膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯及其制備方法。其由重量比為60～100：5～50：1～10的超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨組成；制備方法是將超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨加入到橡塑密煉機(jī)中密煉，然后通過破碎機(jī)破碎，最后擠出造粒。由于膨脹石墨在較高載荷和剪切速度下被剝離，可得到納米分散的膨脹石墨，能和基體形成連續(xù)、均勻穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，在超高分子量聚乙烯復(fù)合材料中起潤(rùn)滑作用，可改善聚乙烯鏈間的能量傳遞，使得超高分子量聚乙烯鏈段相對(duì)滑動(dòng)變得容易，從而改善超高分子量聚乙烯的流動(dòng)性。另外，膨脹石墨還有利于降低該復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和提高其耐磨性。
【專利說明】膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯及其制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種改性超高分子量聚乙烯，具體是涉及一種膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯，同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種該膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一種線性結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料，具有優(yōu)良的抗沖擊性、耐磨損性、耐化學(xué)腐蝕性及自身潤(rùn)滑性等性能，他已大量應(yīng)用于具有上述特性的苛刻環(huán)境中，例如在紡織、采礦、化工、機(jī)械、建筑、醫(yī)療、航空以及軍工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但卻無(wú)法克服超高分子量聚乙烯粘度大、很難流動(dòng)且很難注塑等缺點(diǎn)，使得在一定程度上限制了超高分子量聚乙烯的應(yīng)用范圍。
[0004]中國(guó)專利CN1245179A公開了一種可用擠出法進(jìn)行加工的超高分子量聚乙烯組合物。但由于隨著十氫化萘、低分子量聚乙烯、酰胺類潤(rùn)滑劑等的加入，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與純的超高分子量聚乙烯相比還有一定差距，且熔融指數(shù)偏低，加工流動(dòng)性不好，不利于復(fù)合材料的順利擠出。
[0005]中國(guó)專利CN1191230A公開了一種擠出和注塑級(jí)超高分子量聚乙烯改性專用料的制備方法，用超高分子量聚乙烯加入一定質(zhì)量百分比的LCP、抗氧化劑和添加劑，生產(chǎn)出能直接進(jìn)行擠出和注塑的超高分子量聚乙烯改性專用料，但是LCP價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了其市場(chǎng)推廣。而且隨著LCP用量的增大，超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和耐磨性下降較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足指出，提供一種膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯。
[0007]本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題為提供上述該膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的制備方法。
[0008]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:一種膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯，其由重量比為60~100:5~50:1~10的超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨組成；所述的超高分子量聚乙烯為粘均分子量大于200萬(wàn)的產(chǎn)品，所述的高密度聚乙烯為注塑級(jí)，選自在溫度為190°C、壓力為2.16kg的測(cè)試條件下的熔融指數(shù)為
I~30g/10min的產(chǎn)品，如揚(yáng)子石化產(chǎn)品2208J、1300J或2100J ;所述膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的熔融指數(shù)> 1.2g/10min，拉伸強(qiáng)度> 27MPa，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度≤62kJ/m2，摩擦系數(shù)≤0.25。
[0009]作為膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的進(jìn)一步改進(jìn)，該膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯中，超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨的重量比為70~90:10~30:3~5。所述的膨脹石墨為體積膨脹倍數(shù)大于200倍的產(chǎn)品。
[0010]為了解決本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:上述膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的制備方法，包括混煉法，特別是先將超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為130~150°C，轉(zhuǎn)速為40~60rpm的條件下密煉不超過lOmin，然后通過破碎機(jī)破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯。
[0011]作為膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為160~220°C，螺桿轉(zhuǎn)速為80~200rpm。超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨的重量比為70~90:10~30:3~5。所述的膨脹石墨為體積膨脹倍數(shù)大于200倍的產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果是:其一，由于膨脹石墨在較高載荷和剪切速度下被剝離，可得到納米分散的膨脹石墨，能和基體形成連續(xù)、均勻穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，在超高分子量聚乙烯復(fù)合材料中起潤(rùn)滑作用，可改善超高分子量聚乙烯鏈間的能量傳遞，使得超高分子量聚乙烯鏈段相對(duì)滑動(dòng)變得容易，從而改善超高分子量聚乙烯的流動(dòng)性。另外，膨脹石墨還有利于降低超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和提高其耐磨性。其二，制備方法科學(xué)、有效， 制得的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯具有高耐磨、高沖擊強(qiáng)度、流動(dòng)性好且成本較低，可滿足注塑加工的需求。
[0013]作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)，其一，優(yōu)選超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨的重量比為70~90:10~30:3~5，所述的膨脹石墨為體積膨脹倍數(shù)大于200倍的產(chǎn)品，可以進(jìn)一步提高注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的耐磨性、沖擊強(qiáng)度以及流動(dòng)性。其二，優(yōu)選雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為160~220°C，螺桿轉(zhuǎn)速為80~200rpm，通過合理的設(shè)置螺桿溫度以及轉(zhuǎn)速，使物料混合均勻性好，易于注塑成型。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，所有原料均來自于市場(chǎng)或依現(xiàn)有技術(shù)制備，下述實(shí)施例所述超高分子量聚乙烯選自九江中科鑫星新材料有限公司產(chǎn)品(粘均分子量大于200萬(wàn))；所述高密度聚乙烯選自揚(yáng)子石化產(chǎn)品2208J (熔融指數(shù)3.5-7.5g/10min)、1300J (熔融指數(shù) 9-19 g/10min)或 2100J(熔融指數(shù) 4.0-9.0 g/10min)；所述膨脹石墨選自上海一帆石墨有限公司(體積膨脹倍數(shù)大于200倍)。
[0015]實(shí)施例1
將90kg超高分子量聚乙烯(粘均分子量200萬(wàn))、IOkg高密度聚乙烯(2208J)、3kg膨脹石墨(體積膨脹倍數(shù)200倍)加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為150°C，轉(zhuǎn)速為40rpm的條件下密煉lOmin，然后用破碎機(jī)破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。螺桿溫度為160°C，螺桿轉(zhuǎn)速為80rpm。所得超高分子量聚乙烯共混改性物的熔融指數(shù)1.2g/10min,拉伸強(qiáng)度28MPa，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度83kJ/m2，摩擦系數(shù)0.15。
[0016]實(shí)施例2
將90kg超高分子量聚乙烯(粘均分子量300萬(wàn))、IOkg高密度聚乙烯(2208J)、5kg膨脹石墨(體積膨脹倍數(shù)300倍)加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為150°C，轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下密煉lOmin，然后用破碎機(jī)破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。螺桿溫度為180°C，螺桿轉(zhuǎn)速為120rpm。所得超高分子量聚乙烯共混改性物的熔融指數(shù)1.5g/10min，拉伸強(qiáng)度27MPa，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度81kJ/m2，摩擦系數(shù)0.12。
[0017]實(shí)施例3
將80kg超高分子量聚乙烯(粘均分子量300萬(wàn))、20kg高密度聚乙烯(1300J)、3kg膨脹石墨(體積膨脹倍數(shù)200倍)加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為150°C，轉(zhuǎn)速為60rpm的條件下密煉lOmin，然后用破碎機(jī)破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。螺桿溫度為220°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200rpm。所得超高分子量聚乙烯共混改性物的熔融指數(shù)2.2g/10min，拉伸強(qiáng)度28MPa，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度75kJ/m2，摩擦系數(shù)0.18。
[0018]實(shí)施例4
將80kg超高分子量聚乙烯(粘均分子量300萬(wàn))、20kg高密度聚乙烯(1300J)、5kg膨脹石墨(體積膨脹倍數(shù)300倍)加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為130°C，轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下密煉lOmin，然后用破碎機(jī)破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。螺桿溫度為200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為160rpm。所得超高分子量聚乙烯共混改性物的熔融指數(shù)2.8g/10min，拉伸強(qiáng)度29MPa，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度71kJ/m2，摩擦系數(shù)0.16。
[0019]實(shí)施例5
將70kg超高分子量聚乙烯(粘均分子量400萬(wàn))、30kg高密度聚乙烯(2100J)、3kg膨脹石墨(體積膨脹倍數(shù)200倍)加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為140°C，轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下密煉lOmin，然后用破碎機(jī) 破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。螺桿溫度為220°C，螺桿轉(zhuǎn)速為120rpm。所得超高分子量聚乙烯共混改性物的熔融指數(shù)3.8g/10min,拉伸強(qiáng)度30MPa，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度65kJ/m2,摩擦系數(shù)0.25。
[0020]實(shí)施例6
將70kg超高分子量聚乙烯(粘均分子量400萬(wàn))、30kg高密度聚乙烯(2100J)、5kg膨脹石墨(體積膨脹倍數(shù)300倍)加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為150°C，轉(zhuǎn)速為50rpm的條件下密煉lOmin，然后用破碎機(jī)破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。螺桿溫度為160°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200rpm。所得超高分子量聚乙烯共混改性物的熔融指數(shù)4.3g/10min,拉伸強(qiáng)度29MPa，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度62kJ/m2，摩擦系數(shù)0.21。
[0021]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯，其特征在于:由重量比為60~100:5~50:1~10的超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨組成；所述的超高分子量聚乙烯為粘均分子量大于200萬(wàn)的產(chǎn)品，所述的高密度聚乙烯為在溫度為190°C，壓力為2.16kg的測(cè)試條件下的熔融指數(shù)為I~30g/10min的產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯，其特征在于:該膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯中，超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨的重量比為70~90:10~30:3~5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯，其特征在于:所述的膨脹石墨為體積膨脹倍數(shù)大于200倍的產(chǎn)品。
4.制備如權(quán)利要求1所述膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的方法，包括混煉法，其特征在于:先將超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨加入到橡塑密煉機(jī)中，在溫度為130~150°C,轉(zhuǎn)速為40~60rpm的條件下密煉不超過IOmin,然后通過破碎機(jī)破碎，最后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的制備方法，其特征在于:所述的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為160~220°C，螺桿轉(zhuǎn)速為80~200rpm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的制備方法，其特征在于:超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和膨脹石墨的重量比為70~90:10~30:3~5。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的膨脹石墨改性的注塑級(jí)超高分子量聚乙烯的制備方法，其特征在于:所述的 膨脹石墨為體積膨脹倍數(shù)大于200倍的產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】C08K7/24GK103772796SQ201410039847
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】徐衛(wèi)兵, 肖時(shí)玉, 周正發(fā), 任鳳梅, 馬海紅 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)