超高分子量聚乙烯加工改性熱點

 

　　超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)塑料以其特有的加工和使用性能已得到廣泛應用。這主要是因為其幾乎集中了其他工程塑料的所有優點，其中優異的抗沖擊性、耐磨耗性、低溫性能、自潤滑性和不粘性等尤為突出，是一種綜合性能優異的熱塑性工程塑料。射出加工其制品應用於日用、工業、文體、交通運輸、國防、機械等領域的抗沖、減振、防彈、抗疲勞、耐磨、減磨、減阻、防粘等場合。但超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)同時也存在如熔體流動性差、成型加工困難、耐熱性差以及應力開裂等許多缺點。因此，有關其性能研究、改性研究、工程塑膠加工工藝與設備研究成為近年來國內外研究重點。

　　加工工藝改進拓寬應用領域

　　目前國內外用於擠出成型超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的生產設備主要以柱塞式擠出機和單螺杆擠出機為主。菲利浦斯公司在臥式柱塞擠出機上配有一套往複液壓油缸系統，可使模芯與其填裝的物料一起向前浮動，從而降低往複式擠出活塞反複沖擊而作用在物料上的剪切力與摩擦力、模芯周期性地快速回縮，重複其與物料特定的向前運動，該設備可用於生產薄壁管材。我國研制的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)系列專用單螺杆擠出機，其主要特點是在料筒內壁開槽，塑膠加工解決料塞問題，再配以專用螺杆，實現了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的連續穩定擠出，用於對平均相對分子質量為150萬～300萬的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)制品的加工，可擠出圓棒、片材、絲條、管材等，已成為目前國內外超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)專用擠出機的典型代表。華北研究所根據超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)在很寬的溫度范圍內處於高彈體的特點，提出了“膠塞輸送” 機理，即在螺杆加料段螺槽中的物料是被壓縮的膠塞，而不是壓實的固體塞，這樣就解決了固體塞與料筒間摩擦因數小固體輸送困難的問題，實現了用普通單螺杆擠出機對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)進行擠出造粒，粒料用普通注塑機注塑成型，其產品質量穩定可靠。

　　超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的燒結成型沿用聚四氟乙烯燒結成型方法，但在燒結過程中制件的收縮變形較大，該法僅可加工形狀簡單且需後加工的制件塑膠射出。在對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)壓縮模塑的研究中，采用一種過氧化物及矽烷交聯超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)，可使壓縮模塑制品熱脫模，成型周期顯著縮短。由於超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔體流動性差、強度低、收縮率不穩定，因此在熱變形加工時對工藝條件要求極為嚴格，另外超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔體粘度極高，在中空吹塑過程管坯不易下垂，因而適於吹制大型容器。荷蘭、美國的公司及我國的中紡公司等均生產超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維及無紡布，但缺點是耐熱性差，有待研究改進。此外，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)還可以像PE那樣采用多種工藝制備低發泡制品、中空纖維分離膜、耐磨防粘塗料等。

　　原料改性研究改善加工性能

　　針對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)本身固有的缺點，通過改性使其加工性能得到改善，應用領域將會進一步拓寬。目前對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的加工改性研究主要有以下幾方面。

　　——共混改性超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)與PE在一定條件下共混可用普通單螺杆擠出機加工，高相對分子質量的PE與超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)由於粘度相近，塑膠零件共混屬於分子間分散，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)性能保持較多;中相對分子質量的PE與超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)共混較容易，分散狀況基本屬於海島結構，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)為分散相;低相對分子質量的PE在與超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)共混時由於加入量大，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)性能損失較大，此法實用價值不大。

　　聚酰亞胺樹脂具有耐熱性好、粘結性優良、高溫下強度不降低、耐磨損等特點，與超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)混合後，可用普通擠出機加工成型。日本專利介紹，在平均相對分子質量100萬以上的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)中加入0.4%～10%聚酰亞胺樹脂進行改性，在普通單螺杆擠出機上擠出圓棒料，其材料的物理、力學性能與用采用模壓燒結工藝成型的制品沒有明顯差別。此外聚丙烯、聚酰胺、彈性體及橡膠也可與超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)共混改性。

　　——潤滑劑改性在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)中加入潤滑劑可以改善其加工性能，但加入量不能太多，否則超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)性能將會大幅降低。北京化工大學制備的 MS2潤滑劑，只需在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)中加入0.6%～0.8%，即能顯著改善其流動性，使其熔點下降10℃。美國Allicd-Signal公司生產的一種共聚物與硬脂酸鹽配合作為超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的潤滑劑，效果良好，這種複合潤滑劑與超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)共混可在普通單螺杆擠出機和注塑機上加工。

　　——液晶高分子原位複合清華大學采用原位複合技術，在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)中加入適宜配比的液晶高分子(LCP)和特定助劑，混合均勻後，用通用單螺杆擠出機可順利進行造粒。

　　——其他改性用不同填料對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)進行填充改性，可達到提高硬度、提高阻燃性、改善耐熱性、減小收縮率和耐磨性、降低摩擦因數、降低成本等效果。填料一般用矽烷處理，用量不宜超過20%。另外，采用插層法技術用層狀無機納米材料改性超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)，可達到增強等多種改性效果。還可對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)進行接枝改性，如固相接枝法、溶液接枝法、懸浮液接枝法等，以解決有關界面相容問題。

　　有關專家指出，目前超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)在各領域應用的產品品種近千種，但其中除板材、管材和纖維外，其餘產品均只在小范圍、單品種上使用。因此，加大對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)改性的研究力度，進一步拓寬其應用領域是當務之急。

PE拉伸纏繞膜的下遊需求情況分析

 

　　從目前我國纏繞膜的需求結構來看，主要是以工業包裝用膜為主，其次是家用及超市用纏繞保鮮膜，此外，近年來牧草纏繞保鮮膜也有較快的增長。

　　1.工業包裝用膜

　　我國工業產品種類繁多,產量和出口量較大,因而纏繞膜在工業上的應用十分廣泛,目前在化工、建材、食品、電子電器等行業應用較多,使用原料主要為LLDPE。塑膠加工外貿出口快速增長帶動了包裝行業的快速發展,尤其在集合包裝上,許多企業使用纏繞膜包裝自己的產品。

　　我國纏繞膜包裝在發展初期多用於港口碼頭貨物的出口包裝,，但由於收費太高，港口使用纏繞膜包裝逐漸向工廠轉移,，即產品在工廠包裝後再運到港口出口。用量大的工廠一般使用纏繞包裝機包裝，用量小的則一般采用手工包裝。纏繞包裝機國產化後,，塑膠射出成本低更使得拉伸纏繞包裝從港口碼頭向工廠快速轉移。因此,，現在港口用膜量已很少,也使得目前纏繞膜包裝用戶較多，每個企業用量小而分散。其他領域如牧草纏繞保鮮、家用和超市用膜增長速度較快尤其是超市用膜。

　　2.家用和超市包裝用膜

　　我國家用纏繞保鮮膜的需求量正在逐年增加。目前纏繞膜廣泛用於食品、蔬菜和水果等保鮮包裝,使被包裝物穩固、整潔,並能起到防水、防塵汙染及保鮮作用等。

　　隨著城鄉居民生活水平的提高，塑膠零件目前城鎮居民冰箱使用纏繞膜量也在快速增加。此外,近幾年超市使用纏繞膜量明顯大幅增加。目前家用和超市用保鮮包裝膜的原料主要采用LLDPE及LDPE，也有部分企業摻混少量EVA一起加工生產。

　　3.農業包裝用膜

　　我國農業用牧草纏繞保鮮膜開始於1995年前，最早在內蒙古試驗牧草纏繞保鮮膜,共計使用了纏繞膜35噸，保存76噸牧草6個月,取得良好效果。1998年開始在內蒙古、射出加工黑龍江等地推廣應用。

　　隨著我國畜牧業的快速發展、種植結構的不斷調整、西部大開發戰略的進一步實施和全國生態建設規劃的逐步落實，以及國內外牧草市場需求的拉動，栽培面積在逐漸擴大。但隨之而來的貯藏問題也日益突出。傳統方式的青貯由於緊密度不夠，秸稈中氧氣過多，青貯效果不理想。隨著對青貯飼料的發酵調制機理的研究，發明了牧草纏繞膜裹包青貯。經過打捆和包裹起來的牧草可長期穩定地保存,可在野外堆放保存1-2年，因此具有可觀的社會效益和經濟效益。在我國北方,以前大量奶牛羊等冬春季大多使用幹草飼料，不利於牛羊等的正常生長，而采用保鮮牧草喂養，奶牛的產奶量可增加20%，也可提高肉牛的長膘率，這大大提高飼養質量及牧民收人。纏繞膜的廣泛使用也推動了本地區對纏繞膜需求的快速增加。