CN102070810A - 高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料及其生产方法 - Google Patents

高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料及其制备方法，以重量份数计，原料配方包括如下组分：再生高密度聚乙烯100、云母粉5-20、硅烷偶联剂KH570为0.1-0.5、马来酸酐接枝聚乙烯1-6、PE蜡1-3、白矿油0.3-1.5和色母粒0.2-0.5；制备时，先将云母粉、硅烷偶联剂、PE蜡加入高速混料机，在转速为800～1200r/min，温度为100℃-130℃条件下混合2-5分钟，使云母粉表面活化，得到分散均匀的粉状混合物；然后依次加入再生高密度聚乙烯等；本发明高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料成本低、强度高、性能稳定，可满足桥梁、大跨距建筑等混凝土基建领域的使用要求。

Description

高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，尤其涉及再生高密度聚乙烯改性的该类塑料波纹管专用料及其生产方法。
背景技术
预应力塑料波纹管，用于后张预应力混凝土结构，作为预应力筋的成孔管道。在后张预应力技术中，预留孔道技术是关键技术之一，随着材料、机械、工程等技术的不断进步，预留孔道从最早的抽拔管到金属波纹管，再发展到目前的塑料波纹管。
随着国家出台的一系列基础设施投资计划，桥梁、大型场馆的建设如火如荼的展开，不仅对预应力混凝土塑料波纹管有巨大的需求，同时，对波纹管也提出了更多的技术要求。但是，目前的预应力塑料波纹管由单一的高密度聚乙烯加工而成，性能单一，在刚度、韧性、尺寸稳定性、抗拉强度等方面存在不足，而且目前的高密度聚乙烯波纹管相对比较轻，在混凝土浇筑过程中，容易产生上浮现象。因此探索综合性能优异的专用料具有重要意义。
据报道，目前全球废弃塑料每年总量已经超过6000万吨，而我国每年废弃塑料已超过300万吨。废弃塑料在土壤中和水中都十分稳定，100年后也不会降解，对地球环境造成严重的污染。可见，探索废塑料回收再生利用，提高再生塑料综合性能也具有极大的意义。
中国发明专利申请200810182502.5公开了一种用于生产加筋双壁波纹管的共聚物，以重量份数计，包括聚丙烯树脂75-100；氯化聚氯乙烯2-15；碳酸钙15-80；滑石粉10-60；聚乙烯蜡分散剂(PE蜡)0.1-2；硬脂酸(HSt)润滑剂0.1-1.8；钛酸酯偶联剂(NDZ-101)0.2-3份。该发明的主要目的是增强管道耐腐性，但是波纹管的拉伸强度、环刚度和波纹管的尺寸稳定性以及增重效果相对较差；而且使用聚丙烯树脂，成本相对较高。
中国发明专利200410066024.3公开了一种大口径高密度聚乙烯波纹管高填充改性母粒的制作工艺，涉及制作聚乙烯波纹管的母粒技术。其工艺是用超细碳酸钙和超细滑石粉混合成为复合粉体，在复合粉体中加入偶联剂在120～140℃下搅拌5～10分钟，再加入白油、硬脂酸、羟基硅油和聚乙烯或聚丙烯搅拌均匀后出料，在150～190℃温度下，经平行双螺杆挤出机其混挤出切粒制得。该发明是采用复合粉体材料制成的改性母料主要改善管材弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度，用于大口径HDPE波纹管生产，而波纹管的环刚度和波纹管的尺寸稳定性以及增重效果相对较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于拓展废旧塑料资源再生利用新方法，提供一种低成本的高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，该专用料制备的波纹管拉伸强度、环刚度等综合力学性能优异，且增重效果好。
本发明还提供上述高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料的制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，以重量份数计，其原料配方包括如下组分：
组分                  含量
再生高密度聚乙烯      100
云母粉                5-20
硅烷偶联剂KH570       0.1-0.5
马来酸酐接枝聚乙烯    1-6
聚乙烯蜡              1-3
抗氧剂1010            0.2-0.5
白矿油                0.3-1.5
色母粒                0.2-0.5
所述的高密度聚乙烯为再生高密度聚乙烯，是以回收的挤出级或注塑级的废旧高密度聚乙烯塑料为原料，经过分拣、破碎、清洗后所得的破碎片或破碎片造粒后制得的颗粒料；
所述云母粉、硅烷偶联剂、PE蜡加入高速混料机在800～1200r/min的转速下，温度为100℃-130℃条件下混合2-5分钟，使云母粉表面活化，得到分散均匀的粉状混合物；然后依次加入再生高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂、色母粒和分散剂；在转速为800～1200r/min条件下高速搅拌2-5分钟，再在转速为100～300r/min条件下低速混合，冷却到45℃以下。
为进一步是实现本发明目的，所述云母粉粒度优选为400-600目。
所述云母粉的微观结构为薄片状、鳞片状或板状。
所述再生高密度聚乙烯，在温度为190℃、5kg砝码的测试条件下，其熔指MFR≤5.0g/10min。
所述高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料的制备方法：先将云母粉、硅烷偶联剂、PE蜡加入高速混料机，在转速为800～1200r/min，温度为100℃-130℃条件下混合2-5分钟，使云母粉表面活化，得到分散均匀的粉状混合物；然后依次加入再生高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂、色母粒和分散剂；在转速为800～1200r/min条件下高速搅拌2-5分钟，再在转速为100～300r/min条件下低速混合，冷却到45℃以下；将混合好的混合料转入螺杆挤出机挤出造粒，得到高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料。
所述螺杆挤出机优选为双螺杆挤出机。
环刚度是指管材环断面的刚度，是管材抗外压负载能力的综合参数。
本发明云母粉为无机粉体，该粉体表面有很多亲水基团，而高密度聚乙烯具有疏水性，因此云母粉若不经过处理，与高密度聚乙烯是不相容的。硅烷偶联剂是分子结构具有一端亲水性而另一端疏水性的物质，该物质先与云母粉在800～1200r/min的速度下混合，并且加热到100℃-130℃后继续混合2-5分钟，在这一过程中，硅烷偶联剂亲水的基团与云母粉表面的亲水基团发生化学反应，形成分子间较强作用力的共价键。大量硅烷偶联剂的亲水基团与云母粉表面的亲水基团形成共价键后，形成了以云母粉为核心，其表面通过化学键连接了大量的疏水基团的硅烷偶联剂分子，从而达到使云母粉表面活化的目的。经过活化后的云母粉，因为其表面携带大量的疏水基团，从而在与高密度聚乙烯熔融共混的过程中，能够以氢键的形式牢固融合在一起，从而使云母粉能够均匀地分散在高密度聚乙烯树脂中，并且云母粉与高密度聚乙烯分子之间形成了强大的界面结合力。从而提高了专用料的拉伸强度。
云母粉微观结构为薄片状、鳞片状或板状，具有径厚比大、硬度高的特点，均匀分散在高密度聚乙烯树脂中，能起到刚性骨架的作用，从而可以提高用专用料制造的波纹管的环刚度。又由于云母粉为硅酸盐类物质，本身具有极好的尺寸稳定性，从而也提高了用本专利所述专用料制造的波纹管的尺寸稳定性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明专利以再生塑料为主要原料，属于资源循环再生利用，不仅环保，而且能减少新材料的大量消耗，具有低碳、节能减排的重要意义。
(2)本发明专利为改性再生高密度聚乙烯专用料范畴，通过添加各种改性助剂，在不降低高密度聚乙烯的主要性能的前提下，能提高以该专用料为原料生产的波纹管的拉伸强度和环刚度。
(3)云母粉的密度为2.76～3.10，为高密度聚乙烯密度的3倍左右，所以云母粉的加入，能够增加制品的密度，从而提高制品的重量，产生增重的效果。本发明专利所用的矿物增强填料经过粉体表面活化处理，不仅能增强专用料的整体力学性能，而且具有增重的效果，能改善目前聚乙烯波纹管质量轻，在混凝土施工中易上浮的缺陷。
(4)本发明所用的原材料货源广泛、价格低廉，具有较强的价格竞争力。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明详细的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
首先将的云母粉(500目)8kg、硅烷偶联剂KH570(佛山市道宁化工有限公司)0.1kg、PE蜡1kg加入高速混料机，在1200r/min的转速下进行共混，同时加热升高温度到120℃，以1200r/min的转速高速搅拌3分钟，然后依次加入再生高密度聚乙烯100kg、马来酸酐接枝聚乙烯(佛山柏晨高分子材料有限公司)1kg、白矿油(茂名石化)0.5kg、抗氧剂1010(台湾南亚塑胶工业股份有限公司)0.1kg、色母粒0.2kg，在120℃的温度和1200r/min的转速下继续混合5分钟，然后转入180r/min的低速进行混合，至45℃出料。最后将混合好的混合料转入双螺杆挤出机挤出造粒，得到高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料。
普通高密度聚乙烯预应力波纹管的密度为0.940g/cm3～0.965g/cm3；经检测，本实施例所得的专用料密度为0.975g/cm3，拉伸屈服强度为18.4Mpa(GB/T 1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则和GB/T 1040.2塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件)，断裂伸长率为360％(GB/T 1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则和GB/T 1040.2塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件)，弯曲强度为34.7MPa(GB/T 9341塑料弯曲性能试验方法)。可见，本实施例所得的专用料密度更大，具有更好的增重效果；用本实施例所得的专用料制成的波纹管环刚度为6.3KN/m2(GB/T9647热塑性塑料管材环刚度的测定)，达到了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料波纹管)所规定的不小于6KN/m2的要求，可见本发明专利所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。
实施例2
首先将的云母粉(400目)12kg、硅烷偶联剂KH570(佛山市道宁化工有限公司)0.2kg、PE蜡2kg加入高速混料机，在1000r/min的转速下进行共混，加热升高温度到130℃，然后在1000r/min的转速下高速搅拌5分钟，依次加入再生高密度聚乙烯100kg、马来酸酐接枝聚乙烯(佛山柏晨高分子材料有限公司)3kg、白矿油(茂名石化)1.0kg、抗氧剂1010(台湾南亚塑胶工业股份有限公司)0.3kg、色母粒0.4kg，在130℃的温度和1000r/min的转速下继续混合2分钟，然后转入100r/min的低速进行混合，至45℃出料。最后将混合好的混合料转入双螺杆挤出机挤出造粒，得到高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料。
普通高密度聚乙烯预应力波纹管的密度为0.940g/cm3～0.965g/cm3，经检测，本实施例所得的专用料密度为0.988g/cm3，可见本实施例所得的专用料密度更大，具有更好的增重效果；所测专用料拉伸屈服强度为19.0Mpa(GB/T 1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则和GB/T 1040.2塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件)，断裂伸长率为256％(GB/T 1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则和GB/T 1040.2塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件)，弯曲强度为38.2MPa(GB/T9341塑料弯曲性能试验方法)。用本实施例所得的专用料制成的波纹管，检测所得环刚度为7.4KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料波纹管)所规定的不小于6KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异
实施例3
首先将的云母粉(600目)20kg、硅烷偶联剂KH570(佛山市道宁化工有限公司)0.4kg、PE蜡3kg加入高速混料机，在800r/min的转速下进行共混，同时加热升高温度到100℃，在此温度下在1200r/min的转速下高速搅拌2分钟，然后依次加入再生高密度聚乙烯100kg、马来酸酐接枝聚乙烯(佛山柏晨高分子材料有限公司)6kg、白矿油(茂名石化)1.5kg、抗氧剂1010(台湾南亚塑胶工业股份有限公司)0.5kg、色母粒0.5kg，在100℃的温度和1200r/min的转速下继续混合5分钟，然后转入300r/min的低速进行混合，至45℃出料。最后将混合好的混合料转入双螺杆挤出机挤出造粒，得到高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料。
普通高密度聚乙烯预应力波纹管的密度为0.940g/cm3～0.965g/cm3。经检测，本实施例所得的专用料密度为0.994g/cm3，可见本实施例所得的专用料密度更大，具有更好的增重效果。专用料的拉伸屈服强度为21.3Mpa(GB/T 1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则和GB/T 1040.2塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件)，断裂伸长率为208％(GB/T 1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则和GB/T 1040.2塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件)，弯曲强度为46MPa(GB/T 9341塑料弯曲性能试验方法)。用本实施例所得的专用料制成的波纹管，其环刚度为7.9KN/m2，超过了行业标准(JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料波纹管)所规定的不小于6KN/m2的要求，所得的专用料能够提高制品的环刚度，且材料综合性能优异。

Claims (6)

1.高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，其特征在于，以重量份数计，其原料配方包括如下组分：
组分                  含量
再生高密度聚乙烯      100
云母粉                5-20
硅烷偶联剂KH570       0.1-0.5
马来酸酐接枝聚乙烯    1-6
聚乙烯蜡              1-3
抗氧剂1010            0.2-0.5
白矿油                0.3-1.5
色母粒                0.2-0.5
所述的高密度聚乙烯为再生高密度聚乙烯，是以回收的挤出级或注塑级的废旧高密度聚乙烯塑料为原料，经过分拣、破碎、清洗后所得的破碎片或破碎片造粒后制得的颗粒料；
所述云母粉、硅烷偶联剂、PE蜡加入高速混料机在800～1200r/min的转速下，温度为100℃-130℃条件下混合2-5分钟，使云母粉表面活化，得到分散均匀的粉状混合物；然后依次加入再生高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂、色母粒和分散剂；在转速为800～1200r/min条件下高速搅拌2-5分钟，再在转速为100～300r/min条件下低速混合，冷却到45℃以下。
2.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，其特征在于：所述云母粉粒度为400-600目。
3.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，其特征在于：所述云母粉的微观结构为薄片状、鳞片状或板状。
4.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，其特征在于：所述再生高密度聚乙烯，在温度为190℃、5kg砝码的测试条件下，其熔指MFR≤5.0g/10min。
5.权利要求1所述高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料的制备方法：其特征在于：先将云母粉、硅烷偶联剂、PE蜡加入高速混料机，在转速为800～1200r/min，温度为100℃-130℃条件下混合2-5分钟，使云母粉表面活化，得到分散均匀的粉状混合物；然后依次加入再生高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂、色母粒和分散剂；在转速为800～1200r/min条件下高速搅拌2-5分钟，再在转速为100～300r/min条件下低速混合，冷却到45℃以下；将混合好的混合料转入螺杆挤出机挤出造粒，得到高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料。
6.根据权利要求5所述的高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料的制备方法：其特征在于：所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机。
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