CN1034009A - 用于注塑成型的烯烃树脂组成物 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种注塑料用的烯烃树脂组成物,
它包括(A)烯烃树脂组成物,该组成物包括特性粘度
为10—40分升/克的超高分子量的聚乙烯和特性
粘度低于前者的低分子量或高分子量的聚乙烯,其中
超高分子量的含量占15-40%,这两种聚乙烯总的特
性粘度[η]为3.5-15分升/克,熔矩低于4.5kg·
cm;和(B)1-70%(以烯烃树脂组成物为基准的重量
百分数)的选自由粒状无机填充剂、纤维填充剂和润
滑剂所组成的这一组中的任一种添加剂。
Description
本发明涉及用于注塑成型的烯烃树脂组成物,更具体地说,涉及用于注塑成型的烯烃树脂组成物包括了超高分子量聚乙烯,它可以注塑成型,并兼有优良的滑动特性,优良的抗磨性,改进了的耐热性和改进了的刚性。
较之一般用途的聚乙烯,超高分子量聚乙烯在冲击强度、抗磨性、耐化学腐蚀性和抗张强度方面是良好的。超高分子量聚乙烯作为工程塑料材料的用途范围正在扩大。然而,较之一般用途的聚乙烯,超高分子量聚乙烯具有高得多的熔融粘度和低得多的可流动性,因此,用一般的挤出模塑成型或注塑成型的方法,对超高分子量聚乙烯来说,是非常困难的。这样,对超高分子量聚乙烯可行的模塑成型法是压制模塑成型,在很少的情况下,是通过在低速下的挤出模塑,将聚合物成型为棒状或类似物的模塑体。
如果用注塑成型法来成型低熔融流动性的超高分子量聚乙烯,在将树脂注入模具的模槽时会产生剪切断裂流动,并在模塑体中产生云母状的剥离层,因此,就不能得到超高分子量聚乙烯所发挥的优异特性的模塑品。也即,该模塑品劣于一般用途的聚乙烯模塑品。
作为不产生剥离层的注塑成型的方法,我们提出一个方法,在该方法里,在树脂注塑成型之前或之后,模槽的体积稍有增大,再将模塑体压缩成预定的体积(见日本专利公开号57-30067和日本专利公开号60-58010)。如果采用这个方法,就可得到无剥离层发生的具有超高分子量聚乙烯固有的优良特性的注塑成型品,这些特性包括高冲击强度和高抗磨性。然而,按照这个方法,要进行注塑成型应该使用具有能改变模具槽体积功能的注射模塑成型机,用|于|一般用途聚乙烯的注塑成型机就不能直接使用。
作为改进超高分子量聚烯烃的熔融流动性的方法,已经提出了各种方法,在这些方法中,将超高分子量聚烯烃与低分子量或高分子量聚烯烃混合。
我们发现一种烯烃树脂组成物能用一般用途的注塑成型机容易地模塑成型而不明显降低超高分子量聚乙烯固有的优异的滑动特性、耐磨性、冲击强度、耐化学腐蚀性和抗张强度。该烯烃树脂组成物系包括超高分子量聚乙烯,它具有在萘烷溶剂中于135℃测量而得的10至40dl/g的特性粘度及具有低于所述超高分子量聚乙烯的特性粘度的低分子量或高分子量聚乙烯;在该组成物中超高分子量聚乙烯占二类聚乙烯总量的15至40%重量份;整个组成物的特性粘度[η]c为3.5至15dl/g,熔融体转矩低于4.5公斤·厘米。如果在所述的烯烃树脂组成物中配加入预先确定的一定量的如填充料的添加物,诸如耐热性、刚度、冲击强度、自润滑性、抗磨性和模塑性等各种性能可得到提高而无上述烯烃树脂组合物的最特具的性能的明显降低,即诸如(1)抗磨系数、(2)动摩擦系数和(3)临界PV值的滑动特性。
由此本发明的一个基本目的是提供一种超高分子量聚烯烃组成物,该组成物能容易地注塑成要求很高的精确度的机械的、电的或电子的部件,而无超高分子量多烯所固有的优异的机械性能,抗磨性和滑动特性的明显降低,并且,所给出的模塑成型制品在耐热性、刚度、冲击强度、自润滑性能和抗磨性等方面有所提高。
本发明的另一个目的是提供一种滑动材料,该材料能容易地注塑成具有高机械精度的部件;给出一种兼有优异自润滑性,抗磨性和轻质的模塑品。
更具体地说,根据本发明所提供用于注塑成型的烯烃树脂组成物包括,(A)烯烃树脂组成物,该组成物包括具有在萘烷熔剂中于135℃测得的10至40dl/g的特性粘度的超高分子量聚乙烯和具有低于超高分子量聚乙烯特性粘度的低分子量或高分子量聚乙烯,其中超高分子量聚乙烯占二类聚乙烯总量的15至40%重量份,并且二类聚乙烯合为一体后的特性粘度[η]c为3.5至15dl/g,熔融体转矩T低于4.5公斤·厘米;(B)以烯烃树脂组成物为基础的1至70%重量份的添加剂,该添加剂选自细粒无机填料,纤维填料和液体及固体润滑剂。
进一步说,根据本发明所提供的牧习ㄏ┨髦槌晌锖吞砑蛹痢K鱿┨髦槌晌锇ň哂性谳镣槿芗林杏?35℃测得的10至40dl/g的特性粘度的超高分子量聚乙烯和具有某特性粘度的低分子量或高分子量聚乙烯,该特性粘度低于超高分子量聚乙烯的特性粘度,其中,超高分子量占二类聚乙烯的总量的15至40%重量份,并且二类聚乙烯合并为一体后的特性粘度[η]c为3.5至15dl/g,熔融体转矩T低于4.5公斤·厘米;所述添加剂为以烯烃树脂组成物为基础的1至70%重量份的液体或固体润滑剂。
在本发明的组成物中,超高分子量聚乙烯具有优异的诸如低磨损系数、低动摩擦系数和大的临界PV值等滑动特性和优异的冲击强度、抗张强度和耐化学腐蚀性,因此,超高分子量聚乙烯是一个必不可少的组分。超高分子量聚乙烯应有在萘烷溶剂中测量(这里提供的特性粘度是按此方法测定的)而得的为10至40dl/g,尤其是15至35dl/g的特性粘度[η]u。如果[η]u太低并低于所述范围,滑动特性和机械性能就劣于具有所述范围的特性粘度[η]u的超高分子量聚乙烯。如果[η]u超过所述范围,即使将超高分子量聚乙烯与后面所述的组分相混,注射模塑成型性降低了,并且在所得的模塑品中,外观变差,还形成波纹或类似物以及容易产生薄层剥离皮,抗磨性能等的降低。
用于本发明的特性粘度低于超高分子量聚乙烯的低分子量或高分子量聚乙烯是将注塑成型性给予超高分子量聚乙烯的模塑性的必要组分。为了使整个组成物得到本发明特定的范围内的特性粘度和熔融体转矩,按后面将详细说明的方法测量的特性粘度[η]h,较好地是在0.1至5dl/g,最好是0.5至3dl/g。如果[η]h太低并低于上述范围,就会在模塑物表面出现洇色(bleeding)或其他缺陷;如果[η]h超过上述范围,熔融流动性降低,整个组合物的模塑成型性趋于降低。
如果在特定条件下将超高分子量聚乙烯与低分子量或高分子量聚乙烯组合,可以在给予组成物优异注射模塑成型性时还给组成物带来低摩擦系数,低磨损系数和大临界PV值。首先,超高分子量聚乙烯的量为整个烯烃树脂组成物的15至40%重量份,特别是20至35%重量份。如果超高分子量聚乙烯的量太少并少于上述范围,该组成物的摩擦系数和抗磨性能方面将劣于含有上述范围含量的超高分子量聚乙烯的组成物;如果超高分子量聚乙烯超过上述范围,模塑成型性就下降,并引起剥离层,结果是抗磨性降低。
该整个烯烃组成物应有3.5至15dl/g的特性粘度[η]c,特别是4.0至10dl/g。如果[η]c太低并低于上述范围,该组成物在动摩擦系数和抗磨损性等方面就劣于[η]c在上述范围内的组成物;如果[η]超过上述范围,由于剥离层的产生,模塑成型性和抗磨性都降低。在本说明书及所附的权利要求书中引用的熔融体转矩T的值是在240℃,5kg/cm压力下,温度变化幅度为±3℃,频率为6CPM,用JSR Curastmeter(Imanaka Kikai Kogyo公司提供)测得的。通常的螺杆不能传送熔融体转矩T高于4.5公斤·厘米的组成物,因此,这样的组成物用一般用途的注射成型机也无法注塑成型。因而,熔融体转矩T应低于4.5公斤·厘米。
本发明的组成物包括上述烯烃树脂组成物,在此还配有选自包括细粒无机填料,纤维填充料和液体及固体润滑剂的添加剂。也即,通过将上述添加剂以烯烃树脂组成物的1至70%重量份的量加入到烯烃树脂组成物中,可以提高组成物的注塑成型性和模塑体的耐热性、刚性、抗冲击性、自润滑性及抗磨性,同时不降低烯烃树脂组成物固有的上述特性。
一般说来,为了得到更好些效果,或为了提高冲击强度、耐热性、抗磨性和电绝缘性,常常将填充料加入到模塑的塑料体中。在本发明的包括含有超高分子量聚乙烯和低分子量或高分子量聚乙烯的烯烃树脂组成物中和含有细粒无机填充的组成物中,以热扭变温度表示的耐热性有时比无填料的组成物要高出大于40℃,以挠曲弹性模量表示的刚度也几乎翻一倍。而且,得到这些意外的性能提高的同时并不明显降低烯烃树脂组成物固有的优异滑动性能,比如,(1)低磨损系数,(2)低动摩擦系数和(3)高临界PV值。
另外,通过将细粒无机填料加入到特定的烯烃树脂组成物中,提高了注射模塑成型体的空间稳定性,减少了通常在注射模塑成型体上能观察到的缺陷的形成,比如所谓“槽痕”和“翘曲”。因此,可以认为能得具有显著优越性的模塑成型性能。
将加入的填料的量控制谏鲜龇段谝彩侵匾摹H绻尤氲奶盍系牧咸俨⒌陀谏鲜龇段В悄腿刃裕斩群湍K艹尚托缘奶岣叱潭鹊陀诩尤氲奶畛淞系牧吭谏鲜龇段诘哪K芴宓亩杂π阅艿奶岣叱潭?如果加入的填料的量超过上述范围,熔融流动性降低和注塑成型性降低,模塑体的滑动特性也变差。
在本发明中,如果使用纤维填料,上面所述的使用细粒无机填料而得的优越性同样也能得到,并且,象抗张强度等的机械性能有显著提高,冲击强度也有显著提高。
再者,在本发明中,如果将液体和固体润滑剂加到上述烯烃树脂组成物中,可以进一步降低动摩擦系数和磨损系数而不使烯烃树脂组成物的固有优异特性变坏,比如优异的注射模塑成型性、自润滑性、抗磨性、冲击强度和机械强度。
加入的润滑剂的量应当在上述的范围内。如果润滑剂的加入量太少并少于上述范围,改进的动摩擦系数或抗磨性的效果就要差于当润滑剂的加入量是在上述范围内的所得的效果;如果润滑剂的加入量超过上述范围,滑动材料的机械强度或弹性模量比润滑剂的加入量在上述范围的滑动材料要降低许多。
下面详细描述本发明。
用于本发明的每一种超高分子量聚乙烯和低分子量或高分子量聚乙烯是乙烯的均聚物或是以乙烯为主要成分并伴以其他α-烯烃的共聚物,该烯烃可以是诸如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、癸烯、1-十二烯、4-甲基-1-戊烯或3-甲基-1-戊烯。
用于本发明的烯烃树脂组成物可以通过将上述超高分子量聚乙烯和低分子量或高分子量聚乙烯以前述的混合比例混合并熔融捏和混合物制备而得。为了形成均匀的组成物,较好的是采用多步聚合法来制备,更好的是将以乙烯为主要组成成分的烯烃在包含有高活固体钛催化组分和有机铝化合物催化组分的齐格勒催化剂以及在没有氢的情况下聚合以形成超高分子量聚乙烯,将上述烯烃在氢存在下聚合以形成低分子量或高分子量聚乙烯。高活性钛催化剂组分包括镁、钛和卤素,作为必要的拼料是特别好的。
所用的特定的齐格勒催化剂是在特定的状态下的,基本上是以固体钛催化组分和有机铝化合物催化组分形成。用作为固体钛催化组分的较好的是,例如,高活性、细粉状的,具有窄的颗粒大小的分布且平均颗粒尺寸在0.01至5μ的,包含几个细球相互连结的催化剂组分。具有这样特定状态的高活性、细粉状的钛催化剂组分可以通过在将液体状态的镁化合物和液体状态的钛化合物相接触而沉淀出固体产物时严格调节沉淀条件制备而得,例如,在日本专利公开说明书811/81中描述的固体钛催化剂组分的制备法,更具体地说,在上述公开的说明书中描述的方法中,将含有氯化镁的烃熔剂的溶液和高级醇与四氯化钛在低温下混合,再将温度升高到约50至100℃以沉淀出固体产物,在该方法的沉淀步骤中,须有微量的对应于每摩尔氯化镁为0.01至0.2摩尔的单羧酸酯存在,并且,剧烈搅拌对沉淀是有效果的。如果需要,可以用四氯化钛洗涤沉淀了的固体产物,这样,就可得到活性和颗粒尺寸都满意的固体催化剂组分。在这催化剂组分中,举例说,钛的含量约为1到6%重量份,卤素/钛的原子比约为5至90,镁/钛的原子比约为4至50。
具有窄的颗粒尺寸分布和平均颗粒尺寸为0.01至5μ,较好的是0.05至3μ的细小球状颗粒是通过将如上制备而得的固体钛催化剂组份进行高速度下的剪切处理而得,该颗粒也可用作高活性、细粉状钛催化剂组分。更具体地说,该高速剪切处理所采用的方法是,用可买到的均匀混合器在惰性气氛中对固体钛催化剂组分的淤浆进行一适当的时间的处理。在这个方法中,为了防止催化活性的降低,可将有机铝化合物以等摩尔的量事先加到钛中。另外,还可采用一个方法,该方法将处理过的淤浆通过一个筛子过滤以去除粗颗粒。具有非常细的颗粒尺寸的上述高活性,细粉状钛催化剂组分可通过上述方法得到。
较好的用作有机铝化合物的催化剂组分举例说有,诸如三乙基铝和三异丁基铝的三烷基铝;诸如二乙基氯化铝和二异丁基氯化铝的二烷基氯化铝;诸如乙基三氯化二铝的烷三氯化二铝;以及它们的混合物。
在形成超高分子量聚乙烯的聚合步骤中,使用高活性钛催化剂组份(A)的较好量是以每升介质中的钛原子约为0.001至20毫克原子,特别是约0.005至10毫克原子;使用有机铝化合物催化剂组分(B)的较好量是铝/钛原子仍嘉?.1至1000,特别是约为1至500。在产生超高分子量聚乙烯的聚合步骤中,采用的温度一般为-20至120℃,较好的是0至100℃,特别好的是5至95℃。采用的聚合压力为使得液相聚合或气相聚合可以在上述的聚合温度下进行的压力,例如,一般采用的压力在大气压至100公斤/平方厘米,较好的是从大气压至50公斤/平方厘米。聚合时间的确定是根据高活性钛催化剂组分中每毫克原子钛产生的超高分子量聚乙烯的量而定,该量至少为1000克,较好的是至少为2000克。为了在聚合过程中形成超高分子量聚乙烯,较好的是在没有氢存在下进行聚合反应。聚合反应后,可以将所形成的聚合物隔离在惰性介质气氛中贮存。
在产生超高分子量聚乙烯的聚合过程中可用作惰性介质的举例来说有,诸如丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷和煤油等的非环状脂族烃;诸如环戊烷和环己烷等的环脂族烃;诸如苯,甲苯和二甲苯等的芳族烃,诸如二氯乙烷、二氯甲烷和氯代苯的卤代烃;以及它们的混合物。特别可取的是使用脂族烃。
在本发明的烯烃树脂组成物的生产中,在不是产生超高分子量聚乙烯的聚合步骤的聚合过程中,剩余烯烃的聚合反应在氢存在下进行的。
在不是产生超高分子量聚乙烯的聚合步骤的聚合过程中,每摩尔的烯烃须供给氢气的量是以0.01至50摩尔,较好的是以0.05至30摩尔的量供给的。
在不产生超高分子量聚乙烯的聚合步骤的聚合过程中,较好的是,聚合釜中聚合反应液中的相应催化剂组分的浓度为能使得上述处理后的催化剂的量是以每升聚合反应液中的钛原子为0.001至0.1毫克原子,较好的是0.005至0.1毫克,聚合反应混合物中的铝/钛原子比约为1至1000,较好的为2至500。相关地,为了上述目的,可加入有机铝化合物催化剂组分(B)。为了调节分子量和分子量分布,可在聚合反应混合物中加入氢、电子给体和卤代烃。
聚合反应温度是在能进行淤浆聚合或气相聚合的范围内,也即,聚合反应温度至少为40℃,较好地为50至100℃。建议聚合压力为大气压至100公斤/平方厘米,特别是从大气压至50公斤/平方厘米。聚合反应时间由钛催化剂组分中的每毫克原子钛产生的聚合物的量确定,该量至少为1000克,较好的是至少为5000克。
在所述的方法中,第一步是进行超高分子量聚乙烯的聚合反应;第二步及以后步骤是进行低分子量或高分子量聚乙烯的聚合反应。可以知道,该聚合反应的次序是可以颠倒的。
用作本发明的细粒无机填料(B)可以有,诸如干法无定形硅(Aerosil),湿法无定形硅(白碳),结晶二氧化硅(方英石或石英)和硅藻土等的硅类物;诸如α-三氧化二铝,氢氧化铝和氧化铝凝胶(三水铝矿或勃姆石)等的铝类物;诸如合成硅酸铝(无定形)和天然硅酸铝(高岭土或煅烧过的高岭土)等的硅酸铝;天然硅酸镁(滑石);合成硅酸镁;合成碱性硅酸镁;天然的和合成的绿土粘土矿(膨润土和蒙脱土);合成铝代硅酸盐(沸石);诸如碳酸钙,碳酸镁和硫酸钡的碱土金属盐;以及氧化镁和氢氧化镁。
一般较好的是,用于本发明的细粒无机填料应有0.1至30μm直径的中位数值,特别是0.5至30μm(Colter计算器法),结合在烯烃树脂组成物中的细粉无机填充料为1-70%重量份,较好地为5-50%重量份,特别好的为10-30%重量份。
已知的纤维状填料可无限制地同样用作本发明的纤维填料。例如,可以是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、钛酸钾纤维、单晶纤维(Whisker),诸如不锈钢纤维和铝纤维的金属纤维、芳族聚酰胺纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维。
纤维状填充料的纤维直径为1至50μm,较好的为5至15μm;纤维长度为1至10mm,较好的为3至6mm;纤维长度与直径之比为200至10000,较好的为400至1200。
在本发明的烯烃树脂组成物中,每100重量份的含有超高分子量聚乙烯和低分子量或高分子量聚乙烯的上述烯烃树脂组合物中,纤维状填料的加入量为1至70重量份,较好的是3至50重量份,特别是5至30重量份为最好。如果纤维填料的加入量超过每100重量份烯烃树脂组合物中70重量份的话,表观熔融粘度增加,注塑成型性降低,模塑体的焊接强度降低。
石油类润滑油和合成润滑油可用作本发明中的液体润滑剂(B),石油类润滑油可以是液体石蜡、锭子油、冷冻机用油、电机用油、叶轮用油、机油和汽缸油。合成润滑油可以是合成烃油、聚二醇油、聚苯醚油、酯油、磷酸酯油、聚氯化三氟乙烯油、氟酯油、氯化联苯油和硅油。
具有与烯烃树脂组成物良好相容性和对提高润滑性能特别有效的润滑油,可以是由具有乙烯含量为20至80%摩尔份,特别是30至70%摩尔份的乙烯/α-烯烃共聚物且平均分子量为500至10000,特别是1000至5000,组成合成润滑油。丙烯是较好的作为这合成润滑油中的α-烯烃,可用其他具有至多20个碳原子,特别是至多14个碳原子的其他α-烯烃。较好的是Q值(重均分子量/数均分子量的比率)至多为4,尤其是为3。这样的润滑油的特征是在100℃测量时,其粘度指数至少为120,动态粘度指数为10至2000cst。这样的润滑油的结构,特性和制备方法在日本专利申请公开号117595/82和123205/82中有详细的描述。
作为固体润滑剂或滑动剂填充料(B),主要用石墨和二硫化钼。另外,可以用氮化硼、二硫化钨、氧化铅、玻璃粉及金属皂,除此还可以用诸如聚四氟乙烯树脂(PTFE)、四氟化乙烯/六氟化丙烯共聚物树脂(FEP)、四氟化乙烯/全氟化羟烷基乙烯共聚物树脂(PFA)、三氟化氯乙烯树脂(PCTFE)、四氟化乙烯/乙烯共聚物树脂(EFFE)和氟化亚乙烯树脂等的氟树脂粉,以及诸如硫化聚亚苯基树脂粉等的其他聚合物润滑剂。较好的是滑动剂填充料以粉状形式使用,颗粒的尺寸为1至100μm,特别是10至50μm。
固体润滑剂可单独使用,也可和液体润滑剂联合使用。例如,润滑剂可以配成粉剂、液剂(sol)、凝胶或在烯烃树脂组成物中的悬浮体等各种形式。
较好的是将液体润滑剂配成在烯烃树脂组合物中的含量为1至20%重量份,特别是2至5%重量份。较好的是将固体润滑剂配成每100重量份烯烃树脂组合物(A)中的含量为1至70重量份,特别是3至50重量份,更特别的是5至30重量份。
在本发明中,上述细粒无机填料,纤维填料和液体或固体润滑剂可以单独使用,也可以以混合形式使用。
在本发明的组成物中,重要的是所述的添加剂应尽可能地精细和均匀地分散在烯烃树脂混合物中。精细的分散可以通过将烯烃树脂组成物和添加剂用单螺杆或双螺杆挤出机捏和和熔融捏和混合物来完成。当然,已知烯烃树脂添加剂,比如抗氧化剂,脱模剂和颜料可以在这混合和捏和步骤中按照已知配方加入。
本发明的显著优越性之一是如此形成的组成物可以用一般用途的注射成型机来模塑成型。注塑成型的条件不是特别地严格。然而,一般较好的是在1000至4000公斤/平方厘米的注射压力下于200至290℃的压注圆筒温度进行注塑成型。当然,注塑成型可以一步完成也可多步完成。
本发明的组成物对各种有滑动特性要求的机械部件,特别是滑动部件,比如各种轴承、不加油的轴承、连接件、齿轮、凸轮、滑动器、滚轴、卷轴、汽缸、活塞及类似物等是有价值的。
因为本发明组成物包括的基本材料是含有超高分子量聚乙烯和低分子量或高分子量聚乙烯的特殊烯烃树脂组成物,就能将本发明的组成物在保持超高分子量固有的优异特性的同时以高的精度模塑成机械部件或类似物。通过向这样的烯烃树脂组成物中加入特定量的细粒无机填料,可提高热扭变温度和挠曲弹性模量而不明显降低烯烃树脂组成物的,诸如低磨损系数,低动摩擦系数和大的临界PV值的优异性能,并能防止“槽痕”和“翘曲”的发生。因此,可显著提高耐热性,刚度和模塑性。当纤维填充料混入烯烃树脂组成物时上述的优点同样能达到,而且抗张强度和冲击强度能得到高度改进。
而且,因为本发明组成物所包括的基本材料是含有超高分子量聚乙烯和低分子量或高分子量聚乙烯的特殊烯烃树脂组成物,就能使本发明的组成物在保持超高分子量聚乙烯固有的优异自润滑性、抗磨损性、冲击强度的同时,模塑成具有机械精度的滑块部件。通过往这样的烯烃树脂组成物中加入液体或固体润滑剂,可大大改善动摩擦系数和磨损系数。
下面结合实施例详细描述本发明,这些实施例不对本发明的范围加以任何限制。
在下面的实施例中,物理性能按下述方法测定。
抗张试验
抗张试验按美国材料试验标准(ASTM)D-638的方法,用ASTM的编号为4的试件在张力速度为50毫米/分钟下进行,测量屈服抗张强度(YS:公斤/平方厘米),断裂抗张强度(TS:公斤/平方厘米)和断裂伸长率(EL:%)
悬臂梁式冲击强度(公斤·厘米/厘米)
悬臂梁式冲击强度系按美国材料试验标准(ASTM)的D-256方法,用缺口试件进行测量。
Olsen刚度(公斤/平方厘米)
Olsen刚度按美国材料试验标准的D-747方法进行测量。弯曲强度(公斤/平方厘米)和弯曲弹性模量(公斤/平方厘米)
弯曲强度和弯曲弹性模量按美国材料试验标准(ASTM)的D-790方法进行测量。
热扭变温度(℃)
热扭变温度系采用尺寸为12.7mm×12.7m×127mm的试块及热扭变测试仪(Toyo Seiki提供)在4.64公斤/平方厘米的负载下,按美国材料试验标准(ASTM)的D-648方法进行测量。
动摩擦系数
动摩擦系数的测试系采用Matsubara型摩擦磨损试验仪(Toyo Boldwin提供)在7.5公斤/平方厘米的压缩载荷和12米/分钟的滑移速度的条件下进行30分钟。抛光材料为SU S304并使滑动表面的粗糙度调节至6s,以尺寸为130mm×120mm×2mm的注塑的矩形片为试件。
熔融临界PV值(公斤/平方厘米·米/分钟)
在Matsubara型摩擦磨损试验仪(Toyo Boldwin提供)中,将滑移速度调节至12米/分钟并以2.5公斤/平方厘米的间隔逐步将压缩载荷从2.5公斤/平方厘米增加到25公斤/平方厘米,并在每个压缩载荷下将树脂保持30分钟,测得由于热摩擦而熔融的树脂的PV值(载荷×速度)。抛光材料为SU S304,并将滑动面的粗糙度调节至6s,以尺寸为130mm×120mm×2mm的注塑的矩形片为试件。
摩擦磨损试验
摩擦磨损试验用Matsubara型摩擦磨损试验仪(Toyo Boldwin提供)在3.4公斤/平方厘米的载荷和30米/分钟的滑移速度的条件下进行168小时,测得磨损系数(×10-10立方厘米/公斤·米)。抛光材料为SU S304,并将滑动面的粗糙调节至6s,以尺寸为130mm×120mm×2mm的注射模塑的矩形片为试件。
模塑收缩率(%)
测量尺寸为130mm×120mm×2mm的注塑的矩形片的长度和宽度,按下式
收缩率(%)= (模具尺寸-模塑体尺寸)/(模具尺寸) ×100
以模具尺寸为基准测出模塑体的收缩率。
烯烃树脂组成物中的低分子量或高分子量聚乙烯的特性粘度[η]h
(1)测量超高分子量聚乙烯的密度du和烯烃树脂组成物的密度dc,按照下式
(a)/(du) + (b)/(dh) = 1/(dc)
测定出低分子量或高分子量聚乙烯的密度dh,式中dh、dc和du如上定义,a和b各自代表超高分子量聚乙烯和低分子量或高分子量聚乙烯在烯烃树脂组成物中的重量比。
(2)特性粘度不同的各种低分子量或高分子量聚乙烯在制备低分子量或高分子量聚乙烯所采用的同样条件(包括单体组成物和催化剂)下制备而得,考虑所得的聚乙烯类,除了改变氢分压之外,可确定特性粘度[η]与密度的关系。
在上述(1)中得到的低分子量或高分子量聚乙烯的密度dh被认为是符合所述的确定关系的,从这个关系可确定相应的特性粘度。
(3)各样品的密度按照下列过程测定,制备二套依次堆迭的叠层片,它含有铝片(3mm×300mm×300mm),石棉片(5mm×250mm×250mm),不锈钢片(3mm×220mm×220mm)和聚酯薄膜。将一套上面放置聚酯薄膜叠层片制件放置在压模机的加压面上,在这板上放上一个造型框(2mm×200mm×200mm),将另一套聚酯薄膜放在下面位置的叠层片放在造型框上。
将样品装入造型框中,在不加压条件下于190±3℃熔融样品8分钟,然后以300公斤/平方厘米的压力模塑5分钟。接着,以15±2℃的冷却速度将样品冷至60℃并取出样品,将样品放在恒温油槽中于120±0.2℃保持1小时,再以1.5℃/分的冷却速度将样品冷至室温。然后取出样品,在室温下放置1小时,按照美国材料试验标准D-1505的密度梯度法测定样品的密度。
下面的实施例将描述烯烃树脂组合物的制备。
实施例A
(催化剂的制备)
将47.6克(0.5摩尔)无水氯化镁、0.25升萘烷、0.23升(1.5摩尔)2-乙基己醇在130℃下加热和反应2小时,以制备得到均相溶液,然后再向上述溶液加入7.4毫升(50毫摩尔)苯甲酸乙酯。在搅拌下,将上述均相溶液滴加到温度保持在-5℃的1.5升TiCl4中,滴加时间为1小时。一只可拆开的3升容量的玻璃烧瓶被用作反应容器,并将搅拌速度调节至950转/分。滴加完毕后,使温度上升至90℃,并在该温度下反应2小时。反应终止后,经由过滤收集固相部分,然后用己烷对其进行充分洗涤,由此得到高活性、细粉状的钛催化剂组分。该催化剂组分含有3.8%(以重量计)的钛原子。
(聚合)
连续聚合系在连续两级聚合装置中进行,该装置包括两台彼此串联联结的内容积为220升的聚合罐。在连续两级聚合装置的第一级聚合罐(以下称为“聚合罐1”)中加入130升正己烷,并使温度上升至40℃。然后向聚合罐1连续引入35升/小时的正己烷、45mM/小时的三乙基铝、1.0毫克原子(以钛原子计)/小时的钛催化剂组分、以及6.0立方米(标准状态)/小时的乙烯气体。将聚合罐1中的聚合混合物浆液用泵送入第二级聚合罐(以下称为“聚合罐2”),以致反应混合物的容量总是保持在130升。聚合罐1中的聚合压力为4.8公斤/平方厘米(表压)。
除了从聚合罐1送来的聚合混合物浆液外,还连续向聚合罐2引入25升/小时的正己烷和18立方米(标准状态)/小时的乙烯气体。同时向该罐引入适量氢气,以使聚合罐2内气相中的乙烯/氢的摩尔比为1000/30。由聚合反应形成的稀浆通过定时阀从聚合罐2的底部间歇地抽出,以使该罐内反应混合物的容量保持在120升。在聚合罐2内的聚合温度为65℃,聚合压力为4公斤/平方厘米(表压)。所得到的聚合物经由离心分离器,使之与溶剂分离,然后在氮气流中干燥。
然后按照下述方法测定所得的烯烃树脂组成物中各组分的粘度[η]和含量,以及该组成物本身的[η]和熔矩(melt torque)T。
特性粘度系在134℃萘烷溶剂中测定的。熔矩T是用处于熔融状态的试样的扭矩表示,系在压力为5公斤/平方厘米,温度为240℃±3℃,振动次数为6次/分的条件下,用JSR Curastcmeter(Imanaka Kikai Kogyo供应)测定。
结果表明,烯烃树脂组成物的特性粘度[η]c为5.5分升/克,而熔矩T为1.3公斤·厘米。
实施例B
(催化剂的制备)
将47.6克(0.5摩尔)无水氯化镁、0.25升萘烷和0.23升(1.5摩尔)2-乙基己醇在130℃下加热和反应2小时,以制备得到一均相溶液,然后在该溶液内加入7.4毫升(50毫摩尔)苯甲酸乙酯。在搅拌下,将上述均相溶液滴加到温度保持在-5℃的1.5升TiCl4中,全部滴加时间为1小时。一只可分离的3升容量的玻璃烧瓶被用作反应容器,并将搅拌速度调节至950转/分。滴加完毕后,使温度上升至90℃,并在90℃下反应2小时。俟反应终止后,经由过滤收集固相,然后用己烷进行充分洗涤,由此得到高活性、细粉状的钛催化剂组分。所得的催化剂组分含有3.8%的钛原子(以重量计)。
(聚合)
连续聚合系在一个连续的两级聚合装置中进行,该装置包括两台互相串联联结的内容积各为220升的聚合罐。向上述连续的二级聚合装置中的第一级聚合罐(以下称为“聚合罐1”)加入130升正己烷,并使温度上升至60℃。然后向聚合罐1引入35升/小时的正己烷、45mM/小时的三乙基铝、1.0毫克原子/小时的钛催化剂组分(以钛原子计)和4.3立方米(标准状态)/小时的乙烯气体。将聚合罐1中的聚合混合物浆液用泵送入第二级聚合罐(以下称为“聚合罐2”)中,以使反应混合物的体积总是保持在130升。聚合罐1中的聚合反应压力为4.7公斤/平方厘米(表压)。
除了从聚合罐1中送来的聚合混合物浆液外,在聚合罐2中还连续引入25升/小时的正己烷和11.2立方米(标准状态)的乙烯气体。同时在该箱内引入适量的氢气,以使聚合罐2内气相中的乙烯/氢气摩尔比为1000/30。由聚合反应所形成的稀浆通过定时阀间歇地从聚合罐2的底部抽出,使该罐内反应混合物的容量保持在120升。聚合罐2内的聚合温度为85℃,聚合压力为7.2公斤/平方厘米(表压)。所得到的聚合物经由离心分离器而与溶剂分离,然后在氮气流下干燥。
然后,按照下述方法测定所得的烯烃树脂组成物中各组分的[η]和含量,以及该组成物本身的[η]和溶矩T。
特性粘度[η]是在135℃的萘烷溶剂中进行测定。
熔矩T是用处于溶融状态的试样的扭矩表示,系在压力为5公斤/平方厘米、温度为240℃±3℃、振动次数为6次/分的条件下,用JSR Curastometer(Imanaks Kikai Kogyo供应)测定。
结果表明,烯烃树脂组成物的特性粘度[η]c为5.4分升/克,而烯烃树脂组成物的溶矩为1.4公斤·厘米。
实施例1
试样1
将实施例A中得到的100份(以重量计)烯烃树脂组成物(该组成物的[η]c为5.5公升/克,密度0.968克/毫升,而溶矩T为1.3公3·厘米)与作为无机填充剂的10份(以重量计)平均粒度为1.75微米的滑石粉(由Matsumura Sangyo供应的Hi-Filler #5000P J)在Henschel混合器中进行混合,用单螺杆挤压机将上述混合物制粒,然后在下述条件下,通过注塑机(由Toshiba Kikai供应的IS-50型)制成各种试验件。
注塑条件:
圆筒(Cylinder)温度(℃):200/230/270/270;
注塑压力(公斤/平方厘米):第一次/第二次(primary/secondary)=1200/800;
螺杆转速(转/分):97;
模塑温度(℃):27(水冷)。
所得结果示于表1。
试样2
以同样的方式重复试样1中所述的方法,但填充的滑石粉量改为30份(以重量计)。
试样3
以同样的方式重复试样1中所述的方法,但使用不加填充剂的烯烃树脂组成物(A)。
试样4
以同样的方式重复试样1中所述的方法,但滑石粉的填充量改变成80份(以重量计),而且混合物用双螺杆挤压机制粒。
由于滑石的填充量太大,导致滑动性能大为劣化,以致该组成物不适宜实际应用。
所得结果示于表1。
表1
试样编号 1 2 3 4
奶畛淞?#160; 10 30 0 80
(以重量计的份数)
热变形温度
(℃)(4.64kg/cm2) 94 121 80 127
弯曲弹性模量 23000 33000 17000 40500
(kg/cm2)
动态摩擦系数 0.19 0.27 0.15 0.51
熔融临界PV值
(kg/cm2·m/min) 420 330 450 120
摩损系数
(10-10cm3/kg·m) 180 230 160 450
收缩率(%)
长度 1.3 0.9 1.6 1.2
宽度 1.2 0.9 1.5 1.0
实施例2
试样1
将实施例A中得到的烯烃树指组成物([η]c为5.5公升/克,密度为0.968克/毫升,而熔矩T为1.3公斤/厘米)100份(以重量计)与作为液态润滑剂的2份(以重量计)乙烯/α-烯烃的共聚物合成油(分子量为1300,在100℃下测得的动态粘度为100厘,该物质系由Mi Tsui Petrochemical Industries,Ltd.供应,商标名称为Lucant HC-100)在Henschel混合器中进行混合,然后用单螺杆挤压机将上述混合物制成颗粒状物,接着再用注塑机(由Toshiba Kikai供应的IS-50型设备)在下述条件下使之成为130mm×120mm×2mm尺寸的矩形板,最后将此板机加工成试验件。
注塑条件:
圆筒温度(℃):200/230/270/270;
注塑压力(kg/cm2):第一次/第二次=1000/800;
螺杆转速(转/分):97;
模塑温度(℃):27(水冷)。
试样2
以同样的方式重复制取试样1中所述的方法,但所加的润滑油的量改为10份(以重量计)。
试样3
以同样的方式重复制取试样1中所述的方法,但所加的润滑油的量改为0.3份(以重量计)。
由于润滑油的量太少,未观察到滑动性能的显著改善。
试样4
以同样的方式重复制取试样1中所述的方法,但用2份(以重量计)石墨作为固态润滑剂,该石墨的含碳量为99.0%,平均粒度为6微米,比表面积为15N2平方米/克,松密度为0.18克/毫升(ACP#1000,系由Nippon Kokuen Kogyo供应)。
试样5
以同样的方式重复试样4中所述的方法,但所加入的石墨量改为10份(以重量计)。
试样6
以同样的方式重复试样4中所述的方法,但所加的石墨量改为0.3份(以重量计)。
由于所加的石墨量太少,因而未观察到滑动性能的显著改善。
试样7
以同样的方式重复试样4中所述的方法,但所用的烯烃树脂组成物(A)中未加润滑剂。
所得的结果示于表2。
表2
试样编号 抗弯强度 弯曲模量 动摩擦 磨损系数
(kg/cm2) (kg/cm2) 系数 (×10-1cm3/kg·cm)
1 410 13000 0.12 150
2 340 9000 0.10 120
3 440 17000 0.15 160
4 450 16000 0.14 160
5 470 19000 0.12 200
6 450 17000 0.15 160
7 450 17000 0.15 160
实施例3
用Henschel混合器,将实施例B中所得的烯烃树脂组成物100份与0.1份(以重量计)四[(3,5-二叔丁基-4-羟基)氢化肉桂酸亚甲酯]甲烷(Irganox 1010,系由Nippon Ciba Geian供应)添加剂、0.1份(以重量计)四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4-亚联苯基二亚磷酸盐(Sandostab P-EPQ,系由Sandoz供货)添加剂、0.12份(以重量计)硬脂酸钙(Nippon Yushi供货)添加剂、以及20份(以重量计)用作纤维填充剂的玻璃纤维(CS6 PE-921,由Nitto Boseki供货)进行混合,然后将上述混合料送入一台长径比(L/D)为28,直径为45毫米的双螺杆挤压机中,使混合料在220℃和100转/分的条件下一次通过挤压机,以进行捏和与制粒。然后用注塑机(由Toshiba Kikai供应的IS-50型设备)在下述条件下,将成形的颗粒物模压成130mm×120mm×2mm尺寸的矩形板。再通过机加工将该模压板制成试验件。
注塑条件:
圆筒温度(℃):200/230/270/270;
注塑压力(kg/cm2):第一次/第二次=1000/800;循环(秒):第一次/第二次/冷却=5/3/25;
注入速度:2/10
螺杆转速(转/分):97;
模塑温度(℃):32(水冷);
所得结果示于表3。
试样2和3=以同样的方式重复试样1中所述的方法,但玻璃纤维的用量改为10份(以重量计)或30份(以重量计)。
所得结果示于表3。
试样4
以同样的方式重复试样1中所述的方法,但用20份(以重量计)碳纤维(Kureka Chop C-103,由Kureha Kagaku Kogyo供货)作为纤维填充剂。
所得结果示于表3。
试样5和6
以同样的方式重复试样1中所述的方法,但玻璃纤维的量改成0或80份(以重量计)。
所得结果示于表3。
表3
试样编号 1 2 3 4 5 6
烯烃树脂组成物 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4
[η](分升/克)
熔矩(kg·cm) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4
玻璃纤维
(以重量计的份数) 20 10 30 - - 80
碳纤维
(以重量计的分数) - - - 20 -
属服点的抗拉强度
(YS)(kg/cm2) 330
断裂时的抗拉强度
(TS)(kg/cm2) 660 550 940 740 170 不
断裂时的延伸强度
(EL)(%) 3 5 3 3 260 能
悬臂梁式冲击强度
(kg·cm/cm) 22.1 16.6 26.4 25.3 6 注
Olsen刚度
(kg/cm2) 16300 14000 21500 18000 11300 塑
热变形温度
(℃)(18.6Kg/cm2) 82 75 93 86 46
摩擦系数(μ) 0.22 0.19 0.31 0.25 0.15
磨损损耗(mg) 0.9 0.7 1.4 1.10 0.5
实施例4
用Henschel混合器,将实施例A中所得的烯烃树脂组成物100份(以重量计)与0.1份(以重量计)四[(3,5-二叔丁基-4-羟基)氢化肉桂酸亚甲酯]甲烷(Irganox 1010,由Nippon Ciba-Geigy供货)添加剂、0.1份(以亓考疲┧模?,4-二叔丁基苯基)-4,4-联二苯基二亚磷酸酯(Sandostab P-EPQ,由Sandoz供货)添加剂、0.12(以重量计)硬脂酸钙(由Nippon Yushi供货)添加剂、以及10份(以重量计)作为滑动填充剂的石墨粉(CSP,由Nippon Kokuen Kogyo供货)进行混合,然后将上述混合料送入一台长径比为28,直径为25毫米的单螺杆的挤压机,在190℃和50转/分条件下,混合料一次通过该挤压机,由此进行捏和与制粒。然后用注塑机(由Toshiba Kikai供应的IS-50型设备),按下述条件,将成形的颗粒模压成130mm×120mm×2mm尺寸的矩形板。通过机加工将该模压板制成试验件。
注塑条件:
圆筒温度(℃):200/230/270/270;
注塑压力(kg/cm2):第一次/第二次=1000/800;
循环(秒):第一次/第二次/冷却=5/3/25;
注入速度:2/10;
螺杆转速(转/分):97;
模塑温度(℃):32(水冷);
所得结果示于表4。
试样2
以同样的方式重复试样1中所述的方法,但用10份(以重量计)PTFE粉末(Teflon TFE-T-TA-J,由Mitsui-Du Pont Fluorochemical供货)作为滑动填充剂。
所得结果示于表4。
试样3和4
以同样的方式重复试样1中所述的方法,但所用石墨粉的量改成0或80份(以重量计)。
所得结果示于表4。
表4
试样编号 1 2 3 4
烯烃树脂组成物
[η][分升/克] 5.4 5.4 5.4 5.4
熔矩(kg·cm) 1.4 1.4 1.4 1.4
滑动填充料
石墨粉
(以重量计的份数) 10 - - 80
PTFE粉
(以重量计的份数) - 10 - -
在屈服点的抗拉强度
(YS)(kg/cm2) 240 210 330 不
断裂时的抗拉强度
(TS)(kg/cm2) 110 120 170 能
断裂时的延伸强度
(EL)(%) 90 120 260 注
悬臂梁式冲击强度
(kg·cm/cm) 7 4 6 塑
Olsen刚度
(kg/cm2) 13000 9200 11300
摩擦(μ) 0.11 0.12 0.15
摩损损耗(mg) 0.3 0.7 0.5
Claims (18)
1、一种供注塑用的烯烃树脂组成物,它包括:
(A)烯烃树脂组成物,该组成物包括特性粘度为10-40分升/克(在135℃的萘烷溶剂中测定)的超离分子量聚乙烯和特性粘度低于超离分子量聚乙烯的低分子量或离分子量聚乙烯,其中超离分子量聚乙烯的含量为15-40%(重量百分数,以上述两种聚乙烯的总量为基准),上述两种聚乙烯总的特性粘度[η]c为3.5-15分升/克,熔矩T低于4.5公斤.厘米;和
(B)1-70%(重量百分数,以烯烃树脂组成物为基准)的添加剂,该添加剂选自由细粒状无机填充剂、纤维填充剂、液态润滑剂和固态润滑剂所组成的这一组中任一种。
2、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于烯烃树脂组成物(A)中的低分子量或高分子量的聚乙烯,其特性粘度[η]为0.1-5分升/克。
3、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的超高分子量聚乙烯在烯烃树脂组成物(A)中的含量为20-35%(以重量计)。
4、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于细粒状的无机填充剂(B)的平均粒度为0.1至30微米。
5、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的细粒状无机填充剂(B)是滑石。
6、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的细粒状的无机填充剂(B)的含量为5-50%(以重量计)。
7、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的纤维填充剂(B)系由无机或有机纤维组成,纤维的直径为1-50微米,纤维长度为1-10毫米。
8、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的纤维填充剂(B)是玻璃纤维或碳纤维。
9、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的纤维填充剂(B)的含量为3-50%(以重量计)。
10、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的液态润滑剂(B)是石油型润滑油或合成润滑油。
11、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的液态润滑剂(B)是合成润滑油,该合成润滑油包括乙烯/α-烯烃的共聚物,其中乙烯的含量为20-80%(摩尔百分比),平均分子量为500-10000。
12、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说液态润滑剂的含量为1-20%(以重量计)。
13、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的固态润滑剂(B)是一种粒径为1-100微米的粉末。
14、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的固态润滑剂(B)是石墨粉或聚四氟乙烯粉。
15、根据权利要求1所述的组成物,其特征在于所说的固态润滑剂的含量为3-50%(以重量计)。
16、一种模塑制品,其特征在于该模塑制品是由权利要求1所述的组成物通过注塑的方法制成。
17、根据权利要求16所述的模塑制品,其特征在于所说的注塑系在注塑压力为1000-4000公斤/厘米2,圆筒温度为200-290℃的条件下进行。
18、一种滑动物料(silding material),它包括:
(1)烯烃树脂组成物,该组成物包括特性粘度为10-40分升/克(在135℃的萘烷中测定)的超高分子量聚乙烯和特性粘度低于超高分子量聚乙烯的低分子量或高分子量的聚乙烯,其中超高分子量聚乙烯的含量为15-40%(以上述两种聚乙烯的总量为基准的重量百分数),而这两种聚乙烯总的特性粘度[η]c为3.5-15分升/克,熔矩T低于4.5Kg·cm;
(2)1-70%(以烯烃树脂组成物为基准的重量百分数)的液态或固态的润滑剂。
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