本技术涉及密封材料，更具体地说，它涉及一种低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料及其制备方法。
背景技术：
1、天然气是一种高价值燃料，每立方米天然气的热值是煤气的两倍以上，而且在同样条件下，天然气燃烧产生的温室气体量仅有煤炭的1/2、石油的2/3，因此天然气还是一种清洁能源。目前，天然气较常用的输送方式是先将天然气净化后再冷却液化，得到液化天然气，然后再对液化天然气进行运输。
2、在相关技术中，液化天然气的运输链涉及大量的阀门以及接头，阀门和接头中需要设置密封件，以减少天然气的泄露损失。由于液化天然气温度极低，因此密封件需要长时间在超低温(通常在-162℃以下，以下出现的超低温均以此为准)状态下工作。目前虽然也有耐低温的合成材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮，但是聚四氟乙烯蠕变大，难以承受液化天然气的压强；聚酰亚胺和聚醚醚酮韧性差，不能满足密封要求。以上几类材料均不适合用于液化天然气密封件的生产，因此需要寻找更加合适的材料。
3、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)指的是分子量大于150万的聚乙烯材料，具有良好的耐低温性能，且在液化天然气的储存温度下具有足够的韧性和强度，也不容易发生蠕变现象。仅从力学性能的角度来看，超高分子量聚乙烯可作为生产液化天然气密封件的备选材料。
4、针对上述中的相关技术，发明人认为，虽然超高分子量聚乙烯的韧性和强度能够满足液化天然气密封件的性能要求，但是超高分子量聚乙烯的线膨胀系数较大，在液化天然气储存运输的超低温环境下会产生明显的收缩，容易由此引发造成液化天然气的低温泄露，因此仍然不适合直接作为生产液化天然气密封件的材料。
技术实现思路
1、相关技术中，超高分子量聚乙烯在液化天然气储存运输的超低温环境下会产生明显的收缩，容易造成液化天然气的低温泄露。为了改善这一缺陷，本技术提供一种低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料及其制备方法。
2、第一方面，本技术提供一种低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料，采用如下的技术方案：
3、一种低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料，所述超高分子量聚乙烯材料由超高分子量聚乙烯混合料经过加温模压和冷却脱模制成，所述超高分子量聚乙烯混合料包括如下重量份的组分：超高分子量聚乙烯粉25-75份，超高分子量聚乙烯短纤维14-40份，芳纶浆粕10-34份，抗氧剂0.5-1.5份，相容剂0.05-1.5份。
4、通过采用上述技术方案，本技术在制备超高分子量聚乙烯材料的原料体系中添加了芳纶浆粕，芳纶的线膨胀系数远低于超高分子量聚乙烯，而且芳纶能够在超低温环境中保持柔韧性，芳纶浆粕能够通过微纤化的纤维结构和低线膨胀系数的特点对超高分子量聚乙烯在低温下的收缩起到一定的抑制作用。
5、在直接将芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯粉混合时，芳纶浆粕之间容易出现团聚，导致超高分子量聚乙烯材料中同时出现芳纶浆粕分布相对密集和分布相对稀疏的区域。在芳纶浆粕分布相对稀疏的区域，芳纶浆粕对超高分子量聚乙烯的低温收缩无法起到充分的抑制作用。而在芳纶浆粕分布相对密集的区域，芳纶浆粕之间的团聚使得芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯的分子无法充分接触，限制了芳纶浆粕对超高分子量聚乙烯低温收缩的抑制效果。因此，本技术在超高分子量聚乙烯混合料中添加了相容剂和超高分子量聚乙烯短纤维。相容剂能够改善芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯之间的相容性，增加芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯之间的分子间作用力，而超高分子量聚乙烯短纤维能够打乱芳纶浆粕的团聚，促进了芳纶浆粕的均匀分散，提高了芳纶浆粕分布的均匀度，有助于改善芳纶浆粕对超高分子量聚乙烯低温收缩的抑制效果。
6、在加温模压过程中，芳纶浆粕周围分布的超高分子量聚乙烯短纤维发生熔化，并在芳纶浆粕的周围产生交叉取向的分子链，减少了芳纶浆粕在加温模压过程中发生团聚的可能，最终得到了内部均匀分散有芳纶浆粕，且线膨胀系数较低的超高分子量聚乙烯材料，能够直接用于生产液化天然气运输链中的密封件。
7、作为优选，所述超高分子量聚乙烯混合料包括如下重量份的组分：超高分子量聚乙烯粉50份，超高分子量聚乙烯短纤维27份，芳纶浆粕21份，抗氧剂1份，相容剂1份。
8、通过采用上述技术方案，优选了超高分子量聚乙烯混合料的原料配比，有助于得到冲击韧性较好，且线膨胀系数较小的超高分子量聚乙烯材料。
9、作为优选，所述超高分子量聚乙烯粉的平均分子量为300万-1200万。
10、通过采用上述技术方案，优选了超高分子量聚乙烯粉和超高分子量聚乙烯短纤维的分子量，有利于得到线膨胀系数较小的超高分子量聚乙烯材料。
11、作为优选，所述相容剂选用乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种。
12、通过采用上述技术方案，优选了相容剂的种类，有助于充分改善超高分子量聚乙烯与芳纶浆粕之间的相容性，有助于芳纶浆粕充分发挥对超高分子量聚乙烯材料低温收缩的抑制效果。
13、作为优选，所述抗氧剂选用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或两种。
14、通过采用上述技术方案，优选了抗氧剂的类型，上述三种类型的抗氧剂既能够单独使用，又能够复配使用，有助于减少超高分子量聚乙烯在加工过程中发生的老化，抑制了超高分子量聚乙烯平均分子量的下降。
15、第二方面，本技术提供一种低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料的制备方法，采用如下的技术方案。
16、一种低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
17、(1)将超高分子量聚乙烯短纤维、芳纶浆粕混合，得到第一混合料；
18、(2)将第一混合料、超高分子量聚乙烯粉、抗氧剂、相容剂混合，得到超高分子量聚乙烯混合料；
19、(3)使用模压设备对超高分子量聚乙烯混合料进行加温模压加工，然后再进行冷却脱模，得到低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料。
20、通过采用上述技术方案，本技术的方法先将超高分子量聚乙烯短纤维与芳纶浆粕混合为第一混合料，有利于打乱芳纶浆粕的团聚。然后，将第一混合料与超高分子量聚乙烯粉、抗氧剂、相容剂混合为超高分子量聚乙烯混合料，再经过加温模压和冷却脱模，即可得到低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料。
21、作为优选，所述加温模压加工过程中，设置的温度为190-230℃。
22、通过采用上述技术方案，优选了加温模压过程中的温度条件，促进了芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯之间的充分接触，有利于得到线膨胀系数较小的超高分子量聚乙烯材料。
23、作为优选，所述加温模压加工过程中，设置的压力为10-30mpa。
24、通过采用上述技术方案，优选了加温模压过程中的压力条件，促进了芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯之间的充分接触，有利于得到线膨胀系数较小的超高分子量聚乙烯材料。
25、综上所述，本技术具有以下有益效果：
26、1、本技术在超高分子量聚乙烯混合料中加入了芳纶浆粕，并通过相容剂改善芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯之间的相容性，还通过超高分子量聚乙烯短纤维的掺入减少了芳纶浆粕的团聚，改善了芳纶浆粕的分散效果。超高分子量聚乙烯混合料经过加温模压和冷却脱模后，得到了线膨胀系数较低的超高分子量聚乙烯材料，能够直接用于生产液化天然气运输链中的密封件。
27、2、本技术中优选高分子量聚乙烯粉的平均分子量为300万-1020万。
28、3、本技术的方法，在配制超高分子量聚乙烯混合料之前先将芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯短纤维共混为第一混合料，有利于芳纶浆粕与超高分子量聚乙烯短纤维充分接触，有利于减少芳纶浆粕的团聚。
1.一种低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯材料由超高分子量聚乙烯混合料经过加温模压和冷却脱模制成，所述超高分子量聚乙烯混合料包括如下重量份的组分：超高分子量聚乙烯粉25-75份，超高分子量聚乙烯短纤维14-40份，芳纶浆粕10-34份，抗氧剂0.5-1.5份，相容剂0.05-1.5份。
2.根据权利要求1所述的低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯混合料包括如下重量份的组分：超高分子量聚乙烯粉50份，超高分子量聚乙烯短纤维27份，芳纶浆粕21份，抗氧剂1份，相容剂1份。
3.根据权利要求1所述的低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉的平均分子量为300万-1200万。
4.根据权利要求1所述的低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述相容剂选用乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种。
5.根据权利要求1所述的低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂选用四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或两种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述加温模压加工过程中，设置的温度为190-230℃。
8.根据权利要求6所述的低线膨胀系数耐超低温密封用超高分子量聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述加温模压加工过程中，设置的压力为10-30mpa。
