異物的共混合作。其一是UHMW-PE的制品成型是個公認的世界性難題，而本發(fā)明利用UHMW-PE和水泥兩種材料的共性是對異物(填料)大容量性和兩種材料的相反性，其共性是水泥和UHMW-PE兩種材料在加工成型時都具有需要填料助劑的加工特征，而反性則是水泥的強吸水性和UHMW-PE的不親水性，混合型制品的前期靠水泥的強吸水性，利用水做粘接劑把大量的填料(包括UHMW-PE)吸收聚集在一起，形成加工的方便，而后期則由于高溫下水份蒸發(fā)留下水泥粉料變或塑料需要的填料，這種相互利用，而又互為填料作用的過程，，使這兩種完全不同性質的物質得以科學地結合，這種結合下的產(chǎn)物——UHMW-PE與水泥混合性材料，不但可適用于傳通的擠壓摸壓等工藝成型也同樣方便手糊，現(xiàn)場和水泥制品一樣制成設計的規(guī)格制品。這些制品都可以是予制品，這種予制品可以集中起來放入專用爐具內(nèi)集中燒結，也可單體自行燒結，同樣，如果現(xiàn)場制作的設計制品，也可以現(xiàn)場用熱敷法進行燒結。這種混合型制品從制作到燒結成具有高強度的正規(guī)制品中間，有個予制成形的級段，這期間也可以對制品修飾一下，以保證制品的規(guī)格化要求。
本發(fā)明超高分子多功能水泥塑料，其高強度、輕質、防腐等優(yōu)良性能，是標準的高級建筑材料，并也是環(huán)保型的建筑材料，加上其制作方便的特征，無論是通用的管道板材等設計制品還是建筑用的門窗，以及圍護墻和屋面地板，本發(fā)明都可通過自身可行的制作工藝制出合格的建筑需要的制品，并且可以有比較的整體成型，免去二次組裝制作，其中門窗就是這樣，可以按規(guī)格設計一次成型，并且在設計制品上可以有工藝圖案。如果采用塑鋼混合服務于建筑材料，其優(yōu)良的服務性能，可以有三項超過在2001年5月，北京的第四科技國際上吹噓的“世界之窗”。一是標準質量；二是形體結構；三是制作工藝(可以另作解釋)。這種真正鋼塑混合型的門窗、管道、圍護墻空心板材等建筑用材，不但具有高強度、輕質、防腐等優(yōu)良性能，還是優(yōu)質的環(huán)保型材料制品。本發(fā)明可以制成的鋼塑混合型器材和功能性器材，不但是現(xiàn)代工業(yè)極待需要的材料制品，也是國防工業(yè)極待需要的材料制品，據(jù)材料介紹，超高分子量聚乙稀塑料的光纖產(chǎn)品，可以制成國防裝備中的防彈衣物，而本發(fā)明的混合型制品中如果合理配置超強硬質的金剛石合金砂一類的功能性材料，其制品同樣可以為軍工裝備的防彈器材服務，前者以柔克剛，起防彈效果，而后者則以鋼制剛同樣可以得到防彈效果。如果用設備中的坦克外體，艦艇的造形，采用本發(fā)明的功能性材料制品，其功能不但可以防彈，而且可以輕體絕緣避開紅外線掃描、達到隱身效果、艦艇還可以達到輕體，潤滑提速的效果，還可以防御長年海水的浸泡，這是UHMW-PE塑料特殊功能。所以本發(fā)明混合材料是一種高強度、輕質、低損耗的高品位材料，是在UHMW-PE塑料的基礎上的發(fā)揮。加上可以方便地和鋼材、金屬粉材、數(shù)多種功能性材料的共混，更是建筑業(yè)，現(xiàn)代工業(yè)，國防工業(yè)，環(huán)保業(yè)等社會各行業(yè)極待開發(fā)的設備材料，是可以比單一UHMW-PE塑料，鋼材以及功能性材料更有發(fā)揮價值的混合型材料。
權利要求
1.一種為解決UHMW-PE塑料的加工成型，以及這種塑料與網(wǎng)狀鋼材和粉狀金屬及數(shù)多種功能性材料的共混成型的一種加工改性辦法特征是先使原材料UHMW-PE粉狀化，然后加入一定比例量的水泥。這種由水泥混入的UHMW-PE塑料混合物，不但可以方便地通過各種加工工藝制成任意設計的規(guī)格制品，同時這種改性后的混合材料，也可方便地與網(wǎng)狀鋼材，粉狀金屬，功能性材料等共混成制品。
2.根據(jù)權利要求書1中所述這種改性的混合型UHMW-PE塑料可以用傳通的成型加工方法，也可以用手糊、現(xiàn)場成型等方法制成各種適用的設計規(guī)格制品，其成品可以是予制品，經(jīng)過修飾高溫燒結成正制品。
3.根據(jù)權利要求1、2中所述，這種改性的混合型材料的各種規(guī)格予制品，可以用爐具集中燒結。也可以單體自溫燒結，現(xiàn)場制作的規(guī)格制品也可以用熱敷高溫燒結。
4.根據(jù)權利要求書1中所述這種改性的UHMW-PE混合材料中的網(wǎng)狀鋼材，可以是焊接網(wǎng)，也可以是軋鋼網(wǎng)，也可以是編織網(wǎng)，同樣也可以是焊、軋、編等多種工藝的合成網(wǎng)。
5.根據(jù)權利要求書1、4中所述這種改性的UHMW-PE混合性制品中所用網(wǎng)狀鋼材，可以是單層鋼網(wǎng)，也可以是多層鋼網(wǎng)，網(wǎng)上的網(wǎng)孔大小、距離、造型等均可以服從混合制品的要求而設計制作。
6.根據(jù)權利要求書1所述這種混合型材料制品中的所需要的水泥，可以是諸多性能標號中的任何一種，諸多顏色中任何一種。
7.根據(jù)權利要求書1中所述這種混合型材料中的金屬粉狀材料，可以選用一種或多種共混合成制品，其用量和品種可以根據(jù)制品的需要而選用和定量。
8.根據(jù)權利要求書1中所述這種混合型材料中的功能性材料可任選一種，共混品種用量可以根據(jù)制品的需要而定。
9.根據(jù)權利要求1中所述這種混合型材料中的原材料UHMW-PE的角質砂粒體可以用粉碎機加工成粉體，有條件可以納米化。
全文摘要
本發(fā)明是超高分子量聚乙烯(UHMW－PE)塑料，為了方便加工成型，采用給塑料中加入一定量的水泥，利用水泥的強吸潮性，聚集凝固的特性，克服了超高塑料的砂粒狀、不親水、不易聚集固化成型的缺陷。這種用水泥改變加工特性的超高塑料，可以更好地發(fā)揮這種塑料優(yōu)良性能的社會實用價值和適用范圍。一是可以更方便地與鋼網(wǎng)共混，其形體結構如鋼筋混凝土，這種塑鋼共混型的復合材料中，其塑料為鋼材全方位防腐，鋼材圣體增強塑料，形成兩種材料的優(yōu)勢互補局面，同樣，也可方便與磁粉，金剛石等多種功能性材料共混成制品，這種由超高塑料為母基的功能性復合材料制品，明顯具備了抗風化降解能力，延長服務壽命，并能保證其功能性材料在制品中的適量、均勻。
文檔編號C08L23/06GK1390880SQ01121388
公開日2003年1月15日 申請日期2001年6月11日 優(yōu)先權日2001年6月11日
發(fā)明者鄭文章 申請人:鄭文章