专利名称：一种超高分子量聚乙烯公路护栏材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及公路护栏技术领域，特别是涉及一种防撞公路护栏材料及其制造方法。
背景技术：
设置于公路路基两侧和中央隔离带的护栏，具有防止偏离正常行进方向的高速车辆冲出路面、减轻对车辆和乘员的撞击伤害、并对偏离道路方向的车辆进行改向的保护作用。
现代的高速道路护栏有两个相对矛盾的要求，一是要求护栏材料在纵向或道路方向具有足够高的拉伸强度，相对小的变形，以防止车辆偏离正常轨迹过多；二是在车辆和护栏材料撞击时，护栏材料能够发生相对大一些的弹塑变形从而吸收冲击能量，对车辆进行适度的减速，减轻车辆的变形和损伤。
目前国内外使用的公路护栏材料主要有三种类型，包括1、厚大的刚性混凝土护栏；2、缆索护栏；3、碳钢材料制造的波形梁护栏板，常采用Q235冷轧成形后热镀锌制成，立柱常采用碳钢焊接成管后热镀锌制成。
刚性混凝土护栏具有最佳的防车辆越出性能，适用窄的中央隔离带，缺点是撞击时对车辆的加速度最大，对车辆和人员的伤害最为严重，另外刚性混凝土护栏具有强烈的行驶压迫感和不安全感，安全性有限。
缆索护栏属柔性护栏，缆索护栏通常采用镀锌钢绞线制成，车辆碰撞时缆索在弹性范围内工作，但缆索护栏施工复杂，成本高，视线诱导功能差，仅用于一些要求美观的风景区等场合。
钢制波形梁护栏常用基材为碳钢材料Q235，其屈服强度为235MPa，杨氏弹性模量为200GPa，抗拉强度在370MPa左右，断裂伸长率在22％左右，冷轧强化后局部抗拉强度可以达到370-600MPa左右。采用如此高强度的碳钢材料制造公路护栏主要基于以下优点1、高强度、高弹性模量的碳钢材料在被撞时发生相对小的变形量，因此具有相对高的防车辆越出性能；2、相对其他金属材料具有成本优势；3、与厚大的刚性混凝上护栏相比，波形梁护栏板具有一定的变形吸能作用和良好的视向诱导功能，没有行驶压迫感。基于这些优点，目前的公路护栏材料90％以上采用钢制波形梁护栏板。
汽车采用的结构材料也主要是碳钢材料，如车身采用冲压成形的钢板，与钢制护栏材料具有接近的力学性能，因此在二者撞击时往往车辆的损毁也比较严重，另外因为护栏钢板的变形弛豫时间较短，对车辆产生较大的加速度，对车辆和乘员的冲击伤害较大。另外经典的4320*310*85*3(mm)的波形梁护栏板一根就具有近50公斤的重量，比较笨重，生产、运输、安装均不方便。另外为防止碳钢腐蚀采用的热镀锌工艺还存在环境污染的问题。
因此，需要开发兼具适当高的抗拉强度和高的断裂伸长率、良好的冲击功吸收能力和适当高的变形驰豫性能、行使安全感好、无压迫感、好的防车辆越出性能、好的视线诱导性能、安全性好、综和经济性好的新型公路护栏材料和新型制造方法。
中国发明专利申请CN1654745A文献中提出用玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制造公路护栏，但是该复合材料抗拉强度较低、韧性差，抗拉强度一般小于40MPa，抗冲击性能较差，简支梁抗冲击强度一般小于40KJ/m2；在车辆与护栏撞击时，复合材料护栏易断裂，起不到安全防护作用。
中国发明专利申请CN1670311文献中提出用废旧轮胎加添加剂挤出成型制成护栏体，采用该方法制造的材料抗拉强度和弹性模量较低难以达到护栏材料的要求。
在现有塑料中超高分子量聚乙烯(以下简称UHMWPE)的抗冲击强度、冲击功吸收能力都居于首位，UHMWPE原料是一种白色粉末状材料，其实密度仅0.93-0.94g/cm2，50万以上相对高的分子量以及毛线团状的分子链相互密集缠结结构赋予了它突出的性能，与众多的热塑性聚合物材料相比，超高分子量聚乙烯制成品具有极低的摩擦系数、良好的抗磨粒磨损性能、耐腐蚀、耐低温、耐冲击、耐应力开裂、卫生无毒等诸多优点，无缺口冲击试样甚至利用现有的冲击实验测试手段冲不断，即使在液氮温度(-196℃)下也能保持优异的冲击强度和一定的延展性，而普通碳钢则呈现低温脆性。虽然UHMWPE制品具有如此优异的综合性能，但是其加工难度非常大，主要表现在1、极高的熔融粘度，流动性极差；2、UHMWPE摩擦系数小，高粘弹态的熔体用普通的单螺杆挤出机难以连续输送加工；3、熔体挤出时临界剪切速率低，易出现熔体破裂。目前纯的UHMWPE的板材、管材、棒材主要采用粉末冶金的工艺方法加工，即通过预压制、预热、模具中压制烧结、定型、冷却等断续生产工序，难以实现高效率、低成本加工，尽管目前UHMWPE原料价格仅1.3-1.4万/吨，但是模压烧结制品的售价往往在3.5万/吨左右，尽管UHMWPE的密度是碳钢的近1/8，模压烧结UHMWPE制品虽可通过加大厚度等满足力学上的要求，但是在经济上同目前成熟的热镀锌碳钢材料护栏板相比就没有优势。。另外采用此法制造的UHMWPE制品抗拉强度一般在20-35MPa左右，尽管断裂伸长率高达300％，由于抗拉强度和弹性模量稍低，若直接用模压烧结的UHMWPE制品代替碳钢材料，其防车辆越出性能、安全性不够理想。
采用普通塑料常用的单螺杆挤出机直接挤出成型工艺实现UHMWPE制品的连续化、低成本生产是很多科技工作者和实业家追求的目标，日本的三井石化早在20世纪七十年代研制出用改进的Φ65单螺杆挤出机直接挤出成型UHMWPE棒材；北京市塑料研究所也于“六五”、“七五”期间研制出单螺杆挤出机直接挤出成型UHMWPE棒材；北京化工大学在充分研究的UHMWPE螺杆输送机理的基础上也曾在20世纪九十年代研制出采用改进的单螺杆挤出机直接挤出成型棒材、管材、片材、线材，并实现了小批量生产。采用改进的螺杆、螺筒结构虽实现了纯的UHMWPE制品的连续生产，但是由于纯UHMWPE的临界剪切速率低，生产速度和制品表观质量还是个问题。
为改进UHMWPE的加工难题和生产效率，清华大学、中科院化学所、上海化工研究院、北京东方化工厂等单位在UHMWPE材料共混改性配方方面也做过不少显著的改进工作，如中国专利申请98100960报导采用填加液晶高分子与UHMWPE共混改性，改善了单独采用UHMWPE熔体流动性差的缺点；但是液晶高分子材料成本太高，在经济上有压力。
中国专利申请01100016报导采用填加层状硅酸盐与UHMWPE共混改性，虽可改善UHMWPE的加工特性，改性添加料的成本也具有优势，但是由于二者难以实现分子层面的微观混合，制品易出现应力集中，与纯UHMWPE相比，制品的韧性有所下降。
中国专利CN1216936C报导采用填加0.5-10份的纳米无机材料和0.5-30份的HDPE、LLDPE、硅酮、氢化石油树脂、含氟聚合物中的一种或其混合物以及其他助剂对UHMWPE采用双螺杆挤出机共混改性、造粒，改性UHMWPE粒子的熔融指数可调整至0.12-0.27。但是由于UHMWPE在双螺杆挤出机中与文献中所述的共混改性剂混炼时，分子链不能充分解缠，加上UHMWPE存在一定的分子量分布，改性料难免出现部分凝胶和应力集中现象，与纯UHMWPE压制烧结成型制品相比，采用上述改性料挤出成型制造的产品仍存在抗冲击韧性和强度不足的缺点。
中国专利申请200410022004.6报导采用填加聚丙烯10-30份和其他助剂对UHMWPE采用双螺杆挤出机共混改性、造粒，也可以明显降低UHMWPE的高温熔体粘度、提高临界剪切速率、改善加工流动性，改性料可以用普通的模压、挤出、注塑成型等工艺加工。基于与前述申请同样的技术缺陷，采用上述改性料挤出成型制造的产品仍存在抗拉强度和抗冲击韧性不高的缺点。
中国专利CN1126782报导采用填加红磷和炭黑与UHMWPE共混后压制烧结成型，改进了纯UHMWPE的阻燃性能和抗静电性。填加红磷和炭黑与UHMWPE共混后压制烧结成型，改进了纯UHMWPE烧结制品的阻燃性能和抗静电性。
中国专利CN1094136C报导采用SBS改性UHMWPE复合材料的制备方法，由UHMWPE、SBS、硫化剂、硬脂酸、氧化锌、促进剂和抗氧剂等助剂共混交联而成，采用开放式炼胶机混炼后的半成品用模压烧结制得成品，抗拉强度在5-6MPa，断裂伸长率在400％以上，耐磨能力接近纯UHMWPE制品，具有良好的弹性。
上述改性料和工艺制造的UHMWPE结构材料抗拉强度一般小于40MPa，可以满足一些力学性能要求不是很高的应用场合，如煤仓耐磨衬板、渣浆输送管道、造纸和纺织机械等。还不能满足公路护栏制品的特殊力学性能要求。国际上将UHMWPE纤维、碳纤维、芳纶纤维并称为三大高性能纤维，其中UHMWPE纤维具有高强度(大于2.7GPa)、低密度的特点，在防弹衣等轻质复合材料应用中显示出极大的优势。
UHMWPE纤维由于分子量极高，它的主链结合好，取向度和结晶度极高，因此它的比强度(32cN/dtex)是当今世界上所有纤维之最，相当于优质钢丝的15倍，比普通化学纤维高近10倍，而且密度小(ρ＝0.97g/cm3)，模量高(轴向弹性模量100GPa)，耐紫外线，耐腐蚀等稳定的化学性能及突出的抗冲击、抗切割、韧性等优异性能。该种纤维具有优异的耐气候性能，在长时间光照下仍能保持其高强高模的特性，这得益于它本身特殊的化学与物理结构。经大量试验发现其抗紫外光照射性能要大大优于其他化学纤维，连续光照时间达1500小时后，其强度保持率依然在80％以上，而其它化学纤维这一指标一般是40％左右，甚至更低。
UHMWPE纤维生产的主要科学原理是利用热致相分离原理，首先将UHMWPE溶胀于室温不溶解但高温下可溶解形成均匀溶液的第一溶剂(潜溶剂)，经预溶胀处理后的混合材料采用双螺杆挤出机进行高温充分溶解、混炼成热力学均匀溶液，经纺丝箱的喷丝头喷出后利用动力学特性将熔体在牵伸状态下冷却分相、结晶、成型、去除溶剂、干燥、超倍率热拉伸、热定型，最终获得成品纤维；潜溶剂对UHMWPE分子链的良好解缠、取向和去除溶剂后保持母丝内具有一定的分子链相互缠接是热拉伸强化得到高强度纤维的的技术核心之一；若没有一定的分子链解缠、取向，比如利用烧结的UHMWPE半成品热拉伸，则不能形成充分伸展的拉伸强化的微纤维束，照样得不到高强度的制品；UHMWPE纤维生产中要有热拉伸前的溶剂去除、回收工序，否则由于溶剂的增塑作用，不能得到有效的拉伸，制品也很难达到15cN/dtex以上的高强度。
UHMWPE纤维目前主要有两种生产工艺路线，一是以荷兰DSM公司的专利为代表的，采用挥发性的十氢萘做溶剂，利用冻胶纺丝法生产，该工艺利用了十氢萘的易挥发性，在热拉伸前不用萃取工艺即可除去十氢萘；二是以美国Allied signal和日本三井为代表，采用石蜡油为第一溶剂，在喷丝后对冻胶用第二溶剂进行萃取，去除第二溶剂、干燥后热拉伸。
虽然UHMWPE纤维已实现了连续化的工业生产，但是由于UHMWPE纤维生产中要有热拉伸前的溶剂去除、回收工序；另外由于纤维生产对工艺规范、设备要求严格等问题，因此UHMWPE纤维的生产成本还比较高，仅用于一些特殊场合，另外由于为获得超高强度而常采用20-40倍的超倍率热牵伸，UHMWPE纤维的断裂伸长率一般小于5％。采用UHMWPE纤维制造护栏的缆索或与其他材料复合后制造护栏板等制品尚不具备成本竞争力。
基于现有的材料和技术生产制造的公路护栏产品存在安全性不高、笨重安装不便、生产成本高等缺点，而UHMWPE用于制造公路护栏结构材料尚未见报道。经本发明人的深入研究和试验，发现可以借鉴利用UHMWPE纤维制造的科学原理开发出以UHMWPE为基础配方材料，具有适当的高抗拉强度(为现有Q235碳钢的1/4-2/3)、兼具高的断裂伸长率(为现有Q235碳钢的2倍以上)、良好冲击功吸收性能、经济的公路护栏材料及制品生产工艺，制造出波形梁板状、圆管、方管、线材状、棒材状等形状的UHMWPE公路护栏材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯公路护拦材料及其经济制造方法，性价比高于目前广泛设计和应用的钢制波形梁护栏板、护栏管、立柱等，其特征在于该护拦材料基本组成为重均分子量50万以上的超高分子量聚乙烯，采用本发明的超高分子量聚乙烯公路护拦材料制品的纵向抗拉强度80-280MPa，断裂伸长率45-450％；横向抗拉强度20-150MPa，断裂伸长率60-800％，缺口试样简支梁抗冲击强度大于150KJ/m2；该UHMWPE护拦材料及其制品优选的纵向抗拉强度是Q235碳钢的1/4-1/2，优选100-180MPa，纵向断裂伸长率是Q235碳钢的2.5倍以上，优选60-350％。本发明的超高分子量聚乙烯公路护拦材料是采取以下所述原料及方法制造而成，通过适当调整工艺参数和原料配方，按照本发明的方法很容易做出上述力学性能的超高分子量聚乙烯公路护拦材料。
该护拦材料基材选用重均分子量50万以上的超高分子量聚乙烯和其他工艺辅料组成，辅料包括潜溶剂、阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、填充剂、着色剂、低分子量聚烯烃、热塑性弹性体等。
作为超高分子量聚乙烯公路护栏材料的主要承力基本元素材料，采用的UHMWPE原料的重均分子量为50-1000万，优选150-400万，考虑到力学性能、工艺性和经济性的平衡更优选250万±50万，如北京助剂二厂的M2。
潜溶剂是对UHMWPE在室温不溶解但是高温溶解良好的溶剂，是对UHMWPE分子链卷曲体进行高温下解缠、溶解、滑移取向的重要工艺辅料，潜溶剂为固体石蜡或流体链烷烃，如石蜡油、煤油、十一烷、癸烷、己烷，或相容的增塑剂，如邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯，或氯化石蜡，或上述原料的组合物，优选固体石蜡和氯化石蜡的组合物作为潜溶剂。采用固体石蜡做潜溶剂时，可以首先将固体石蜡在50-120℃下先行熔化后再加入UHMWPE粉料等一起加热、搅拌，采用固体石蜡和氯化石蜡为主的组合物作为潜溶剂具有UHMWPE制成品外观优良的优点和一定的阻燃能力，甚至在成品成形后潜溶剂保留在制品中不用清洗即可使用，从而可以降低超高分子量聚乙烯公路护拦材料的批量生产成本。采用己烷、癸烷作为潜溶剂具有挥发性好，UHMWPE制品不用清洗的优点，但是低C数烷烃易燃易爆，对生产设备安全性要求高。
以超高分子量聚乙烯15-50份、潜溶剂50-85份为基准配制UHMWPE预溶胀料浆，UHMWPE在预溶胀料浆中的比例过低，制品力学性能相对低，热拉伸倍率要求高；UHMWPE在预溶胀料浆中的比例过高，利用平行同向双螺杆挤出机混炼挤出时熔体强度过高、熔体压力过大、易憋机。热塑性弹性体和聚烯烃及其共聚物的加入可以调节UHMWPE制品的生产工艺性和横向力学性能，可采用重均分子量20万以下的聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物或高活性聚异丁烯，如m-LLDPE(EXCEED 1018，3518等)，LLDPE(如7042粉料等)，HDPE，LDPE，PIB 2000，聚乙烯蜡或其组合物；热塑性弹性体可选用常规的EVA、SBS、SEBS、EPDM等，以相容性、经济性好的EVA为优选。
除潜溶剂外的其他工艺辅料包括(重量份数)阻燃剂0.15-30份、抗氧剂0-1份、光稳定剂0-10份、填充剂0-30份、着色剂0-30份、聚烯烃及其共聚物0-50份、热塑性弹性体0-30份。阻燃剂为氯化石蜡、氯化聚乙烯、磷酸酯、十溴二苯醚、低烟无卤阻燃电缆料专用PE相容剂、氰尿酸三聚氰胺、超细氢氧化镁、超细氢氧化铝、超细三氧化二锑、微胶囊化红磷、炭黑中的至少一种或其组合物。
抗氧剂可采用经典的1010或抗氧剂CA等。光稳定剂可采用炭黑、二氧化钛、UV-9、邻苯二甲酸二异癸酯等。填充剂可采用纳米碳酸钙、二氧化钛、荧光粉等填料。着色剂可以采用聚乙烯基色母料，也可采用料浆状颜料。根据选用的配方组合工艺需要还可加入适当的偶联剂，而上述列出和围列出的常规助剂，在很多的高分子材料教材中都有介绍。对本领的技术人员而言，可以很容易的作出不同的组合。
将潜溶剂50-85重量份和UHMWPE粉料15-50重量份混合物料在50-120℃下进行保温预溶胀处理2-48小时并搅拌均匀，适当的加热和一定的溶胀时间可以保证溶剂更好地向UHMWPE分子链卷曲体中扩散，削弱过分缠结的分子链间的作用力，溶胀工艺温度过高反而易导致UHMWPE粉料表面熔融，溶剂向粉体内扩散困难，溶胀工艺温度过低、扩散时间不够均会直接导致UHMWPE原料溶胀不充分，在随后利用平行同向双螺杆挤出机加热、混炼、挤出时易出现凝胶状应力集中物，对制品的后续拉伸强化不利，制品的力学性能不理想。
平行同向双螺杆挤出机对油状低摩檫系数物料具有良好的连续输送能力和高效的均匀混炼能力，预溶胀处理充分的料浆状UHMWPE预混料经计量泵(如单螺杆泵)定量、连续地输送进平行同向双螺杆挤出机进行进一步加热、溶解、混炼成160-220℃的均匀熔体状混合物；熔体温度过低，熔体压力偏高，对设备不利；熔体温度过高，潜溶剂在高温下易汽化蒸发在熔体后续挤出时易产生气泡。
其他辅料既可以和溶胀处理充分的UHMWPE/潜溶剂料浆预混料一起混合均匀后输送也可通过高搅机预混合后用单独的双螺杆送料装置定量地送入平行同向双螺杆挤出机，UHMWPE/潜溶剂预溶胀处理充分的料浆预混料经单独的计量泵定量、连续地输送进平行同向双螺杆挤出机。
由于平行同向双螺杆挤出机的建压能力稍差，混炼均匀的熔体经过熔体过滤器过滤后可以进入串接的熔体齿轮泵或单螺杆挤出机后再进入成型模头和辅机组，经熔体拉伸、冷却结晶、固形物拉伸强化、冷却成所需形状的护栏材料。
熔体拉伸比为1.5-15，熔体拉伸可以和熔体冷却、结晶同步进行，以保证UHMWPE分子链的纵向取向和微原纤、串晶的形成，熔体冷却既可以在成型模头内进行也可以在从模头挤出后在辅机组内冷却。熔体拉伸比是指刚凝固的固形物的线速度和熔体在模头的出口处线速度之比。熔体冷却、结晶有两种方式1、利用特殊设计的带冷却机构的成型模头内将熔体从160-220℃冷却至133-138℃，在成型模头内将熔体冷却、部分结晶、取向、并进行3-15倍率熔体拉伸，再对半固形物在模头出口外进一步冷却至80-125℃，并以1-5倍率热牵伸，可以直接达到材料拉伸强化的效果，制品并具有好的横向力学性能。2、在熔体从常规成型模头挤出后、在辅机内冷却、结晶形成固形物半成品，其工艺温度既可以控制在80-125℃便于后续的热拉伸，也可控制到室温左右；前者采用的冷却介质温度略高、冷却速度低、冷却段的生产线长、但是可节约生产能源，后者采用的冷却介质温度低、冷却速度快、冷却段的生产线可以短、工艺好控制一些，但是由于后续的热拉伸还需要再次对半成品进行预热，生产能源有些浪费。
固形物拉伸强化是在80-125℃下进行，优选110-120℃，对板材和管材一般采用双向拉伸强化，纵向热拉伸倍率为2-10倍，优选3-7倍，横向热拉伸倍率为1-6倍，优选1.5-3倍；对棒材和线材单轴纵向热拉伸倍率为2-10倍；固形物拉伸强化还可以在热拉伸强化后再进行1-2倍的冷拉伸强化。热拉伸是利用UHMWPE半成品在热拉伸前后的材料速比实现的，热拉伸倍率即速比。固形物拉伸强化可以将UHMWPE结晶形成的球晶及片晶拉伸取向形成力学性能更高的微纤状组织结构。
为了长期尺寸稳定性，在纵向热拉伸后可以对UHMWPE制品在张紧状态下于100-120℃进行热定型处理10-360秒，然后冷却。
按本发明的制造方法制造超高分子量聚乙烯为基材的公路护栏材料，性价比远高于现有方法制造的UHMWPE常规烧结、挤出制品，连续挤出、拉伸强化的超高分子量聚乙烯护栏产品可以做成圆管、方管、线材，代替钢制波形梁护栏的立柱、护栏管、镀锌钢缆索；双向拉伸强化的超高分子量聚乙烯可以做成波形梁护栏板，代替热镀锌碳钢护栏板。基于同样的冲击载荷，与现有碳钢护栏相比，在同样不断裂的情况下，采用本发明的超高分子量聚乙烯公路护拦材料可以在吸收同样冲击功的条件下具有更长的变形驰豫时间和更大的弹塑性变形面积和变形量，对车辆和乘员的伤害大大减小，安全性更好。针对不同的允许车辆越出位移大小及使用场合，可以设计选择不同力学性能指标和设计不同的截面积(宽度、厚度适当加大)的超高分子量聚乙烯公路护拦材料。按本发明的制造方法还可以制造出超高分子量聚乙烯为基材的路灯灯杆，代替热镀锌碳钢灯杆。
具体实施例方式
下面用实施例进一步描述本发明，有利于对本发明及其优点、效果有更好的了解，但所述实施例仅用于说明本发明而非限制本发明。
实施例1选用重均分子量250万的超高分子量聚乙烯作为主料35份；潜溶剂选用熔点72℃的固体全精炼石蜡40份、氯化石蜡20份、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)5份；阻燃剂选用超细三氧化二锑5份、炭黑10份、亚磷酸三苯酯10份；抗氧剂选用1010，0.2份；聚烯烃选用m-LLDPE EXCEED1018，10份；PIB 2000，10份；热塑性弹性体EVA，5份。
首先在搅拌机内加入氯化石蜡20份、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)5份，亚磷酸三苯酯10份，PIB 2000，10份，然后加入固体石蜡40份，在105℃下先行熔化、搅拌均匀后再加入UHMWPE粉料35份、超细三氧化二锑5份、炭黑10份、一起加热、搅拌20小时。溶胀处理充分的UHMWPE料浆预混料经单螺杆泵定量、连续地输送进平行同向双螺杆挤出机(长径比1∶48)；EXCEED1018 10份和热塑性弹性体EVA 5份通过高搅机预混合后用单独的双螺杆送料装置定量地连续地输送进平行同向双螺杆挤出机，双螺杆挤出机一到六区温度分别设定为160℃，200℃，190℃，190℃，180℃，180℃，转速设定为160RPM；混炼均匀的熔体经过熔体过滤器过滤后进入串接的熔体齿轮泵、再进入平模头和辅机组，平模头温度设定180℃，利用50-95℃的冷却水分段两面喷淋冷却处于拉伸状态的平板熔体，牵引冷却辊也起到对从模头挤出的平板熔体冷却的作用，经熔体拉伸(拉伸比为2)，冷却结晶成厚度25mm的平板状固体，固形物拉伸前后6级热辊温度分别设定在120，120，115，115，115，110℃，对板材纵向热拉伸倍率为5倍，拉伸后板材厚度6mm；定尺4320mm横切后利用余热直接横向热拉伸成波形梁护栏板，热拉伸延伸倍率为1.5倍。然后进入冷却水槽冷却。
采用本发明的超高分子量聚乙烯公路护拦制品的纵向抗拉强度126MPa，断裂伸长率230％，横向抗拉强度35MPa，断裂伸长率450％，无缺口板材试样简支梁冲击冲不断，无破坏；A型缺口试样简支梁冲击，无破坏。
实施例2选用重均分子量350万的超高分子量聚乙烯作为主料30份；潜溶剂选用熔点72℃的固体全精炼石蜡60份、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)10份；阻燃剂选用超细氢氧化镁10份、炭黑15份；抗氧剂选用1010，0.5份；聚烯烃选用LLDPE 7042，5份；热塑性弹性体EVA，10份。
首先在搅拌机内加入邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)10份，然后加入熔点72℃固体全精炼石蜡60份，在115℃下先行熔化、搅拌均匀后再加入UHMWPE粉料30份、超细氢氧化镁10份、炭黑15份、一起加热、搅拌24小时。溶胀处理充分的UHMWPE料浆预混料经单螺杆泵定量、连续地输送进平行同向双螺杆挤出机(长径比1∶48)；LLDPE7042粒料5份和热塑性弹性体EVA 10份、抗氧剂1010，0.5份通过高搅机预混合后用单独的双螺杆送料装置定量地连续地输送进平行同向双螺杆挤出机，双螺杆挤出机一到六区温度分别设定为180℃，190℃，190℃，190℃，180℃，180℃，转速设定为160RPM；混炼均匀的熔体经过熔体过滤器过滤后进入串接的熔体齿轮泵、再进入平模头和辅机组，平模头温度设定170℃，利用50-95℃的冷却水两面分段喷淋冷却和牵引冷却辊对从模头挤出的平板熔体冷却，经熔体拉伸(拉伸比为2)，冷却结晶成厚度25mm的平板状固体，固形物拉伸前后6级热辊温度分别设定在115，115，110，110，110，95℃，对板材纵向热拉伸倍率为6倍，拉伸后板材厚度4.5mm；定尺4320mm横切后利用余热直接横向热拉伸成波形梁护栏板，热拉伸延伸倍率为2.0倍。然后进入冷却水槽冷却。
采用本发明的超高分子量聚乙烯公路护拦制品的纵向抗拉强度145MPa，断裂伸长率193％，横向抗拉强度46MPa，断裂伸长率437％，无缺口板材试样简支梁冲击冲不断，无破坏；A型缺口试样简支梁冲击，仍不断，无破坏。
权利要求
1.一种超高分子量聚乙烯公路护拦材料及其制造方法，其特征在于该护拦材料基本组成为重均分子量50万以上的超高分子量聚乙烯，制品的纵向抗拉强度80-280MPa，断裂伸长率45-450％；该护栏材料的制造方法主要包括如下步骤(1)预溶胀处理，将超高分子量聚乙烯UHMWPE粉料15-50重量份和室温不溶、高温溶解良好的辅料潜溶剂50-85重量份在50-120℃下进行保温预溶胀处理2-48小时形成预混料，并加入其他辅料阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、填充剂、着色剂、聚烯烃及其共聚物、热塑性弹性体；(2)溶解混炼，将上述预溶胀处理充分的UHMWPE预混料经计量泵定量、连续地输送进平行同向双螺杆挤出机进行进一步加热、溶解、混炼成160-220℃的均匀熔体状混合物；(3)挤出成型、拉伸强化，将上述高温均匀熔体状混合物连续送进成型模头和辅机组，经熔体拉伸、冷却结晶、固形物拉伸强化、冷却成所需形状的护栏材料。
2.按照权利要求1所述的超高分子量聚乙烯公路护拦材料，其特征在于超高分子量聚乙烯的重均分子量为50-1000万，优选150-400万。
3.按照权利要求1所述的超高分子量聚乙烯公路护拦材料，其特征在于该超高分子量聚乙烯护拦材料优选重均分子量为250±50万的UHMWPE，制品的纵向抗拉强度100-180MPa，断裂伸长率60-350％。
4.按照权利要求1所述的超高分子量聚乙烯的潜溶剂，其特征在于潜溶剂为固体石蜡、石蜡油、煤油、十一烷、癸烷、己烷，邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、氯化石蜡中的至少一种或其组合物，优选固体石蜡和氯化石蜡的组合物作为潜溶剂。
5.按照权利要求1所述的辅料，其特征在于，其中所述的阻燃剂为氯化石蜡、氯化聚乙烯、磷酸酯、十溴二苯醚、低烟无卤阻燃电缆料专用相容剂、氰尿酸三聚氰胺、超细氢氧化镁、超细三氧化二锑、微胶囊化红磷、炭黑中的至少一种或其组合物。
6.按照权利要求1所述的辅料，其特征在于，其中所述的聚烯烃及其共聚物为重均分子量20万以下的聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物或聚异丁烯。
7.按照权利要求1所述的辅料，其特征在于，其中所述的热塑性弹性体为EVA、EPDM、SBS、SEBS中的一种或其组合物，优选EVA。
8.按照权利要求1所述的辅料，其特征在于各辅料组成重量份数为以超高分子量聚乙烯15-50份、潜溶剂50-85份为基准，阻燃剂0.15-30份、抗氧剂0-1份、光稳定剂0-10份、填充剂0-30份、着色剂0-30份、聚烯烃及其共聚物0-50份、热塑性弹性体0-30份。
9.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤1中除潜溶剂外的其余辅料可以通过高搅机预混合后用单独的双螺杆送料装置定量送入平行同向双螺杆挤出机，预溶胀处理充分的UHMWPE和潜溶剂的预混料经单独的计量泵定量、连续地输送进平行同向双螺杆挤出机。
10.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤3中高温均匀熔体状混合物经熔体齿轮泵或串联在双螺杆挤出机后的单螺杆挤出机输送进成型模头和辅机组，熔体拉伸比为1.5-15，熔体拉伸可以和熔体冷却、结晶同步进行，熔体冷却既可以在带冷却机构的成型模头内进行也可以在从模头挤出后在辅机组内冷却。
11.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤3中所述的固形物拉伸强化是在80-125℃下进行，优选110-120℃，对板材、管材采用的纵向热拉伸倍率为2-10倍，横向热拉伸倍率为1-6倍；对棒材和线材纵向热拉伸倍率为2-10倍；固形物拉伸强化还可在热拉伸强化后再进行1-2倍率的室温冷拉伸强化。
12.按照权利要求1所述的方法制造的超高分子量聚乙烯公路护栏材料，其特征在于，经拉伸强化的产品可以做成圆管、方管，代替传统的钢制护栏的立柱、护栏管；双向拉伸强化的板材可以做成波形梁护栏板，代替传统的热镀锌碳钢波形梁护栏板；拉伸强化的线材代替传统的镀锌钢缆索。
全文摘要
本发明涉及公路护栏技术领域，特别是涉及一种防撞公路护栏材料及其制造方法。该护拦材料基本组成为重均分子量50万以上的超高分子量聚乙烯，UHMWPE护拦材料优选纵向抗拉强度是Q235碳钢的1/4－1/2，优选100－180MPa，纵向断裂伸长率是Q235碳钢的2.5倍以上，优选50－350％；该护栏材料的连续生产方法主要包括预溶胀处理、平行同向双螺杆挤出机内溶解混炼、挤出成型、拉伸强化。与现有碳钢护栏相比，在同样不断裂的情况下，本发明的护拦材料在吸收同样冲击功的条件下具有更长的变形驰豫时间和更大的弹塑性变形面积和变形量，对车辆和乘员的伤害大大减小，安全性更好。
文档编号B29C47/40GK1958274SQ200510117288
公开日2007年5月9日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者肖久梅, 邓新建 申请人:肖久梅, 邓新建