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1、高耐磨改性聚乙烯板材可行性研究报告装备 0902 文聃 200932033一、项目的目的和意义超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约 35 万800 万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异，在-40时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269下使用。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜
2、、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用。大分子聚乙烯板材在工业生产中的应用也越来越广泛。在不沾物料、自润滑的场合聚乙烯板材比不锈钢应用优势相当明显，它成本低易加工重量轻，更加节约能源。在很多场合，人们往往需要一种材质，它要有一定的硬度，柔韧度和高耐磨性，来满足生产生活的需要。超高分子聚乙烯在这方面有着天然的优良耐磨性，在许多特殊场合，比如啤酒灌装机械的封口转盘，对耐磨性提出了更高的要求。为此，公司经过多年的研究，决定开发一种稀有非金属添加剂，使用后材质的耐磨性提高了 5 倍，是黄铜耐磨度的 16 倍。因此也能代替黄铜作为机械零部件。通过新型过氧化物交联改性 ，使具有热可塑性和优良的硬度、韧
3、性以及耐应力开裂等性能。 所以新产品的开发应用会极大地扩展聚乙烯板材的应用范围，对公司的长远发展会起到不可估量的作用，对整个机械行业来说也是不小的贡献，因而意义特别重大二、国内外生产技术和生产厂家现状超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国 AlliedChemical 公司于 1957 年实现工业化，此后德国 Hoechst 公司、美国 Hercules 公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。我国于 1964 年最早研制成功并投入工业生产。限于当时条件，产物分子量约 150 万左右，随着工艺技术的进步，目前产品分子量可达 1
4、00万400 万以上。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的发展十分迅速，80 年代以前，世界平均年增长率为 8.5%，进入 80 年代以后，增长率高达 15%20%。而我国的平均年增长率在 30%以上。1978 年世界消耗量为 12，00012，500 吨，而到1990 年世界需求量约 5 万吨，其中美国占 70%。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约 35 万800 万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异，在-40时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269下使用。 目前国内生产的塑
5、板很多，一般是日常生活必需品，超大分子聚乙烯板较少。随着塑板的应用领域不断扩大，对塑板的高耐磨性的要求也越来越高，高分子聚乙烯的应用也越来越广泛，尤其是需要高抗磨的环境。在材质中加入优良添加剂，改变原有的物理化学结构，使其物化性状得到大幅改善，从而适应各种应用场合，亦即改性研究，成为目前很重要的研究方向。目前的改性研究主要在加工成型，流动改进剂改性。把超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）树脂粉末在 140275之间进行 1min30min 的短期加热，发现超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的某些物理性能出人意料地大大改善。用热处理过的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粉料压制出的制品和未热处理过
6、的 UHMPWE 制品相比较，前者具有更好的物理性能和透明性，制品表面的光滑程度和低温机械性能大大提高了。流动改进剂促进了长链分子的解缠，并在大分子之间起润滑作用，改变了大分子链间的能量传递，从而使得链段位移变得容易，改善了聚合物的流动性。用于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的流动改进剂主要是指脂肪族碳氢化合物及其衍生物。其中脂肪族碳氢化合物有：碳原子数在 22 以上的 n-链烷烃及以其作主成分的低级烷烃混合物；石油分裂精制得到的石蜡等。其衍生物是指末端含有脂肪族烃基、内部含有 1 个或 1 个以上(最好为 1 个或 2 个)羧基、羟基、酯基、羰基、氮基甲酰基、巯基等官能团；碳原子数大于 8
7、(最好为 1250)并且分子量为1302000(以 200800 为最佳)的脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯、脂肪醛、脂肪酮、脂肪族酰胺、脂肪硫醇等。举例来说，脂肪酸有：癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬酯酸、油酸等。我国制备了一种有效的流动剂(MS2)17 ，添加少量(0.6%0.8%)就能显著改善超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的流动性，使其熔点下降达 10之多，能在普通注塑机上注塑成型，而且拉伸强度仅有少许降低。我公司遵循这一发展态势，在科研上下大力气，整合出优良的稀有非金属添加剂，并通过交联改性，提高产品性能，积极开拓国内外市场，与国际接轨，顺应发展潮流，使企业不断发展壮大。三、拟采用工艺技
8、术路线原料初检-添加剂和原材料均混-交联-入模-升温加压-降温脱模-检验-入库四、研究内容及技术关键和创新点研究内容：过氧化物交联工艺分为混炼、成型和交联三步。混炼时将超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）与过氧化物熔融共混，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）在过氧化物作用下产生自由基，自由基偶合而产生交联。这一步要保证温度不要太高，以免树脂完全交联。经过混炼后得到交联度很低的可继续交联型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE） ，在比混炼更高的温度下成型为制件，再进行交联处理。 与其它工程塑料相比，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于超
9、高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的分子结构和分子聚集形态造成的，可通过填充和交联的方法加以改善。填充改性采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、三氧化二铝、二硫化钼、炭黑等对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）进行填充改性，可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善。用偶联剂处理后，效果更加明显。如填充处理后的玻璃微珠，可使热变形温度提高 30。 玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉等可提高硬度、刚度和耐温性；二硫化钼、硅油和专用蜡可降低摩擦因数，从而进一步提高自润滑性；炭黑或金属粉可提高抗静电性和导电性以及传热性等。但是，填料改性后冲击强度略有下降，若将含量控制在40%以内，超高
10、分子量聚乙烯（UHMW-PE）仍有相当高的冲击强度。本项目是在高分子聚乙烯原料中混入稀有非金属添加剂（主要成分为 SiO2)，然后交联(新型交联剂主要成分为过氧化二异丙苯）加温加压成型，其目的是为了提高材料的耐磨性能，扩大材质在多种场合的应用。具体内容为：通过反复试验找出新型添加剂的最佳生产工艺，制定出企业标准。技术关键：1，交联初始阶段的温度控制 2，加热成型阶段的温度控制 3，添加剂混入时的均匀度控制创新点：1，稀有非金属添加剂的添加并和聚乙烯粉材均混。2，新型过氧化物交联改性技术。 五、预期结果及形式本项目实施后预期达到以下目标：技术方面，生产效率和技术水平国内领先，具体技术指标达到 G
11、B/T1041-1992、GB/T2411-1980、GB/T1033-1986、GB/T1040.2-2006、GB/T1043-1993、GB/T3960-1983 所要求的标准。板材合格率 99%，交联初期温差控制在0.9C-1.2C,非金属添加剂共混指标达到 30g/CM3,板材变形率控制在 0.5%，产量达到 3 吨/天，板材切割质量要求无毛刺，长、宽、高误差控制在 0.8mm。经济指标，本项目每吨板材生产成本为 7 万元，加工成零件为 15 万元/吨，毛利为 0.8 万元/吨，年生产能力为 240 吨，年毛利为 192 万元，年纳税 40 万元。创新能力方面，研发成功稀有非金属添加
12、剂，并对产品交联处理，使企业产品质量国内领先，提高了企业经济效益，增强了产品竞争力。社会效益方面，安排 50 人就业，用新方法新工艺生产的 PE 塑料件硬度高，韧性较好，能替代钢件，节省了紧缺的钢材、能源和资金，并培养了新工艺技术人才，为推广这种新技术打下了基础，是一项利国利民的好事。六、项目基础条件工厂内部有完整的组织机构和雄厚的技术力量，具有不断开发新产品的能力，各职能部门健全，质量管理体系完善，已通过了 EIC 国际体系认证和农业部全面质量管理达标验收。拥有高素质的售后服务队伍，除提供优质超高性能工程塑料产品外，还可供应与工程有关的配件、备品、工装，并为用户提供施工设计、维修、指导安装等多方面的服务。公司开发的超高分子聚乙烯系列产品具有极好的耐冲击、耐腐蚀、自身润滑和吸收冲击能等特性。本产品属高科技产品，附加值高，应用潜力大，是更新换代产品。七、需要配备条件结合研究及生产需要，现需要配备：扩建厂房，购买运料车，混料机，模具龙门架，铣床，车床等辅助设施，制定生产工艺，培训技术人员和管理人员。八、工作进度及安排2012 年 1 月：厂地安排3-6 月：厂房建设7-8 月：购置设备，调试设备试生产9 月：试验制定出新型添加剂的生产工艺，小试、中试生产2013 年 2 月 申请验收目前已经准时进入购置设备，调试设备试生产的阶段，达到了预期目标。
