專利名稱：一種用于制備超高分子量聚乙烯管材的組合物及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于制備超高分子量聚乙烯管材的組合物及其制法。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(Ultra-highmolecular weight Polyethylene，簡稱UHMWPE)一般指相對分子質(zhì)量超過150萬的聚乙烯(PE)，而普通PE的相對分子質(zhì)量一般僅為2萬 30萬，國產(chǎn)UHMWPE的相對分子質(zhì)量可達400萬 500萬，而德國生產(chǎn)的UHMWPE的相對分子質(zhì)量高達1000萬。UHMWPE極高的相對分子質(zhì)量賦予它極其優(yōu)異的性能①極好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，是普通高密度聚乙烯(HDPE)的200倍、普通塑料的5 10倍；②極強的耐磨性，居塑料首位，是普通塑料的5-7倍、鋼管的7-10倍；③極高的耐沖擊性，沖擊強度在現(xiàn)有塑料中最高，即使在_70°C條件下仍保持相當高的沖擊強度；④優(yōu)異的自潤滑性，與聚四氟乙烯(PTFE)相當；⑤優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐疲勞性和耐候性；⑥無毒、不吸水、密度小、不粘附、抗靜電、吸噪音，并且易于機械加工，可著色。UHMWPE是現(xiàn)有的優(yōu)質(zhì)工程塑料，用其制成的管材與其它塑料管材和金屬管材相比，在許多方面都具有明顯的優(yōu)勢。雖然UHMWPE具有上述優(yōu)異的性能，但正是由于其超高的相對分子質(zhì)量導(dǎo)致了其熔體粘度極高(達IX IOSPa · s)，流動性極差，臨界剪切速率極低，加工時極易產(chǎn)生熔體破裂，很難用常規(guī)的塑料成型設(shè)備和工藝加工。要想用普通擠出設(shè)備擠出UHMWPE管材，必須對其進行改性，即通過各種手段改善UHMWPE的流動性，或者對成型設(shè)備進行改進，或者采用新的成型加工技術(shù)。中國專利CNlOl 134827和CN1807062采用液晶聚合物改性UHMWPE，液晶聚合物具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨性和流動性，將液晶聚合物與UHMWPE進行復(fù)合，可使UHMWPE的加工性能得到明顯的改善，并使其力學(xué)性能和耐磨性能得到提高，不足之處是加工溫度高達250-3000C，能耗較高，且專利中沒有提及耐熱氧老化性能，對于UHMWPE管材來說，耐熱氧老化性能也是一項很重要的指標，影響到管材的使用壽命。中國專利CN1^8370將85_95%超高分子量聚乙烯、3_15%聚硅氧烷、0. 2_2%抗氧劑混合、攪拌均勻，在真空干燥箱內(nèi)40-60°C烘干5-7小時，將經(jīng)干燥的原料進行擠出造粒，這種共混料由于加入有機硅作為改性劑，流動性得到極大的提高，所制備的UHMWPE管材具有極好的耐磨性、耐腐蝕性和耐低溫性，但該專利對專用料進行了造粒，成本較高，專利中也沒有提及耐熱氧老化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超高分子量聚乙烯管材組合物，它與現(xiàn)有的此類組合物相比，采用氟彈性體改性，且混入特定的抗氧體系，使組合物具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性能、耐腐蝕性、耐熱氧老化性能和擠出加工性能。本發(fā)明的目的還在于提供一種制備本發(fā)明組合物的方法，該方法可以保證各組分混合均勻，制備出的組合物堆密度高，可以提高擠出加工效率。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實施的研制一種用于制備超高分子量聚乙烯管材的組合物，由以下質(zhì)量比例的原料加工制成超高分子量聚乙烯含氟聚合物加工助劑聚乙烯蠟硬脂酸鈣/硬脂酸鋅復(fù)合物復(fù)合抗氧劑碳黑=100份0. 01 0. 1 1 8 0. 1 1. 0 0. 1 0. 5 0. 5 3其中，所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量范圍設(shè)置為150 X IO4 400 X IO4 ；所述的含氟聚合物加工助劑設(shè)置為偏二氟乙烯的氟化共聚物；所述的硬脂酸鈣/硬脂酸鋅復(fù)合物的質(zhì)量比例設(shè)置為1 3 1 ；所述的復(fù)合抗氧劑設(shè)置為A受阻酚類抗氧劑和B亞磷酸酯類抗氧劑的混合物，質(zhì)量比例設(shè)置為A B = 1 1 3 ；所述的超高分子量聚乙烯組合物的性狀是黑色粉狀混合物料，堆密度高(彡0. 48g/cm3)，可以提高擠出加工效率(擠出速度可達彡3m/h)；拉伸斷裂應(yīng)力，MPa J6 四；拉伸斷裂應(yīng)變，％，260 340 ；簡支梁沖擊強度，kj/m2，不斷裂；拉伸屈服強度，MPa, 23 沈；氧化誘導(dǎo)期，min，35 68 ；磨損率，％，0. 05 0. 50 ；擠出性能 Φ159_，ι Λ，3。上述的組合物，其特征是所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量范圍設(shè)置為200 X IO4 300 X 104。上述的組合物，由以下質(zhì)量比例的原料加工制成超高分子量聚乙烯含氟聚合物加工助劑聚乙烯蠟硬脂酸鈣/硬脂酸鋅復(fù)合物復(fù)合抗氧劑碳黑=100份0.03 0.08 3 5 0. 1 1. 0 0. 1 0. 5 0. 5 3。上述組合物的制備方法，其特征是在合適容積的錐型混合機中，將超高分子量聚乙烯樹脂放入，啟動混合機，先將硬脂酸鈣和硬脂酸鋅復(fù)合物投入混合機中混合1 2小時后，依次加入復(fù)合抗氧劑、聚乙烯蠟、含氟聚合物加工助劑和碳黑，混合2 3小時，按GB/Τ1636檢測堆密度，一般大于0. 45g/cm3,密封包裝。發(fā)明的效果通過以上方法制備的超高分子量聚乙烯管材組合物具有優(yōu)良的耐熱氧老化性能，200°C氧化誘導(dǎo)期大于30分鐘，同時具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性能、耐腐蝕性、耐熱氧老化性能和擠出加工性能。
具體實施方式
實施例1 (配量比均為質(zhì)量份數(shù)，以下同)
超高分子量聚乙烯(粘均分子量120X IO4)100
聚乙烯蠟2
硬脂酸鈣0. 2
硬脂酸鋅0. 5
復(fù)合抗氧劑0. 1
** (含氟聚合物加工助劑FX-59200. 1
碳黑2
所需原料，均為市售商品，其中，** (含氟聚合物加工助劑FX-5920為美國3Μ公司
含氟聚合物加工助劑PPA系列產(chǎn)品(例如，F(xiàn)X-5911、5920、5924)中的一種型號，在一些領(lǐng)域也稱“流變劑”、“光亮劑”、“爽滑劑”等等。是由美國3M公司開發(fā)的一類由含氟高分子聚合物為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的添加劑，它能幫助您改善聚合物的加工性能。以下各實施例同此。
實施例2
超高分子量聚乙烯(粘均分子量185Χ104)100
聚乙烯蠟3
硬脂酸鈣0. 3
硬脂酸鋅0. 1
復(fù)合抗氧劑0. 2
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 08
碳黑1. 5
實施例3
超高分子量聚乙烯(粘均分子量202X IO4)100
聚乙烯蠟4
硬脂酸鈣0. 2
硬脂酸鋅0. 5
復(fù)合抗氧劑0. 3
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 06
碳黑1. 2
實施例4
超高分子量聚乙烯(粘均分子量237X IO4)100
聚乙烯蠟5
硬脂酸鈣0. 5
硬脂酸鋅0. 1
復(fù)合抗氧劑0. 3
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 02
碳黑1
實施例5
超高分子量聚乙烯(粘均分子量256X IO4)100
聚乙烯蠟8
硬脂酸鈣0. 2
硬脂酸鋅0. 1
復(fù)合抗氧劑0. 3
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 01
碳黑0. 8
實施例6
超高分子量聚乙烯(粘均分子量278X IO4)100
聚乙烯蠟7
硬脂酸鈣0. 1
硬脂酸鋅0. 3
復(fù)合抗氧劑0. 4
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 01
碳黑0. 5
實施例7
超高分子量聚乙烯(粘均分子量IO4)100
聚乙烯蠟4
硬脂酸鈣0. 3
硬脂酸鋅0. 2
復(fù)合抗氧劑0. 25
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 03
碳黑1
實施例8
超高分子量聚乙烯(粘均分子量323X IO4)100
聚乙烯蠟7
硬脂酸鈣0. 2
硬脂酸鋅0. 1
復(fù)合抗氧劑0. 3
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 01
碳黑0. 8
實施例9
超高分子量聚乙烯(粘均分子量358X IO4)100
聚乙烯蠟5
硬脂酸鈣0. 3
硬脂酸鋅0. 4
復(fù)合抗氧劑0. 4
含氟聚合物加工助劑FX-59200. 03
碳黑0. 5
實施例10
超高分子量聚乙烯(粘均分子量376 X IO4)100聚乙烯蠟1硬脂酸鈣0.4硬脂酸鋅0.4復(fù)合抗氧劑0.4含氟聚合物加工助劑FX-59200.1碳黑1*按以上各實施例的組合配方配制管材料，測試數(shù)據(jù)見表1
實施例 拉伸斷拉伸斷簡支梁拉伸屈氧化誘導(dǎo)磨損率""M^
裂應(yīng) 裂應(yīng) 沖擊強服強度，期(min)%性能
力，MPa 變,％ 度，MPa (Ol 59mm)
kJ/m2m/h
GB1040 GB1040 GB1843GB1040 ASTM “ ISO 15527
D3895
實施例1 28 280 不斷裂24 35 0.053
實施例2 27 270 不斷裂25 40 ] 0.103
實施例3 27 260 不斷裂25 47 0.503
實施例4 28 270 不斷裂24 52 0.063
實施例5 28 290 不斷裂25 55 0.063
實施例6 26 340 不斷裂24 61 0.053
實施例7 29 300 不斷裂23 50 0.103
實施例8 27 300 不斷裂24 53 0.103
實施例9 27 310 不斷裂24 62 0.053
實施例 29 280 不斷裂26 68 0.063 ‘
權(quán)利要求
1.一種用于制備超高分子量聚乙烯管材的組合物，由以下質(zhì)量比例的原料加工制成超高分子量聚乙烯含氟聚合物加工助劑聚乙烯蠟硬脂酸鈣/硬脂酸鋅復(fù)合物復(fù)合抗氧劑碳黑=100份0. 01 0. 1 1 8 0. 1 1. 0 0. 1 0. 5 0. 5 3其中，所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量范圍設(shè)置為150X IO4 400X IO4;所述的含氟聚合物加工助劑設(shè)置為偏二氟乙烯的氟化共聚物；所述的硬脂酸鈣/硬脂酸鋅復(fù)合物的質(zhì)量比例設(shè)置為1 3 1 ；所述的復(fù)合抗氧劑設(shè)置為A受阻酚類抗氧劑和B亞磷酸酯類抗氧劑的混合物，質(zhì)量比例設(shè)置為A B = 1 1 3 ；所述的超高分子量聚乙烯組合物的性狀是黑色粉狀混合物料，堆密度高彡0. 48g/cm3，擠出速度彡3m/h ；拉伸斷裂應(yīng)力，MPa，26 29 ；拉伸斷裂應(yīng)變，%,260 ~ 340 ；簡支梁沖擊強度，kj/m2，不斷裂；拉伸屈服強度，MPa，23 26 ；氧化誘導(dǎo)期，min，35 68 ；磨損率，％，0. 05 0. 50 ；擠出性能 Φ 159mm, m/h，3。
2.按照權(quán)利要求1所述的組合物，其特征是所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量范圍設(shè)置為200 X IO4 300 XlO4。
3.按照權(quán)利要求1所述的組合物，由以下質(zhì)量比例的原料加工制成超高分子量聚乙烯含氟聚合物加工助劑聚乙烯蠟硬脂酸鈣/硬脂酸鋅復(fù)合物復(fù)合抗氧劑碳黑=100份0.03 0.08 3 5 0. 1 1. 0 0. 1 0. 5 0. 5 3。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述組合物的制法，其特征是在合適容積的錐型混合機中，將超高分子量聚乙烯樹脂放入，啟動混合機，先將硬脂酸鈣和硬脂酸鋅復(fù)合物投入混合機中混合1 2小時后，依次加入復(fù)合抗氧劑、聚乙烯蠟、含氟聚合物加工助劑和碳黑，混合2 3小時，按GB/T1636檢測堆密度，密封包裝。
全文摘要
一種用于制備超高分子量聚乙烯管材的組合物及其制法。該組合物由以下質(zhì)量比例的原料加工制成超高分子量聚乙烯∶含氟聚合物加工助劑∶聚乙烯蠟∶硬脂酸鈣/硬脂酸鋅復(fù)合物∶復(fù)合抗氧劑∶碳黑＝100份∶0.01～0.1∶1～8∶0.1～1.0∶0.1～0.5∶0.5～3。將超高分子量聚乙烯樹脂放入，啟動混合機，先將硬脂酸鈣和硬脂酸鋅復(fù)合物投入混合機中混合1～2小時后，依次加入復(fù)合抗氧劑、聚乙烯蠟、含氟聚合物加工助劑和碳黑，混合2～3小時，按GB/T1636檢測堆密度，密封包裝。通過以上方法制備的超高分子量聚乙烯管材組合物具有優(yōu)良的耐熱氧老化性能，200℃氧化誘導(dǎo)期大于30分鐘，同時具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性能、耐腐蝕性、耐熱氧老化性能和擠出加工性能。
文檔編號C08K3/04GK102382344SQ201010269138
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者孔祥森, 孫建平, 張建民, 李淼, 虞曉民 申請人:中國石油化工股份有限公司