高耐磨改性聚乙烯板材可行性研究报告

高耐磨改性聚乙烯板材可行性研究报告高耐磨改性聚乙烯板材可行性研究报告装备装备 09020902 文聃文聃 200932033200932033一、项目的目的和意义一、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、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 100 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(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、拟采用工艺技术路线三、拟采用工艺技术路线 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 GB/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0.9°C-1.2°C,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。