CN101190979A

CN101190979A - 聚乙烯双壁波纹管专用料

Info

Publication number: CN101190979A
Application number: CNA2006101296037A
Authority: CN
Inventors: 王获
Original assignee: DEHAO SUPERMICRO NEW MATERIALS Co Ltd TIANJIN
Current assignee: DEHAO SUPERMICRO NEW MATERIALS Co Ltd TIANJIN
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-06-04

Abstract

本发明提供一种聚乙烯双壁波纹管专用料，是由聚乙烯树脂、聚乙烯蜡、石蜡、偶联剂、硬脂酸、颜料及6000目无机材料粉体等组成，将计量后的各种原料经高混机充分混合均匀，制成PE双壁波纹管专用粒料，经挤出成型机组挤出成型，制成各种规格的PE双壁波纹管。

Description

聚乙烯双壁波纹管专用料

技术领域

本发明涉及聚乙烯(PE)双壁波纹管原料，尤其涉及一种由6000目无机材料粉体与聚乙烯(PE)树脂混合构成的聚乙烯双壁波纹管专用料。

背景技术

世界各国在现代化进程中的历史经验表明，塑料管的发展速度均超过同期经济发展速度，用塑料管代替传统管材是历史发展不可抗拒的趋势。即使在已建成密布塑料管网的发达国家，塑料管的应用量仍在逐年增长，例如1986年欧洲塑料管总用量为213.4万吨，1998年增长到346.5万吨，年均增长率为5.2％，超过同期国民经济增长速度。在过去10年中，中国塑料管市场年均增长率为20％，2000年、2002年及2003年产量分别达到70～80万吨、130万吨及150万吨，增长率为15％，预计2010年前，国内塑料管材年均增长率仍将超过20％，而其中大口径双壁波纹管的增长速度是最高的，高密度聚乙烯(即HDPE)双壁波纹管尤为突出、前景更为广阔。

天津市政工程设计院1998年起对PE双壁波纹管在埋地排水管中的应用进行了系统研究，结论为：“双壁波纹管的工程造价与混凝土平口管相当，费用比承插口混凝土管低30％，施工周期显著缩短，经济效益显著”。在环刚度相同的条件下，使用结构壁管比使用实壁管节约材料50％～70％。PE双壁波纹管铺设施工快捷，且节省施工费用，综合经济性好，还具有强度和刚性好、水力特性和密封性好、使用寿命长、低温韧性好和耐腐蚀性强等特点，在国外已经得到广泛应用。

双壁波纹管按原材料划分，主要包括聚氯乙烯(PVC)双壁波纹管和聚乙烯(PE)双壁波纹管。尽管PE双壁波纹管具有上述诸多优点，但是由于聚乙烯树脂(PE)的单价远高于聚氯乙烯树脂(PVC)的单价，以至于PE双壁波纹管的单价比PVC管和水泥管的单价至少高出30％到50％，经济性方面与PVC双壁波纹管有比较大的差距，竞争力受到一定的限制。部分生产企业不断地想方设法降低产品成本面向低端市场，粗制滥造，大量添加普通无机粉体母料造成产品质量下降，扰乱了市场，以至于PE双壁波纹管产品市场良莠不齐，竞争日益激烈。

综上所述可知，改进聚乙烯树脂(PE)材料的性能，在保证聚乙烯双壁波纹管加工制品质量的前提下，如何降低成本是该行业中所有加工企业共同面临并亟待解决的难题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种聚乙烯双壁波纹管专用料，其包括聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、、偶联剂、硬脂酸、颜料及6000目无机材料粉体等组成，计量后的各种原料经高混机充分混合均匀，经挤出机挤出造粒，制成聚乙烯双壁波纹管专用粒料，再经双壁波纹管挤出机挤出，制成各种规格的聚乙烯双壁波纹管；该聚乙烯双壁波纹管专用料具有较高的分散性和兼容性，具有良好的体系流动性及加工性能，赋予制品优良的物理机械性能，在保证聚乙烯双壁波纹管加工制品质量的前提下达到降低产品成本的目的。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料，包括聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、偶联剂、硬脂酸、颜料；其特征在于，还包括6000目无机材料粉体；该无机材料粉体为6000目的重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土、滑石粉、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物，其粒径的90％小于2微米(可表示为D90≤2μm)；所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂或它们的混合物；所述颜料为色母粒或色粉。

前述的聚乙烯双壁波纹管专用料，其中，聚乙烯树脂(PE)的重量百分含量为35至99％；聚乙烯蜡的重量百分含量为0至5％；石蜡的重量百分含量为0至4％；偶联剂的重量百分含量为0至2％；硬脂酸的重量百分含量为0至2％；色母粒的重量百分含量为0至2％；6000目无机材料粉体的重量百分含量为1至50％。

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料的制备方法，其特征在于，将计量后的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃至90℃时开始抽湿，温度达到110℃至160℃后，加入偶联剂混合5至10分钟，再加入硬脂酸混合搅拌5至10分钟，然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，冷却到30℃至50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；将聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、放入高混机中，混合搅拌5至10分钟，将改性后的6000目无机材料粉体和色母粒放入高混机中并继续混合搅拌5至10分钟，过程中温度不高于80℃，将高混机中的混合料出料备用，放出的物料经挤出机挤出造粒，制成PE双壁波纹管专用粒料。

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料的应用，其特征在于，该聚乙烯(PE)双壁波纹管专用粒料经双壁波纹管挤出机挤出成型，制成聚乙烯(PE)双壁波纹管。

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料的有益效果是，该聚乙烯双壁波纹管专用料中添加科学合理粒径的6000目无机材料粉体，并改进了专用料的制备工艺，在制备过程中采用除湿和改性的工序，使添加的无机材料粉体由无机性向有机性转变，由表面亲水疏油性能，改变为亲油疏水性能，成功地解决了6000目无机材料粉体添加时粒子团聚和分散性差的问题，使得聚乙烯双壁波纹管专用料的加工体系提高了分散性和兼容性，改善体系流动性能及加工性能，而且可赋予制品优良的物理机械性能，使聚乙烯双壁波纹管专用料的基质材料-聚乙烯树脂的性能得到增韧补强，因此可以在PVC树脂混合料中较大比例的添加6000目无机材料粉体，这样就能够在不降低产品质量的前提下有效降低原料成本，提高产品的市场竞争能力。

具体实施方式

本发明选择使用较大比例的6000目无机材料粉体填充到基体树脂中，制成PE双壁波纹管专用粒料。本发明聚乙烯双壁波纹管专用料，包括聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、偶联剂、硬脂酸、颜料；其特征在于，还包括6000目无机材料粉体；该无机材料粉体为6000目的重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土、滑石粉、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物，其粒径的90％小于2微米(可表示为D₉₀≤2μm)；所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂或它们的混合物；所述颜料为色母粒或色粉。

前述的聚乙烯双壁波纹管专用料，其中，聚乙烯树脂(PE)的重量百分含量为99至35％；聚乙烯蜡的重量百分含量为0至5％；石蜡的重量百分含量为0至4％；偶联剂的重量百分含量为0至2％；硬脂酸的重量百分含量为0至2％；色母粒的重量百分含量为0至2％；6000目无机材料粉体的重量百分含量为1至50％。

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料的制备方法是，将计量后的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃至90℃时开始抽湿，温度达到110℃至160℃后，加入偶联剂混合5至10分钟，再加入硬脂酸混合搅拌5至10分钟，然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，冷却到30℃至50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；将聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、放入高混机中，混合搅拌5至10分钟，将改性后的6000目无机材料粉体和色母粒放入高混机中并继续混合搅拌5至10分钟，过程中温度不高于80℃，将高混机中的混合料出料备用，放出的物料经挤出机挤出造粒，制成PE双壁波纹管专用粒料。

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料的应用包括，该PE双壁波纹管专用粒料经双壁波纹管挤出机挤出成型，制成各种规格的PE双壁波纹管。

使用本发明提供的PE双壁波纹管专用粒料，可以采用经双壁波纹管挤出机挤出成型的方法制成各种规格的双壁波纹管管材，可以赋予制品优良的物理机械性能，在保证聚乙烯双壁波纹管加工制品质量的前提下达到降低产品成本的目的。另外采用专用粒料加料，可以改善加工环境，保证室内空气清洁、减少粉尘污染，适应塑料加工企业生产需要。在PE双壁波纹管制品中添加了5至50重量份数的6000目无机材料粉体，制品性能仍能达到国标GB/T19472.1--2004的性能要求，且可使材料成本降低5～20％。

本发明实施例所使用的原料：

聚乙烯树脂(PE) 北京燕山石化有限公司

或雪佛龙菲利普斯化工有限公司

聚乙烯蜡北京燕山石化有限公司

石蜡北京燕山石化有限公司

钛酸酯偶联剂江苏仪征天扬化工厂

铝酸酯偶联剂福建师范大学化工厂

硬脂酸200型上海制皂有限公司

色母粒天津津富色母粒有限公司

6000目无机材料粉体安徽雪纳有限公司

本发明实施例所使用的设备：

造粒使用的挤出成型机为同向双螺杆挤出机组KY75/180南京科倍隆科亚机械有限公司；

混料使用的高混机为SRL-Z500/1000张家港市亿利机械有限公司；

双壁波纹管挤出成型机为SBG--500山东潍坊中云机器有限公司

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料，其配方及组成为(以重量百分比含量计)：

聚乙烯树脂(PE) 35至99％；

聚乙烯蜡 0至5％；

石蜡 0至4％；

偶联剂 0至2％；

硬脂酸 0至2％；

色母粒 0至2％；

6000目无机材料粉体 1至50％。

此配方中的6000目无机材料粉体采用重质碳酸钙，亦可采用轻质碳酸钙、高岭土、滑石粉、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物。此配方中的偶联剂为铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂或它们的混合物。

本发明聚乙烯双壁波纹管专用料的制备方法：

A、将计量后的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃至90℃时开始抽湿，温度达到110℃至160℃后，加入偶联剂混合5至10分钟，再加入硬脂酸混合搅拌5至10分钟，然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，冷却到30℃至50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；将聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、放入高混机中，混合搅拌5至10分钟，将改性后的6000目无机材料粉体和色母粒放入高混机中并继续混合搅拌5至10分钟，混合过程中温度控制不高于80℃，将高混机中的混合料出料备用，放出的物料为PE双壁波纹管专用粉料。

B、将上述配制的PE双壁波纹管专用粉料进行挤出造粒，制得PE双壁波纹管专用粒料，该PE双壁波纹管专用粒料，经双壁波纹管挤出机挤出成型，制成各种规格的PE双壁波纹管。

实施例1：

PE双壁波纹管专用粉料配方：

聚乙烯树脂(PE) 67.5kg；

聚乙烯蜡 3kg；

石蜡 3kg；

偶联剂 0.5kg；

硬脂酸 0.5kg；

色母粒 0.5kg；

6000目无机材料粉体(重质碳酸钙) 25kg。

将计量后的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到85℃时开始抽湿，温度达到130℃后，加入偶联剂混合8分钟，再加入硬脂酸混合搅拌8分钟，然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，冷却到40℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；将聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、放入高混机中，混合搅拌8分钟，将改性后的6000目无机材料粉体和色母粒放入高混机中并继续混合搅拌8分钟，混合过程中温度控制不高于80℃，将高混机中的混合料出料备用，放出的物料为PE双壁波纹管专用粉料。

将上述配制的PE双壁波纹管专用粉料，按以下工艺条件在双螺杆挤出机(KY75/180同向双螺杆配混挤出机组)上挤出造粒，制得PE双壁波纹管专用粒料，其挤出造粒工艺(温度℃)参数如下：

	1段	2段	3段	4段	5段	6段	机头
	1段	2段	3段	4段	5段	6段	机头	温度，℃	120～140	130～150	130～150	140～160	140～160	150～170	150～170

按此配方生产的PE双壁波纹管专用粒料经双壁波纹管挤出成型机挤出成型，制成各种规格的PE双壁波纹管。其挤出成型工艺(温度℃)参数：

	1段	2段	3段	4段	5段	6段	口模
	1段	2段	3段	4段	5段	6段	口模	温度，℃	140～160	150～170	150～170	160～180	160～180	170～190	170～190

制成的PE双壁波纹管按GB/T 19472.1--2004测试，环刚度试验为7.7kN/m²；冲击性能试验≤10％TIR；环柔性试验试样圆滑、无反向弯曲、两壁无脱开；烘箱试验无气泡、无分层；蠕变比率为3.3，完全达到国标要求。

实施例2

PE双壁波纹管专用粒料配方：

聚乙烯树脂(PE) 90kg；

聚乙烯蜡 2kg；

石蜡 2kg；

偶联剂 0.4kg；

硬脂酸 0.4kg；

颜料 0.2kg；

6000目无机材料粉体(重质碳酸钙) 5kg。

将计量后的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃时开始抽湿，温度达到110℃后，加入偶联剂混合5分钟，再加入硬脂酸混合搅拌5分钟，然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，冷却到30℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；将聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、放入高混机中，混合搅拌5分钟，将改性后的6000目无机材料粉体和色母粒放入高混机中并继续混合搅拌5分钟，混合过程中温度控制不高于80℃，将高混机中的混合料出料备用，放出的物料为PE 壁波纹管专用粉料。

将上述配制的PE双壁波纹管专用粒料，在双螺杆挤出机(KY75/180同向双螺杆配混挤出机组)上挤出造粒，挤出造粒工艺(温度℃)参数和挤出成型工艺(温度℃)参数与实施例1相同，制成各种规格的PE双壁波纹管，制成的PE双壁波纹管按GB/T 19472.1--2004测试，环刚度试验为6.5kN/m²；冲击性能试验≤10％TIR；环柔性试验试样圆滑、无反向弯曲、两壁无脱开；烘箱试验无气泡、无分层；蠕变比率为3.6，完全达到国标要求。

实施例3：

PE双壁波纹管专用粒料配方：

聚乙烯树脂(PE) 40kg；

聚乙烯蜡 5kg；

石蜡 4kg；

偶联剂 0.8kg；

硬脂酸 0.8kg；

色母粒 0.2kg；

6000目无机材料粉体(重质碳酸钙) 50kg。

将计量后的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到90℃时开始抽湿，温度达到160℃后，加入偶联剂混合10分钟，再加入硬脂酸混合搅拌10分钟，然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，冷却到50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；将聚乙烯树脂(PE)、聚乙烯蜡、石蜡、放入高混机中，混合搅拌10分钟，将改性后的6000目无机材料粉体和色母粒放入高混机中并继续混合搅拌10分钟，混合过程中温度控制不高于80℃，将高混机中的混合料出料备用，放出的物料为PE双壁波纹管专用粉料。

将上述配制的PE双壁波纹管专用粒料，在双螺杆挤出机(KY75/180同向双螺杆配混挤出机组)上挤出造粒，挤出造粒工艺(温度℃)参数和挤出成型工艺(温度℃)参数与实施例1相同，制成各种规格的PE双壁波纹管，制成的PE双壁波纹管按GB/T 19472.1--2004测试，环刚度试验为8.3kN/m²；冲击性能试验≤10％TIR；环柔性试验试样圆滑、无反向弯曲、两壁无脱开；烘箱试验无气泡、无分层；蠕变比率为3.1，完全达到国标要求。

以上的实施例子可根据实际情况，在不降低性能指标的前提下，选用不同添加量的6000目无机材料粉体来达到降低生产成本的目的，根据不同的添加量与相应的普通填料的产品比较可节省5％～20％的成本。

选用6000目无机材料粉体是以无机刚性粒子增强、增韧理论作为研究理论依据的。

在PVC的物理改性中，改性剂按刚性大小区分有弹性体和非弹性体两类。用弹性体的方法虽然可取得较为理想的韧性，增加廉价改性剂的填充量，却降低了材料的强度、刚性、耐热性以及加工流动性，是以牺牲某种力学性能为代价达到降低成本的目的。而非弹性体增韧则是一种较新的方法，尤其是近年发展起来的“无机刚性粒子增强、增韧的理论”，不但可以提高PVC的韧性、刚性、增加尺寸的稳定性，而且还可使强度、模量、热变形温度、加工流动性得到适当的改善。

该理论一般解释为：无机粒子均匀分散在基体树脂中，当受外力冲击时，由于无机粒子的存在产生了应力集中效应，引发周围树脂产生微开裂。同时，粒子之间的基体也产生了塑性变形，吸收冲击能，从而达到增韧效果；无机粒子的存在使基体裂纹扩展受阻和钝化，最终阻止微裂纹不致发展为破坏性开裂；随着粒子细度变细。粒子的比表面积增大，粒子与基体接触面积增大，材料在受冲击是会产生更多的微开裂纹和塑性变形，从而吸收能量。另一种机理认为基体与粒子的作用在两极为拉应力，在赤道位置为压应力。由于力的作用，粒子的赤道附近会受压力作用，有利于屈服出现，此外，由于两极受到拉应力作用，当接口粘接性较弱时，会在两极首先发生界面脱粘，相当于使粒子周围形成一个空穴，依据对于空穴的应力分析，在空穴赤道面上的应力为本体应力的3倍。因此，在本体应力尚未达到基体屈服应力时，局部点已开始产生屈服，即同样也促使基体屈服，综合的效应使高聚物的韧性提高。

通过对不同粒径CaCO₃与PVC复合体系性能的研究发现：在无机刚性粒子不团聚的情况下，粒径越小所得到的复合材料性能越好，尤其是当共混体系中加入适量的纳米CaCO₃粒子时，其冲击强度、拉伸强度及断裂伸长率均会同时得到提高。力化学方法改性纳米CaCO₃，能使其在PVC基体中均匀分散并且接口间的相互作用增强，从而导致其冲击强度、断裂伸长率、拉伸模量均大幅度增加，而拉伸强度几乎保持不变；但是，当CaCO₃用量超过15％时，纳米级CaCO₃改性的复合材料在拉伸强度和缺口冲击强度上均低于由微米级CaCO₃改性的复合材料体系。经分析，粒径越细，粉体发生二次团聚的现象越严重，虽然理论上添加料的粒径越细，添加到聚合物中得到的增强、增韧力学性能越突出，但实际上，由于纳米粉体极容易产生二次团聚，应用时纳米粉体的真实粒径往往远大于理论粒径。在实验室环境下尚可控制，一旦放大到中间试验，产品的质量不但不能提高反而出现下降的现象。因此，本发明应用的6000目无机材料粉体，其粒径的90％小于2微米(可表示为D₉₀≤2μm)，既具有部分纳米粉体的优点，又基本解决了纳米粉体“易团聚、难分散”的缺点。

本发明综合国内外6000目粉体的研究结果，认为6000目粉体在塑料改性领域中的地位一定会越来越高，其应用也一定会越来越成熟；从微米级6000目粉体的应用技术入手，克服纳米粉体所遇到的问题，将6000目无机粉体应用于PE双壁波纹管的制备，特别是在基体聚乙烯树脂中，大比例添加使用6000目无机粉体，能够在保证产品质量及使用性能的前提下，有效降低原料成本，是本发明的主要技术特征。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种聚乙烯双壁波纹管专用料，包括聚乙烯树脂、聚乙烯蜡、石蜡、偶联剂、硬脂酸、颜料；其特征在于，还包括6000目无机材料粉体；该无机材料粉体为6000目的重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土、滑石粉、二氧化硅、氢氧化镁、氢氧化铝、硅灰石或它们的混合物，其粒径的90％小于2微米；所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂或它们的混合物；所述颜料为色母粒或色粉。

2.根据权利要求1所述的聚乙烯双壁波纹管专用料，其特征在于，所述聚乙烯树脂的重量百分含量为35～99；聚乙烯蜡的重量百分含量为0～5；石蜡的重量百分含量为0～4；偶联剂的重量百分含量为0～2；硬脂酸的重量百分含量为0～2；色母粒的重量百分含量为0～2；6000目无机材料粉体的重量百分含量为1～50。

3.一种权利要求1所述的聚乙烯双壁波纹管专用料的制备方法，其特征在于，①将计量后的6000目无机材料粉体放入高混机中高速搅拌混合，温度达到80℃至90℃时开始抽湿，温度达到110℃至160℃后，加入偶联剂混合5～10分钟，再加入硬脂酸混合搅拌5至10分钟，然后将高混机中的混合料放进冷混机中进行冷却，冷却到30℃至50℃后出料得到改性的6000目无机材料粉体；②将聚乙烯树脂、聚乙烯蜡和石蜡放入高混机中，混合搅拌5～10分钟，将改性后的6000目无机材料粉体和颜料放入高混机中继续混合搅拌5～10分钟，该混合过程中温度保持在80℃以下，将高混机中的混合料出料备用；③将步骤②中混合好的物料经挤出造粒机组造粒，制成聚乙烯双壁波纹管专用料。

4.一种权利要求1所述的聚乙烯双壁波纹管专用料的应用，其特征在于，聚乙烯双壁波纹管专用料，经挤出机挤出成型，制成聚乙烯双壁波纹管。