本发明专利技术涉及一种高导热性高热容量定向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)产品的制备工艺。工艺将UHMWPE送入辊获得预层压，然后进一步热拉伸以获得具有高导热性高热容量定向UHMWPE产品。整个流程中，拉伸温度保持低于UHMWPE的熔融温度。还提供一种通过本发明专利技术工艺制备的高导热性高热容量定向UHMWPE产品。定向UHMWPE产品具有以下特性，轴向导热性在70到200W/mK之间，横向导热性在0.022到0.045W/mK之间，热容量在6到25MJ/m3K之间。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高导热性定向超高分子量聚乙烯产品及其制备。定义本专利技术中使用的下列术语通常具有如下规定的含义，除非在使用它们的上下文中另有说明。解缠结：“解缠结”指超高分子量聚乙烯-乙烯的均聚物或共聚物，该聚合物具有以下特点：摩尔量在30万至2000万之间；结晶度高于75％；融解热高于200J/g，体积密度在0.01至0.3g/cc之间，其中,聚乙烯链具有低缠结或完全解缠结。定向产品：“定向产品”指纤维丝、板、膜、带或其他具有定向聚合物链的聚合物产品。拉伸比：“拉伸比”指热拉伸膜和砑光机辊轧板材相对单位重量和体积的比率。预层压：“预层压”指将UHMWPE通过辊后获得的板材，该板材进一步进行热拉伸获得定向UHMWPE产品。
技术介绍
聚合物具有许多优势，如低质量密度、化学稳定性、高强度质量比等。聚合物材料通常导热性差，使用非晶态聚合物制备的聚合物(如泡沫)广泛用于隔热。但用于热交换器和热量控制的材料需要高导热性，常见导体通常具有高导热性，如铜、铝、钛等。最近关于聚乙烯纳米纤维和天然生物聚合物高导热性的报道重新引发研究人员对导热聚合物的兴趣。众所周知，具有高结晶度和链对齐趋势的聚合物具有更高导热性。聚合物中的热量沿共价分子链传导，对于定向产品，导热性取决于结晶度、方向、晶体大小、分子链长度、化学桥接点、结晶态或非晶态边界、缺陷、分子链末端和缠结以及结晶态和非晶态结构。折叠超高分子量聚乙烯(UHMWPE)链组成的随机定向结晶区域变为扩展链组成的高定向结晶区域。扩展链在结晶区域中沿共价链轴方向导热可提高导热性。用于制备带或UHMWPE板材的UHMWPE纤维传统制备方法需要制备凝胶，使用大量合适溶剂解缠结聚合物链以实现扩展链组成的高定向结晶区域。此外，目前报道的工艺能量密集且麻烦，从而限制其用于商业应用。因此本专利技术设计一种可消除传统工艺缺点的高导热UHMWPE制备工艺。专利技术目的下面将在此讨论本专利技术的一些目的：本专利技术的一个目的是提供一种具备高轴向导热性和高热容量的定向UHMWPE产品制备工艺。本专利技术的另一个目的是提供一种具备高轴向导热性和高热容量的定向UHMWPE产品制备工艺，该工艺简单、商业可行并且环保。本专利技术的另一个目的是提供具备高轴向导热性和高热容量的定向UHMWPE产品。本专利技术的另一个目的是改善现有技术的一个或多个问题或至少提供一种有用的选择方案。以下说明将进一步揭示本专利技术的其他目的和优势。
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种高导热性和高热容量定向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)产品的制备工艺。工艺将UHMWPE送入具有预先确定线性辊速度和第一次预先确定温度的至少一对辊的辊隙中，获得预层压。获得预层压在预先确定的线性辊速度和第二次预先确定温度下热拉伸，获得具有高导热性和热容量的定向UHMWPE产品。本专利技术使用的UHMWPE基本解缠结。用于制备预层压和热拉伸的温度可以低于UHMWPE熔融温度。在另一个方面中，提供一种通过本专利技术工艺制备的高导热性高热容量定向UHMWPE产品。本专利技术的高导热性高热容量定向UHMWPE产品的轴向导热性在70到200W/mK之间，横向导热性在0.022到0.045W/mK之间，热容量在6到25MJ/m3K之间。详细描述众所周知，有机聚合物是隔热材料，室温下的导热性通常<1W/mK。但是，沿聚合物链对齐方向测量的定向聚乙烯聚合物轴向导热性通过定向增加。结晶度和结晶之间的连接进一步增加聚乙烯的导热性。传统使用UHMWPE通过凝胶纺丝纤维制备的聚乙烯定向产品具有高导热性，约为聚合物树脂的30-100倍。但是，通过挤压制备高导热性UHMWPE产品的工艺需要大量溶剂。本专利技术设计一种使用免溶剂流程制备聚乙烯定向产品的工艺，以及高导热性定向UHMWPE产品。按照本专利技术的一个方面，提供一种高导热性高热容量定向UHMWPE产品的制备工艺。工艺包括但不局限于以下介绍的步骤。在本专利技术的第一个步骤中，将UHMWPE粉末或压缩模压UHMWPE预成型送入具有预先确定线性辊速度和第一次预先确定温度的至少一对辊的辊隙中，获得预层压。在一个具体实施方式中，压缩模压UHMWPE预成型的厚度在1到3mm之间。按照本专利技术的辊可以是一对或多对。如果使用多对辊，可以串联或并联排列辊。辊温度保持在聚合物熔融温度以下或接近熔融温度。在本专利技术的一个典型实施方式中，温度维持在125℃。在本专利技术的另一个具体实施方式中，预先确定的线性辊速度在20到200cm/min之间，辊直径150mm，辊速度比在0.80到3.0之间。辊速度比指辊对中的线性辊速度的比率。通过设置与辊平行的所需间隙，调节预层压宽度。在一个具体实施方式中，预层压的宽度和厚度分别维持在50到55mm和0.05到0.20mm。通过修改垫块间隙进一步调节预层压宽度，按照要求切开预层压获得所需宽度的带/条。在下一个步骤中，在预先确定的温度和预先确定的线性辊速度下对获得的预层压进行热拉伸，获得定向UHMWPE产品。在特定温度和速度下拉伸可使聚合物链沿拉伸方向对齐；从而在形成的产品中引入各向异性，使其具有高导热性。在一个具体实施方式中，辊温度在130到155℃之间。请注意，UHMWPE温度不得超过熔融温度。温度高于UHMWPE熔融温度时(约140℃)，辊速度增加。辊速度增加会缩短UHMWPE与辊的接触时间，从而使UHMWPE不会接触到更高温度。拉伸速度维持在10到80mm/min之间。不同拉伸比下可以获得具有薄横截面的层压。本工艺中使用的UHMWPE具有某些预先确定的特性。UHMWPE基本解缠结，分子量在0.3到2000万g/mole之间，使用文档WO2013076733、PCT/IN2013/000016和1440/MUM/2013介绍的合适催化剂制备。粉末还具有各种参数特性，如通过ASTM-D4020-1a测量的增比比浓黏度(RSV)；通过Mark-Houwink方法使用以下公式计算的分子量：M＝K[η]α，其中K和α为常量，K＝53700，α＝1.37，η–固有黏度；通过ASTM D-1895测量的体积密度(BD)；分子量分布，借助采用Orchestrator软件的T.A.Instruments的RDA-III熔融流变仪测量；借助ASTM D 792使用Mettler Toledo测量单位测量的密度；熔融温度(Tm)和熔融热量(ΔHTm)，通过差分扫描热量计测量。通过操纵工艺条件调节聚合物粉末的分子量分布，包括但不局限于温度和压力，以及其他数量如RSV>17dl/g，ΔH>200J/g，体积密度<0.3g/cc。上述工艺形成的UHMWPE粉末具有高结晶，并充分解缠结。本专利技术的工艺还包括加入添加剂的步骤。按照本专利技术使用的添加剂包括但不局限于碳纳米管、石墨烯、炭黑、铝粉和氮化硼。添加剂可以采用粉末或细颗粒物形式。可以采用混合或分散方法将添加剂加入聚合物，然后将聚合物送入辊。添加剂可以进一步提高形成产品的导热性，扩大纯UHMWPE的导热极限。在本专利技术的另一个方面中，提供一种通过本上述工艺制备的高导热性高热容量定向UHMWPE产品。在一个具体实施方式中，制备产品的轴向导热性在70到200W/mK之间，横向导热性在0.0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高导热性高热容量定向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)产品的制备工艺；上述工艺包括以下步骤：a.将UHMWPE送入具有预先确定线性辊速度和第一次预先确定温度的至少一对辊的辊隙中，获得预层压；b.在预先确定的线性辊速度和第二次预先确定温度下热拉伸上述预层压，获得具有高导热性和热容量的定向UHMWPE产品。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.27 IN 701/MUM/2014;2014.09.29 IN 3106/MUM/1.一种高导热性高热容量定向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)产品的制备工艺；上述工艺包括以下步骤：a.将UHMWPE送入具有预先确定线性辊速度和第一次预先确定温度的至少一对辊的辊隙中，获得预层压；b.在预先确定的线性辊速度和第二次预先确定温度下热拉伸上述预层压，获得具有高导热性和热容量的定向UHMWPE产品。2.如权利要求1所述的工艺，其中定向UHMWPE产品的导热性在70到200W/mK之间。3.如权利要求1所述的工艺，其中定向UHMWPE产品的热容量在6到25MJ/m3K之间。4.如权利要求1所述的工艺，其中UHMWPE解缠结。5.如权利要求1所述的工艺，其中UHMWPE采用UHMWPE粉末和压缩UHMWPE预成型的形式。6.如权利要求1所述的工艺，其中所述预先确定的线性辊速度在2...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·B·马图尔，S·V·卡达姆，S·S·R·甘达姆，U·S·萨特帕蒂，K·R·萨尔马，N·F·帕特尔，G·M·梅赫塔，Y·M·阿明，A·K·P·沙阿，V·K·帕特尔，R·V·扎斯拉，D·K·舒克拉，A·I·帕瑞卡，
申请(专利权)人：信实工业公司，
类型：发明
国别省市：印度;IN
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