CN101148524A - 耐热增强聚乙烯管材及其制备方法 - Google Patents

耐热增强聚乙烯管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于耐热增强聚乙烯管材及其制备方法，采用超低密度聚乙烯、纳米二氧化硅(SiO2)、抗氧剂等，其重量份为：超低密度聚乙烯(耐高温非交联聚乙烯)100份(100公斤)、纳米二氧化硅(SiO2)20份(20至30公斤)抗氧剂0.1份(0.1公斤)。上述原材料经过烘干、上料、65/33单挤、加模具、真空定径、真空定径冷却、水槽冷却、牵引、喷墨打印、收卷，至成品包装。螺杆、料筒按PE－RT原料特性设计的混炼段及长径比、产量高、塑化效果好；拖动系统采用ABB全数字直流调速系统，保证了管材质量和生产速度；牵引直径范围Ф20－Ф63mm，任意调节；生产线采用了先进的自动化控制系统，使主机、牵引机更稳定。

Description

耐热增强聚乙烯管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种非交联管材及其制备方法，属高分子组合物技术领域。
背景技术
近年来我国塑管行业在各行各业的应用发展迅速，它以节能、节约空间和更高的舒适度等明显的优点为塑管行业的兴起起了推动作用，尤其在地板采暖的推广应用中塑料管材的应用发展迅猛，地板采暖的管材使用量和自来水的管材使用量相近。目前我国地板采暖管材以PEX(交联聚乙烯)管为主，PP-R(无规共聚聚丙烯)、PP-B(抗冲击聚丙烯)和PB(聚丁烯-1)等管材。这些管材在使用过程中存在不少缺点：
交联聚乙烯管：交联聚乙烯管材(PEX)主要可以分为三种过氧化物交联聚乙烯管材(PEX-a)，硅烷交联聚乙烯管材(PEX-b)和辐射交联聚乙烯管材(PEX-c)。由于交联聚乙烯管材生产时需要交联，生产工艺相对复杂，对厂家工艺控制水平要求较高，质量受工艺的影响比较大。交联聚乙烯管材的耐热耐压性能不是靠材料本身而是靠交联来保证，所以一旦交联度出现问题，其使用性能将严重下降。另外交联聚乙烯管材由热塑性管材变成了热固性管材，一些废弃的管材(包括工厂中不合格的管材或者施工中产生的小管段等)无法回收，使交联聚乙烯管材给环保带来了一定的负面影响。
无规共聚聚丙烯管(PP-R)韧性较差，在地板采暖领域没有性能优势，所以在地板采暖领域的应用正在下降。抗冲击聚丙烯管(PP-B)耐温耐压性比无规共聚聚丙烯管差，所以同样的使用条件下管材的壁厚要大。根据国标GB/T18742《冷热水用聚丙烯管道系统》，在地板采暖(使用级别4)的设计压力为0.4MPa和0.6MPa时，选用的抗冲击聚丙烯管系列分别是S4(等级)和S3.2(等级)，而无规共聚聚丙烯都是S5(等级)。对于口径为20mm的管材而言，抗冲击聚丙烯要分别用2.3mm和2.8mm的壁厚，而无规共聚聚丙烯只需要2.0mm的壁厚，可见要保证同样的耐压性，使用抗冲击聚丙烯管的壁厚要厚很多。加之抗冲击聚丙烯本身的柔软性就差，在壁厚大的情况下更难以安装，所以不适合于地板采暖。
从性能上看聚丁烯管本身也有一些缺点，施工上的疏忽容易造成管材的破裂。聚丁烯管的透氧率比较高，用于热水管时容易造成系统的腐蚀，不适合于采暖系统。最重要的是聚丁烯的价格昂贵，用户难以承受。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的，是提供一种改进的耐热增强聚乙烯管材及其制备方法。
本发明耐热聚乙烯管材(PE-RT)，是一种可以用于热水管的非交联的聚乙烯，为突出了其非交联的特性，也叫它“耐高温非交联聚乙烯”。它是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的一种中密度聚乙烯，它采用乙烯和辛烯共聚的方法，通过控制侧链的数量和分布得到独特的分子结构，来提高聚乙烯(PE)的耐热性。由于辛烯短支链的存在使聚乙烯(PE)的大分子不能结晶在一个片状晶体中，而是贯穿在几个晶体中，形成了晶体之间的联结，它保留了聚乙烯(PE)的良好的柔韧性，高热传导性和惰性，同时使之耐压性更好。耐热聚乙烯管材(PE-RT)其热强度、抗应力开裂性、抗蠕变能力均不低于交联聚乙烯管材(PEX)，完全是热塑性的，不仅废料可以回收利用，管材也可很容易的进行焊接连接。
耐热聚乙烯管材(PE-RT)是目前地板采暖中最理想的管材。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种用于耐热增强聚乙烯管材及其制备方法，其特征为超低密度聚乙烯(耐高温非交联聚乙烯)、纳米二氧化硅(SiO2)、抗氧剂，其各成分的百分比为超低密度聚乙烯(耐高温非交联聚乙烯)100份(100公斤)、纳米二氧化硅(SiO2)20份(20至30公斤)抗氧剂0.1份(0.1公斤)。超低密度聚乙烯(耐高温非交联聚乙烯)、纳米二氧化硅(Sio2)、抗氧剂是市面现有的材料。
耐热增强聚乙烯管材的制备方法包括以下步骤：
1、取上述按比例原料在常温下放入混合机内，进行混合，然后在(100℃-120℃)温度下烘干(水分含量低于5％)，
2、将烘干的料送进料斗是由自动吸料机来完成的，料内有料位开关，当原料低于其下限时，将料吸进料斗内。
3、在一定的挤出工艺温度在210摄氏度至250摄氏度下经挤出机挤出进入到模具后，由于模具本身的设计，将料形成管状，再到真空定径箱。
4、然后真空定径冷却-冷却水槽冷却定型(管子经过定径套到真空定径箱，由于内部是真空，将管子成形)
5、经过牵引→切割即成成品。
本发明耐热增强聚乙烯管材的优点是：
耐热增强聚乙烯管材有长期耐温耐压能力：
比较其他管材有较好的柔软性：耐热增强聚乙烯管材特别是在冬季施工，不需要特殊的工具或者加热即可弯曲，施工成本低，而且弯曲部位产生的内应力要比较低，对管材的使用寿命影响小。同时因为管材柔软容易固定，对固定管材用的铁丝网的要求比较低，可以节约成本。
耐低温冲击性都比较好：耐热增强聚乙烯管材耐低温冲击性好的管材冬季施工时管材不易受到冲击而破裂，增加了施工安排的灵活性。
从导热性来看，从各种管材热传导系数来看耐热增强聚乙烯管材是比较适合地板采暖的使用的。
热塑性良好：耐热增强聚乙烯管材能够热熔连接，很容易补救，热塑性加工工艺简单，加工中对管材质量的影响因素少，产品质量的可靠性比较高，而且其接头的耐久性能同管材一样。而交联聚乙烯解决的唯一途径是用金属接头连接，这样在砼内便埋下了隐患，收缩、腐蚀要不了多少年就会出现渗水。所以采用可热熔的管材做地板采暖是有一定的优势的，采用非交联的材料更有现实的意义。
耐热增强聚乙烯管材热塑性原料在生产或使用过程中产生的可以回收，不污染环境，比交联聚乙烯具有较高的环保性。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描写和理解本发明，但未限于所举的实施例：
实施例：超低密度聚乙烯(耐高温非交联聚乙烯)100份，纳米二氧化硅SiO2 20份，抗氧剂0.1份。
1、工艺流程：
原材料烘干(将原材料送进干燥机，干燥机通过风车送风，吹向加热筒内之电热管，再由温控器控制此送风温度并均匀流通干燥桶之内，达到将桶内原烘干之目的)→上料(将烘干的料送进料斗是由自动吸料机来完成，料内有料位开关，当原材料低于其下限时，将料吸进料斗内)→65/33单挤(将料筒和模具升温，然后启动主机，将原材料挤出到模具)→模具(当料挤到模具后，由于模具本身的设计，将料形成管状，再到真空定径箱)→真空定径(1)(管子经过定径套到真空定径箱，由于内部是真空，将管子成形)→真空定径冷却(2)(将成形的管子再次真空定形)→冷却水槽(1)(将再次真空定形的管子进行冷却)→冷却水槽(2)(再次进行冷却，以免管子变形)→牵引(将成形的管子在稳速的情况下拉出)→喷墨打印(将管子上喷上要求的字体，这是喷码机自有的功能)→收卷(将成形的管子，经过卷扬机的旋转，将其盘成卷)→成品包装(将盘成卷的管子包装起来，贴上标签，就成成品)
2、生产线特点：
1)螺杆、料筒采用国外先进的结构，按PE-RT原料特性设计的混炼段及长径比、产量高、塑化效果好。
2)拖动系统采用ABB全数字直流调速系统。
3)温控表采用日本RRC牌，具有PID功能，温控精度达±1℃。
4)采用特殊真空定径冷却方式，保证管材质量和生产速度。
5)生产线中配套有在线检测设备及喷墨打印机，较好的控制管材外径及壁厚。
6)牵引直径范围Φ20-Φ63mm，任意调节。
7)生产线采用了先进的自动化控制系统，使主机、牵引机更稳定。
实施例生产的耐高温非交联聚乙烯管材经过各项指标测试，主要技术指标见表1。
表1
  密度   弹性模量(20℃)   热膨胀系数   导热系数   纵向收缩率   冲击试验   液压试验
  0.85g/cm3   700Mpa   1.6×105/K   0.35W/m k   2％   破损率≤10％   短期20℃ 1h环应力16Mpa 无渗漏长期95℃ 10001h环应力3.5Mpa 无渗漏
耐高温非交联聚乙烯管材的相关技术参数，见表2。
表2
  技术项目   技术参数
  适用温度   -20℃-120℃
  热导系数   0.35W/MK
  耐高压   30kg/cm2-250kg/cm2
  重量   为镀锌管的8％
  使用寿命   50-100年
  水流性好   高于镀锌管30％
  价格合理性   目前仅为铜管1/3，高于镀锌管25％
经过上面的分析，可以认为PE-RT是最适合于地板采暖的管材品种之一，具有着得天独厚的优势，更主要的还在于其热强度、抗应力开裂性、抗蠕变能力均不低于PEX管，完全是热塑性的，不仅废料可以回收利用，管材也可很容易的进行焊接连接，又是交联聚乙烯管材PEX管所不可以比拟的。
本发明耐热增强聚乙烯管材由乙烯和辛烯的单体经催化共聚而成。所特有的乙烯主链和辛烯短支链结构，使之同时具有乙烯优异的韧性、耐应力开裂、耐低温、耐冲击、杰出的长期耐水压性能和辛烯的耐热蠕变性能。由于它在生产加工过程中无需交联，生产工艺简单、容易控制，管材质量稳定可靠，所以广泛应用于住宅热水系统；工厂化学物质输送和排放管；净水、纯水管道；热水循环系统；压缩空气用管；饮料生产输送系统；其他工业、农业用管等。

Claims (3)

1.一种用于耐热增强聚乙烯管材，其特征在于：采用的成分包括超低密度聚乙烯即耐高温非交联聚乙烯、纳米二氧化硅SiO2、常规抗氧剂；其各成分的重量份为：超低密度聚乙烯即耐高温非交联聚乙烯100份，一个实施例即为100公斤、纳米二氧化硅SiO220份，一个实施例即为20至30公斤，抗氧剂0.1份，一个实施例即为0.1公斤；所述的超低密度聚乙烯即耐高温非交联聚乙烯，纳米二氧化硅SiO2、抗氧剂均为市面现有化工材料，它的拉伸屈服强度15MPa，拉伸断裂强度40MPa，断裂伸长率700％，弯曲模量550MPa。
2.按权利要求1所述的耐热增强聚乙烯管材的制备方法，其特征在于：将按照上述重量份配制的超低密度聚乙烯即耐高温非交联聚乙烯、纳米二氧化硅SiO2、抗氧剂，按顺序进行以下处理：原材料烘干、上料、65/33单挤、上模具、真空定径、真空定径冷却、冷却水槽、牵引、喷墨打印、收卷、成品包装。
3.按权利要求2中所述的耐热增强聚乙烯管材的制备方法，其特征在于：其中所使用的设备包括螺杆和料筒，是按国外先进的PE-RT原料特性设计的混炼段及长径比，以保证高产量及良好的塑化效果；拖动系统设备采用ABB全数字直流调速系统；采用真空定径冷却方式，以保证管材质量和生产速度；牵引直径范围Φ20-Φ63mm，可任意调节；生产线采用先进的自动化控制系统，使主机、牵引机更稳定。
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