專利名稱：雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿連續(xù)擠出聚乙烯復(fù)合材料的方法，屬于聚合物成型加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯是一種由乙烯、丁二烯在催化劑作用下聚合成的粘均分子量大于150萬的熱塑性工程塑料，這種產(chǎn)品具有優(yōu)異的綜合性能，其耐磨損、耐低溫、耐腐蝕、自潤(rùn)滑、抗粘附、抗沖擊性能等均為塑料之首，被稱為“神奇塑料”。由于它具有較一般高分子材料高得多的分子量，熔融粘度極高，加工流動(dòng)性極差、極易產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象，是一種難成型的塑料。目前，超高分子量聚乙烯的加工技術(shù)主要有三種方法模壓成型一定形狀，再加熱燒結(jié)成制品，制品密實(shí)、但成型效率極低；柱塞式推擠成型制品，可以成型較大的超高分子量聚乙烯擠出制品，但為間歇式、生產(chǎn)效率有限；單螺桿擠出機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的擠出成型，這種成型方法使超高分子量聚乙烯的擠出變成為連續(xù)性的操作，生產(chǎn)效率得以較大的提高，但不足的是單螺桿擠出機(jī)對(duì)粉料的輸送不好，物料的混合作用也不夠強(qiáng)，擠出效率仍不很高。中國(guó)專利94107408題為《超高分子量聚乙烯管材單螺桿擠出裝置》，目的是將普通單螺桿擠出機(jī)經(jīng)螺桿結(jié)構(gòu)改造用于成型超高分子量聚乙烯管材，雖可使超高分子量管材生產(chǎn)連續(xù)化，但其生產(chǎn)效率和物料混合質(zhì)量仍不夠理想；中國(guó)專利99114545題為《增強(qiáng)耐磨超高分子量聚乙烯板材及生產(chǎn)方法》，該專利采用玻璃微珠作為超高分子量聚乙烯的增強(qiáng)改性劑，并加入偶聯(lián)劑和復(fù)合分散劑，從而使產(chǎn)品的表面硬度、耐磨損率和剛度有所提高，但該專利仍是采用傳統(tǒng)的模壓、燒結(jié)成型方法，間歇生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合型材的方法。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。
雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合型材的方法1、將超高分子量聚乙烯100份，流動(dòng)改性劑10～30份，填充增強(qiáng)劑10～20份，偶聯(lián)劑0.2～5份，潤(rùn)滑劑0.1～5份，成核劑0.1～1份，阻燃劑0.1～10份加入高速混合機(jī)內(nèi)，于溫度100～120℃混煉20～30分鐘，制得超高分子量聚乙烯復(fù)合粒(粉)料，2、將上述超高分子量聚乙烯復(fù)合料加入嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)連續(xù)成型，成型機(jī)筒溫度為200～250℃，然后進(jìn)入型材機(jī)頭(棒、管、板、片、異形材、多層復(fù)合板等)，再進(jìn)入成型輔機(jī)定型、冷卻、牽引、切割裝置等常規(guī)輔機(jī)處理。
其中超高分子量聚乙烯的分子量為150～350萬，熔體流動(dòng)指數(shù)小于0.1。
流動(dòng)改性劑為中、低分子量20～60萬的聚乙烯。
填充增強(qiáng)劑為長(zhǎng)徑比為10∶1，平均粒徑為32～8.5μm的玻璃纖維，平均粒徑為10～25μm的玻璃微球，平均粒徑為32～8.5μm的超細(xì)硅灰石粉和/或粉(粒)狀聚酰亞胺中的至少一種。
偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑和/或鋯類偶聯(lián)劑中的至少一種。
潤(rùn)滑劑為分子量3000～5000的聚乙烯蠟、二硫化鉬、石蠟和/或硬脂酸中的至少一種。
成核劑為苯甲酸、硬酯酸鹽、熱解硅石和/或二氧化硅中的至少一種。
阻燃劑為磷酸酯、三氧化二銻、十溴聯(lián)苯醚和/或錫酸鹽中的至少一種。
嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，其機(jī)筒和螺桿均為積木式的組合結(jié)構(gòu)。機(jī)筒有頂部加料機(jī)筒、側(cè)面加料機(jī)筒、排氣機(jī)筒、頂部開視窗機(jī)筒和側(cè)面觀察視窗機(jī)筒等，可根據(jù)生產(chǎn)或科學(xué)研究的需要加以組合；螺桿元件有螺紋輸送元件(螺紋套)、合盤元件(混合元件)和齒形盤元件(剪切元件)等；根據(jù)型材為棒、管、板、片等的結(jié)構(gòu)或不同性質(zhì)的制品需求進(jìn)行組合。配用棒、管、板(片)材機(jī)頭，常規(guī)的定型、冷卻、牽引、切割及堆放裝置，即可實(shí)現(xiàn)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的成型。
嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)上可設(shè)多點(diǎn)排氣、多點(diǎn)加料、透明視窗、多段控溫、在線取樣裝置以及熔體壓力和溫度傳感器。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合型材的方法，效率高，原料形狀不受限制，可以是粉料、粒料、糊狀料、絲狀料和帶狀料等。
2、雙螺桿元件和機(jī)筒均為組合式結(jié)構(gòu)，可以多種組合，以滿足不同結(jié)構(gòu)制品和不同性能塑料制品的要求。
3、雙螺桿擠出機(jī)設(shè)多處加料口、排氣口和視窗，可在不同時(shí)間內(nèi)觀察物料的形態(tài)變化和分布狀況，為理論研究提供依據(jù)。
4、制品質(zhì)量均勻、穩(wěn)定，外觀平滑，光亮。
四

圖1超高分子量聚乙烯雙螺桿連續(xù)擠出型材生產(chǎn)流程示意圖。
圖2組合式螺桿、機(jī)筒和視窗安裝位置示意圖。
1同向雙螺桿擠出機(jī)，2型材機(jī)頭，3定型冷卻裝置，4牽引裝置，5切割裝置，6堆放裝置，7中間體，8花鍵套，9組合式雙螺桿，10主加料口，11側(cè)加料口，12俯視窗，13排氣室，14組合式機(jī)筒，15側(cè)視窗。
雙螺桿連續(xù)擠出型材的流程如圖1所示，超高分子聚乙烯加入同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)1內(nèi)，經(jīng)型材機(jī)頭2成型，進(jìn)入定型冷卻裝置3、牽引裝置4、切割裝置5至堆放裝置6。
同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的組合式雙螺桿、機(jī)筒和視窗安裝位置如圖2所示，擠出機(jī)通過中間體7、花鍵套8與組合式雙螺桿9連接，螺桿上設(shè)有加料口10、側(cè)加料口11、俯視窗12、排氣室13、組合式機(jī)筒14和側(cè)視窗15。
五具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1、將分子量為200萬的聚乙烯100公斤，分子量30～35萬的聚乙烯20公斤，玻璃纖維長(zhǎng)徑比10∶1，平均直徑為25μm 10公斤，硅烷偶聯(lián)劑0.5公斤，分子量3500聚乙烯蠟3公斤，苯甲酸0.5公斤，磷酸酯5公斤，加入高速混合機(jī)內(nèi)，于溫度105℃混煉30分鐘，制得超高分子量聚乙烯復(fù)合粒(粉)料；再將制得的上述復(fù)合料加入嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)連續(xù)成型，成型機(jī)筒溫度為200～250℃，然后進(jìn)入型材機(jī)頭，再經(jīng)定型、冷卻、牽引、切割裝置等常規(guī)輔機(jī)處理，獲得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料產(chǎn)品。
2、將分子量250萬的聚乙烯100公斤，分子量為40～45萬的聚乙烯25公斤，平均粒徑為32～8.5μm的超細(xì)硅灰石粉15公斤，鈦酸酯偶聯(lián)劑0.8公斤，分子量4000聚乙烯蠟4公斤，硬脂酸鹽0.5公斤，三氧化二銻5公斤，加入高速混合機(jī)內(nèi)，于溫度110℃混煉25分鐘，制得超高分子量聚乙烯復(fù)合粒(粉)料；再將制得的上述復(fù)合料加入嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)連續(xù)成型，成型機(jī)筒溫度為200～250℃，然后進(jìn)入型材機(jī)頭，再經(jīng)定型、冷卻、牽引、切割裝置等常規(guī)輔機(jī)處理，獲得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料產(chǎn)品。
3、將分子量300萬的聚乙烯100公斤，分子量50～55萬的聚乙烯30公斤，粒狀聚酰亞胺10公斤，鋁酸酯偶聯(lián)劑0.5公斤，二硫化鉬3公斤，熱解硅石0.5公斤，十溴聯(lián)苯醚5公斤，加入高速混合機(jī)內(nèi)，于溫度120℃混煉25分鐘，制得超高分子量聚乙烯復(fù)合粒(粉)料；再將制得的上述復(fù)合料加入嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)連續(xù)成型，成型機(jī)筒溫度為200～250℃，然后進(jìn)入型材機(jī)頭，再經(jīng)定型、冷卻、牽引、切割裝置等常規(guī)輔機(jī)處理，獲得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于(1)將分子量為150萬～350萬的聚乙烯100重量份，流動(dòng)改性劑10～30重量份，填充增強(qiáng)劑10～20重量份，偶聯(lián)劑0.2～5重量份，潤(rùn)滑劑0.1～5重量份，成核劑0.1～1重量份和阻燃劑0.1～10重量份加入高速混合機(jī)內(nèi)，于溫度100～120℃混煉20～30分鐘，制得超高分子量聚乙烯復(fù)合粒(粉)料，(2)將上述超高分子量聚乙烯復(fù)合料加入嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)連續(xù)成型，成型機(jī)筒溫度為200～250℃，然后進(jìn)入型材機(jī)頭，再經(jīng)成型輔機(jī)定型、冷卻、牽引、切割裝置等常規(guī)輔機(jī)處理，獲得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于流動(dòng)改性劑為中、低分子量20～60萬的聚乙烯。
3.按照權(quán)利要求1所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于填充增強(qiáng)劑為長(zhǎng)徑比為10∶1，平均直徑為32～8.5μm的玻璃纖維，平均粒徑為10～25μm的玻璃微球，平均粒徑為32～8.5μm的超細(xì)硅灰石粉和/或粉(粒)狀聚酰亞胺中的至少一種。
4.按照權(quán)利要求1所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑和/或鋯類偶聯(lián)劑中的至少一種。
5.按照權(quán)利要求1所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于潤(rùn)滑劑為分子量為3000～5000的聚乙烯蠟、二硫化鉬粉、石蠟和/或硬脂酸中的至少一種。
6.按照權(quán)利要求1所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于成核劑為苯甲酸、硬酯酸鹽、熱解硅石和/或二氧化硅中的至少一種。
7.按照權(quán)利要求1所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于阻燃劑為磷酸酯、三氧化二銻、十溴聯(lián)苯醚和/或錫酸鹽中的至少一種。
8.按照權(quán)利要求1～7所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的設(shè)備，其特征在于雙螺桿擠出機(jī)為嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，其機(jī)筒和螺桿均為積木式的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)型材為棒、管、板、片及異型材的結(jié)構(gòu)或不同性質(zhì)的制品需求進(jìn)行組合。
9.按照權(quán)利要求8所述雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的設(shè)備，其特征在于嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)上可設(shè)多點(diǎn)排氣、多點(diǎn)加料、透明視窗、多段控溫、在線取樣裝置以及熔體壓力和溫度傳感器等配套設(shè)施。
全文摘要
雙螺桿連續(xù)擠出超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的方法，其特點(diǎn)是將分子量為150萬～350萬的聚乙烯100份，流動(dòng)改性劑10～30份，填充增強(qiáng)劑10～20份，偶聯(lián)劑0.2～5份，潤(rùn)滑劑0.1～5份，成核劑0.1～1份和阻燃劑0.1～10份加入高速混合機(jī)內(nèi)，于溫度100～120℃混煉20～30分鐘，制得超高分子量聚乙烯復(fù)合粒(粉)料，再將上述復(fù)合料加入嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)連續(xù)成型，成型機(jī)筒溫度為200～250℃，然后進(jìn)入型材機(jī)頭，再經(jīng)成型輔機(jī)定型、冷卻、牽引、切割裝置等常規(guī)輔機(jī)處理，獲得超高分子量聚乙烯復(fù)合材料產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B29C47/40GK1438107SQ0311754
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者劉廷華, 徐鳴, 李艷梅, 袁輝 申請(qǐng)人:四川大學(xué)