專利名稱：超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的講是超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，超高分子量聚乙烯是指粘均分子量在150萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯，其耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑、吸收沖擊能為現(xiàn)有塑料中最高值，故被稱為“令人驚異的塑料”，但由于粘度極高，成型加工困難。一般超高分子量聚乙烯粉的改性加工或成型加工所使用的擠出機(jī)有單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)。其中，雙螺桿是正位移輸送方式，輸送效率高、對物料的剪切力大。一般基于雙螺桿擠出方式的超高分子量聚乙烯改性研究，主要側(cè)重于提高配方內(nèi)容的潤滑度研究，通過配方的調(diào)整，主要是采用內(nèi)潤滑或外潤滑的方式，降低擠出體系的粘度，使得超高分子量聚乙烯得以順利擠出。但是此加工方式由于設(shè)備的剪切強(qiáng)度大，導(dǎo)致超高分子量聚乙烯的部分鏈段被切斷，平均分子量有所降低，從而導(dǎo)致制品的性能有所缺失。而采用單螺桿擠出機(jī)的輸送主要靠摩擦拖曳，也就是憑借螺桿與機(jī)筒之間的摩擦差進(jìn)行輸送，如果不對設(shè)備進(jìn)行改造，用其來加工超高分子量聚乙烯，由于剪切強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致物料不塑化，也無法加工出合格產(chǎn)品。
同時，單一的超高分子量聚乙烯其剛性和耐熱性由于樹脂本身的特點(diǎn)，決定了其剛性、耐熱性較差。同時為了方便加工，很多情況下，又向其中添加了聚乙烯蠟等低分子的物質(zhì)，導(dǎo)致其剛性、耐熱性進(jìn)一步有所降低。現(xiàn)在向超高分子量聚乙烯材料中填加碳納米管及無機(jī)材料是聚烯烴塑料工程化的一種發(fā)展趨勢。良好界面相容的復(fù)合材料將碳納米管和無機(jī)物的剛性、耐熱性、耐磨性等，與有機(jī)物的柔韌性、良好的可加工性、可塑性，較好地結(jié)合起來，從而賦予通用型材料工程化，或某些特殊性能，提高材料檔次、擴(kuò)充材料的使用范圍。而傳統(tǒng)的超高分子量聚乙烯/無機(jī)填料復(fù)合材料，在兩相界面相容性較差，造成復(fù)合材料的力學(xué)性能和其它性能較差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能增加對超高分子量聚乙烯的加工塑化能力，并具有優(yōu)異力學(xué)性能、熱學(xué)性 能和耐磨性能的高性能超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材。
本發(fā)明還提供一種制備超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材的方法。
其技術(shù)方案是超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，包括以下重量份數(shù)的原料混合而成超高分子量聚乙烯粉50-100份多壁碳納米管粉2-10份層狀娃酸鹽5-30份含不飽和鍵的硅烷O. 01-10份過氧化物O. 001-3份水或乙醇O. 3-30份。
所述的超高分子量聚乙烯粉為粘均分子量為250萬至450萬。
所述多壁碳納米管粉的長度為10-30um、直徑為l_9nm、純度為CNT彡90%。
所述的層狀硅酸鹽為含有二氧化硅、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁的具有層狀結(jié)構(gòu)的、 大長徑比的云母、高嶺石、埃洛石、海泡石、滑石、硅灰石、蒙脫石或坡縷石的無機(jī)礦物質(zhì)。
所述層狀娃酸鹽片層厚度為l_2nm,片層粒徑為50-200 nm。
所述的含不飽和鍵的硅烷為乙烯基三乙氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧基丙基)三甲氧基娃燒、Y _氣基丙基二乙氧基娃燒、橫酸置氣二甲氧基娃燒、乙稀基二甲氧基娃燒、乙烯基三(β -甲氧基乙氧基硅烷)或乙烯基三氯硅烷。
所述的過氧化物為2，5- 二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷、二叔丁基過氧化物、2,5- 二甲基_2，5-雙(叔丁過氧基己燒-3)或過氧化二異丙苯。
超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材的制備方法，按以下步驟制備而成1)將上述重量份數(shù)的層狀硅酸鹽與含不飽和鍵的硅烷進(jìn)行偶聯(lián)處理，以上處理在高速攬祥機(jī)中完成；2)將上述重量份數(shù)的超高分子量聚乙烯粉、多壁碳納米管粉、過氧化物和乙醇依次加入到高速攪拌機(jī)中，與經(jīng)偶聯(lián)處理的層狀硅酸鹽一起高速攪拌3-30分鐘，混合均勻；3)將上述處理過的混合物在180°C_270°C在漸開線型單螺桿擠出機(jī)上擠出管材。
所述漸開線型單螺桿擠出機(jī)的螺桿長徑比為20:1，螺筒內(nèi)采用軸向拉槽，模頭采用粘彈性流體流線型設(shè)計。
采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明取得的有益效果是本發(fā)明通過偶聯(lián)處理，增加有機(jī)、無機(jī)相界面的相容性；通過微交聯(lián)、控制聚合物熔體剪切強(qiáng)度，促進(jìn)接枝單體插入到層狀硅酸鹽片層間，以及減弱并進(jìn)一步破壞層狀硅酸鹽相鄰兩層間的范德華結(jié)合力，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)聚合體在層狀硅酸鹽外表面及層間的粘合力，制備出高性能的超高分子量聚乙烯/ 碳納米管油管襯里管材。
并通過漸開線型單螺桿擠出機(jī)中特殊定制的螺桿、機(jī)筒設(shè)計配置，提高了其對超高分子聚乙烯的加工塑化能力?？傊?，本發(fā)明具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和耐磨性能， 復(fù)合管材的彎曲模量、熱變形溫度均有明顯的提高。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一I)將具有層狀結(jié)構(gòu)的、大長徑比 的層狀硅酸鹽5份與O.1份的含不飽和鍵的硅烷進(jìn)行偶聯(lián)處理，以上處理在高速攪拌機(jī)中完成。
2)將92份超高分子量聚乙烯粉、3份碳納米管粉、O. 01份過氧化物、O. 3份水或乙醇依次加入到高速攪拌機(jī)中，高速攪拌5分鐘，混合均勻。
3)將上述處理過的混合物在特殊定制的漸開線型單螺桿擠出機(jī)上擠出管材。
所述的超高分子量聚乙烯粉，為粘均分子量為250萬至450萬的工業(yè)化生產(chǎn)的聚乙烯。
所述多壁碳納米管粉的長度為10-30um、直徑為l_9nm、純度為CNT彡90%。
所述的層狀硅酸鹽為含有二氧化硅、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁的具有層狀結(jié)構(gòu)的、 大長徑比的云母、高嶺石、埃洛石、海泡石、滑石、硅灰石、蒙脫石或坡縷石的無機(jī)礦物質(zhì)。
所述層狀硅酸鹽片層厚度為l_2nm，片層粒徑為50-200 nm。其中，片狀結(jié)構(gòu)的在硅酸鹽熱剪切、粘切、有機(jī)微交聯(lián)插入等綜合作用下，容易破壞維系兩層間的范德華結(jié)合， 形成均勻分散于聚合物機(jī)體中的、大徑厚比的無機(jī)納米結(jié)構(gòu)，表征出較強(qiáng)的納米效應(yīng)。在本發(fā)明中，層狀硅酸鹽的最佳用量為5-20份。
所述的含不飽和鍵的硅烷為乙烯基三乙氧基硅烷、Y -(甲基丙烯酰氧基丙基)三甲氧基娃燒、Y _氣基丙基二乙氧基娃燒、橫酸置氣二甲氧基娃燒、乙稀基二甲氧基娃燒、乙烯基三(β -甲氧基乙氧基硅烷)或乙烯基三氯硅烷。
所述的過氧化物為2，5- 二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷、二叔丁基過氧化物、2,5- 二甲基_2，5-雙(叔丁過氧基己燒-3)或過氧化二異丙苯。
其中，所述漸開線型單螺桿擠出機(jī)的螺桿長徑比為20:1，螺筒內(nèi)采用軸向拉槽，模頭采用粘彈性流體流線型設(shè)計。
實(shí)施例二I)將具有層狀結(jié)構(gòu)的、大長徑比的層狀硅酸鹽10份與O. 2份的含不飽和鍵的硅烷進(jìn)行偶聯(lián)處理，以上處理在高速攪拌機(jī)中完成。
2)將87份超高分子量聚乙烯粉、3份碳納米管粉、O. 02份過氧化物、O. 3份水或乙醇依次加入到高速攪拌機(jī)中，高速攪拌5分鐘，混合均勻。
3)將上述處理過的混合物在特殊定制的漸開線型單螺桿擠出機(jī)上擠出管材。
其它與實(shí)施例一基本相同，在此不再贅述。
實(shí)施例三I)將具有層狀結(jié)構(gòu)的、大長徑比的層狀硅酸鹽15份與O. 3份的含不飽和鍵的硅烷進(jìn)行偶聯(lián)處理，以上處理在高速攪拌機(jī)中完成。
2)將82份超高分子量聚乙烯粉、3份碳納米管粉、O. 02份過氧化物、O. 3份水或乙醇依次加入到高速攪拌機(jī)中，高速攪拌5分鐘，混合均勻。
3)將上述處理過的混合物在特殊定制的漸開線型單螺桿擠出機(jī)上擠出管材。
其它與實(shí)施例一基本相同，在此不再贅述。
實(shí)施例四I)將具有層狀結(jié)構(gòu)的、大長徑比的層狀硅酸鹽20份與O. 4份的含不飽和鍵的硅烷進(jìn)行偶聯(lián)處理，以上處理在高速攪拌機(jī)中完成。
2)將77份超高分子量聚乙烯粉、3份碳納米管粉、O. 02份過氧化物、O. 3份水或乙醇依次加入到高速攪拌機(jī)中，高速攪拌5分鐘，混合均勻。
3)將上述處理過的混合物在特殊定制的漸開線型單螺桿擠出機(jī)上擠出管材。
有益效果實(shí)驗(yàn)從擠出產(chǎn)品上根據(jù)國標(biāo)制取標(biāo)準(zhǔn)樣條，在檢測設(shè)備上依據(jù)國標(biāo)測試。
檢測后的性能見表1:表I
權(quán)利要求
1.超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，其特征在于包括以下重量份數(shù)的原料混合而成超高分子量聚乙烯粉50-100份
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，其特征在于 所述的超高分子量聚乙烯粉為粘均分子量為250萬至450萬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，其特征在于 所述多壁碳納米管粉的長度為10-30um、直徑為l_9nm、純度為CNT ^ 90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，其特征在于 所述的層狀硅酸鹽為含有二氧化硅、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁的具有層狀結(jié)構(gòu)的、大長徑比的云母、高嶺石、埃洛石、海泡石、滑石、硅灰石、蒙脫石或坡縷石的無機(jī)礦物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，其特征在于 所述層狀娃酸鹽片層厚度為l_2nm,片層粒徑為50-200 nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，其特征在于 所述的含不飽和鍵的硅烷為乙烯基三乙氧基硅烷、Y -(甲基丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅燒、Y _氣基丙基二乙氧基娃燒、橫酸置氣二甲氧基娃燒、乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二 (β -甲氧基乙氧基硅烷)或乙烯基三氯硅烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材，其特征在于 所述的過氧化物為2，5- 二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷、二叔丁基過氧化物、2，5- 二甲基_2，5-雙(叔丁過氧基己燒-3)或過氧化二異丙苯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材的制備方法，其特征在于按以下步驟制備而成1)將上述重量份數(shù)的層狀硅酸鹽與含不飽和鍵的硅烷進(jìn)行偶聯(lián)處理，以上處理在高速攬祥機(jī)中完成；2)將上述重量份數(shù)的超高分子量聚乙烯粉、多壁碳納米管粉、過氧化物和乙醇依次加入到高速攪拌機(jī)中，與經(jīng)偶聯(lián)處理的層狀硅酸鹽一起高速攪拌3-30分鐘，混合均勻；3)將上述處理過的混合物在180°C_270°C在漸開線型單螺桿擠出機(jī)上擠出管材。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材的制備方法，其特征在于所述漸開線型單螺桿擠出機(jī)的螺桿長徑比為20:1，螺筒內(nèi)采用軸向拉槽，模頭采用粘彈性流體流線型設(shè)計。多壁碳納米管粉層狀硅酸鹽含不飽和鍵的硅烷O. 01-10 份 O.001-3 份 O. 3-30 份。2-10 份 5-30 份過氧化物水或乙醇
全文摘要
本發(fā)明公開了超高分子量聚乙烯/碳納米管油管襯里管材及其制備方法，首先將層狀硅酸鹽與的含不飽和鍵的硅烷進(jìn)行偶聯(lián)處理，以上處理在高速攪拌機(jī)中完成；然后將超高分子量聚乙烯粉、多壁碳納米管粉、過氧化物和乙醇依次加入到高速攪拌機(jī)中，與經(jīng)偶聯(lián)處理的層狀硅酸鹽一起高速攪拌3-30分鐘，混合均勻；最后將上述處理過的混合物在180℃-270℃在漸開線型單螺桿擠出機(jī)上擠出管材。本發(fā)明通過偶聯(lián)處理，增加有機(jī)、無機(jī)相界面的相容性；通過微交聯(lián)、控制聚合物熔體剪切強(qiáng)度，促進(jìn)接枝單體插入到層狀硅酸鹽片層間，以及減弱并進(jìn)一步破壞層狀硅酸鹽相鄰兩層間的范德華結(jié)合力，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和耐磨性能。
文檔編號C08K3/04GK103044754SQ201310021909
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者朱云杰 申請人:朱云杰