[发明专利]一种低支化超高分子量聚乙烯树脂的高效模压成型工艺、制品及应用

说明书

本发明提供了一种低支化超高分子量聚乙烯树脂的高效模压成型工艺、制品及应用。本发明提供的工艺包括三种工段：低温压实、高温压制和冷却成型。本发明提供的模压工艺可以有效降低超高分子量聚乙烯的高温氧化分解，使用普通模压设备，通过调控模压工艺条件，能高效制造结构与性能可控的低成本模压材料，制品可应用于生物医用植入材料、耐磨、抗冲击、耐低温和过滤分离等领域。

技术领域

本发明涉及一种超高分量聚乙烯粉末树脂的高效模压成型工艺，尤其涉及选用低支化线性超高分子量聚乙烯粉末树脂制造薄膜、片材、板材、棒材管材、异型材和多孔过滤材料制品制备的具体加工工艺。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有自润滑、耐磨损、耐冲击、耐环境应力开裂性、无毒无污染和生物相容性特性，性价比高，广泛应用于防弹材料、人工关节、耐磨管材、电池隔膜和船只绳缆等国防和民用领域，是一种高性能工程塑料。然而，UHMWPE的熔体粘度很高，摩擦系数小、临界剪切速率低、熔体易破裂和打滑，成型温度范围窄，高温下易氧化分解。因此，其难加工性能限制了其大规模应用。目前，UHMWPE的加工方法有模压成型、挤出、注塑、吹塑和溶液凝胶纺丝等，其中，模压成型占UHMWPE加工成型技术的60％。

传统UHMWPE粉末是使用Zieglar-Natta型多活性中心催化剂制造，聚合过程中链增长远大于结晶速率，因此，链缠结含量较多，模压成型时，必须采用较高的模压温度，才能使颗粒之间相互粘接和链扩散。因此，传统模压成型需要高温高压条件，加工时间较长，粉体易氧化分解，成本高。使用负载化单活性中心茂金属和非茂金属乙烯聚合催化剂制造的UHMWPE微粉的分子链拓扑结构(链缠结)和形貌可控。低温聚合时，单链结晶速率高于聚合链增长速率，微粉链缠结较低。在较高温度下生产的微粉也具有良好的加工性能和优良的力学性能。美国专利US2011/0084427A1公开了一种使用溶剂溶胀法制备低缠结超高分子量聚乙烯微粉的方法，在125℃和80MPa下预压10min后，在180℃和80MPa下烧结3-10min，制品摩擦系数明显下降，但需要高温高压模压工艺。国际专利WO03/031140公开了使用FI催化剂在25℃的聚合温度下制备低缠结超高分子量聚乙烯的方法，粉体在50℃和200MPa下，压实10min，在180℃和20MPa下烧结，与商用产品相比较，模压样品的摩擦系数明显降低，抗蠕变性能增强，颗粒之间没有分层界面。中国专利CN105058665A公开了一种超高分子量聚乙烯的高效模压工艺，但需要超高温和高压(240-280℃和35MPa)，且模压工艺包含六个工序段，模压时间长达400min。可见，传统超高分子量聚乙烯的模压成型工艺需要高温高压，模压时间较长、树脂易氧化分解，模压温度、压力和结晶方式以及脱模剂不仅影响制品的质量，而且会影响模压成型工艺的效率和经济性。低支化线性UHMWPE微粉具有疏松的次级类球细颗粒通过纳米纤维相连接的特殊形貌，比表面积大，微粉之间链扩散和粘结容易，低温模压加工性能优良，能避免UHMWPE的高温降解，制品能在生物医用植入材料等高附加值领域应用。失效中国专利CN1211211A公开了一种高温烧结低压模压方法制备应用于人工关节等生物医用植入材料的低模量制品，然而模压温度较高(195-225℃)，而且需要用水淬火，对模具的质量和制品的收缩性影响较大。

综上所述，本领域尚缺乏一种工艺简单，制品性能良好的超高分子量聚乙烯模压成型加工工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造工艺简单，通过调节工艺参数和选用不同结构原料，制品结构与性能和尺寸可控的超高分子量聚乙烯模压成型加工工艺。

本发明的第一方面，提供了一种低支化线性超高分子量聚乙烯粉末的模压成型方法，其特征在于，依次包括低温压实工段、高温压制工段和冷却成型工段：

其中，所述的低温压实工段包括步骤(1)和(2)：

(1)将填充原料粉末的模具在模压机加热至60-140℃(优选为100-140℃，更优选为120-135℃)模压机中，在0.3-5MPa(优选为0.5-2.5MPa)压力下，低温低压预压(3-15min)，以便排除空气；