CN102329452A - 一种pe管外层保护层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PE管外层保护层及其制备方法。本发明所述PE管外层保护层由如下按照重量百分数计的组分组成：基体树脂77~97.5%，成核剂0.5~10%，粘附力改性剂0.5~10%，UV稳定剂1.5~3%。本发明所述PE管外层保护层与PE管之间有一定的粘附强度，既可以保证可将保护层从PE管上剥离下来，又能保证在安装管道时不会出现保护层滑动的现象。

Description

一种PE管外层保护层及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料改性领域，具体涉及一种PE管外层保护层及其制备方法。

背景技术

近年来随着PE材料性能的不断改进，新的PE管被逐渐开发出来，例如PE-X管、PE-UHMW管、PE100 RC管等各种新的管道，由于PE管道具有良好柔韧性、可焊接性，PE管道被逐渐推广到非开挖、无砂铺设等非传统安装领域，非开挖铺设和无砂铺设等技术与传统的铺设方法相比可以节约安装工程费用达60%，并且有利于环境保护，这些技术在今后的应用中越来越普遍，PE管道的需求量和技术需求会越来越高。随着PE管道在市场中所占比例不断提升以及PE管道的应用领域不断的拓展，开展PE管道相关技术的研究具有重要的意义。

PE管道在应用于非开挖铺设和无砂铺设时，不同于传统铺设的一个突出问题是：PE管道表面难免受到损伤、可能承受集中的点负载。因为非开挖铺设需要把塑料管拉进或推进在地下钻出的孔洞或待修复的旧管内，这个过程中塑料管表面难免受到损伤（被砂石或旧管壁不平处划伤）。非开挖铺设和无砂铺设的塑料管没有砂床的保护，很可能直接接触到尖锐的石块，在管壁上形成集中负载，例如：塑料管下“搁支”在尖锐的石块上，管壁内侧由于点负载将形成突起——成为可能提前损坏的高应力集中处。普通PE管道的抗划伤耐开裂性能尚不能满足“非传统铺设”技术的要求，需要通过管道材料或结构的创新来解决问题。

随着塑料管道应用领域推广的不断深入，在塑料管道系统的应用和铺设过程中，管道之间的连接是影响其结构完整性、安全运营和持久强度的重要因素。输送的流体可能是危险性极高的介质如：天然气、煤气等，如果连接的不可靠，后果将不堪设想。目前PE管道的连接方式有电熔连接、热熔焊接、承插连接、热风挤出焊接、热收缩连接、机械连接等6种连接方式，其基本的连接方式主要有电熔连接和热熔连接，由于电熔连接与热熔连接相比，操作简单，只要按照厂家提供的说明书及操作标准就可以完成了，所以电熔连接在PE管道连接中具有普遍性。但是目前PE管电熔连接存在两个问题：第一、管材连接部位的表面容易被污染或氧化，在管道电熔连接时需要同时要花费一定的人工和时间成本来对PE管材进行表面处理，这样一来降低了连接效率；第二、技术工人的技术水平层次不同，导致被处理面存在一些的质量问题，例如表面处理不光滑、有刮痕、深度不一致等，影响连接的可靠性。

针对PE管道在非开挖铺设和无砂铺设中存在的不足以及PE管道电熔连接时所存在问题，可通过在传统PE压力管道外层共挤一层保护层来解决传统PE压力管道外层容易刮花的氧化污染的状况，但是为了实现PE压力管道外层保护层可剥离和有效保护内层的特性，合理的控制外层保护层和内层PE管道的粘附强度是制备可剥离保护层电熔专用PE管道的关键。因为如果粘附强度过大，可剥离保护层的裂纹增生会传递到PE内管，导致PE内管的裂纹增生，如果粘附强度过小，在管道安装时，可剥离保护层与PE内管容易产生滑动，造成外保护层不能有效的保护内层PE管道。

目前CN2761942Y公开了一种应用于非开挖领域的抗划伤双层复合塑料管，也即在实壁管上复合一层保护层，该保护层的厚度为2-4mm，但该保护层不具有可剥离性；CN201836548U公开了一种管材，该管材是在PE实壁管上包覆一层可剥离的保护层，该保护层可以保护PE内管在安装时不被划伤或磨损而影响到PE管的使用寿命，同时，该保护层具有可剥离性，保护层剥离后暴露出的PE管可以直接进行焊接，但该专利没有公开表皮层与PE管之间的粘附力的控制的方法。

目前国外在PE管道外保护层方面已经有一些研究，其中PP材料由于其优异的综合性能，目前是PE管道外保护层材料的重要研究方向，但是由于PP和PE材料同属聚烯烃材料，共挤过程中容易出现两层粘附力过大或过小的问题。本发明内容是一种具有可剥离保护层电熔专用PE管道的保护层配方设计及其制备方法，采用该发明的材料组成和制备方法，可以得到具有适宜粘附力大小的可剥离PE电熔专用管道。

发明内容

本发明的目的是针对粘附强度的控制问题，提供了一种具有可剥离保护层电熔专用PE管道的外保护层的组成及其制备方法。

本发明是采取以下措施达到的：用于具有可剥离保护层电熔专用PE管道的外保护层是由如下按照重量百分数计的组分组成：基体树脂77~97.5%，成核剂0.5~10%，粘附力改性剂0.5~10%，UV稳定剂1.5~3%；所述PE管和外层保护层的粘附强度为0.2~2N/mm。所述PE管和外层保护层的粘附强度为0.3~1.5N/mm。

其中利用结晶成核的原理，在聚合物中加入成核剂，提高了聚合物的结晶温度和结晶速度，降低了保护层与PE管道之间的粘附强度，同时减少了保护层与PE之间的大分子链缠结的可能性，达到了理想粘附强度的控制，同时由于成核剂的加入改变了晶粒结构和形态尺寸，提高了保护层的机械性能及物理性能。

由于保护层的基体树脂聚合物与PE同属聚烯烃材料，相容性比较好，因此需要在保护层的基体树脂里加入粘附改性剂，进步达到降低聚合物与PE之间的粘附强度。

作为具有可剥离保护层电熔专用PE管道的保护层要具有耐光老化的性能，因此需要在保护层聚合物材料中添加一些UV稳定剂。

本发明中的基体树脂可以是嵌段聚丙烯、均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯任意一种或几种的混合物；

本发明中的成核剂可以是有机复合物例如羧酸盐（碳酸氢钠、山梨醇、山梨醇缩醛、羧酸盐酯盐以及均苯四酯二酐），无机复合物例如NaCL、矿物质例如滑石粉和云母，金属氧化物如二氧化硅和矾土等任意中的一种。

本发明中的粘附改性剂可以是多元醇酯例如乙二醇，新戊二醇，2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇，2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇，脂肪酸酯如单硬酯酸甘油酯，十二烷酸，棕榈酸等任意的一种。

本发明中的UV稳定剂可以是TiO₂、炭黑以及其它的填料例如白垩、云母等任意中的一种。

PE管外层保护层的制备方法，包括如下步骤：

（1）保护层的基体树脂与成核剂、粘附力改性剂及UV稳定剂在共混机中进行共混；

（2）把均匀混合后的高速共混物输送到双层共挤模具的挤出机的料筒中，准备共挤；

（3）在具有双层共挤模具的挤出机里进行共挤，冷却定型，切割，制备完成。

具体实施方式

    以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

嵌段聚丙烯（PPB）、山梨醇、单硬脂酸甘油酯（GMS）以及炭黑进行高速混合，混合速度为1450r/min，然后把共混物输送到双层共挤挤塑机的料筒中，制备PE内管公称外径为110mm，壁厚6.6mm,保护层厚度为0.7mm和公称外径为250mm，壁厚22.7mm，保护层厚度为0.8mm的具有可剥离保护层的电熔专用PE管道，其中PE原料采用PE100，以1m/min的挤出速度与PE内管一起挤出，共挤出模的温度在180~220℃。

表1 保护层的共混物的组分

共混物的组分	比重（wt%）
		嵌段聚丙烯(PPB)	92
山梨醇	2
		单硬脂酸甘油酯（GMS）	4
炭黑	2

实施例2

均聚聚丙烯（PPh）、山梨醇、单硬脂酸甘油酯（GMS）以及炭黑进行高速混合，混合速度为1450r/min，然后把共混物输送到双层共挤挤塑机的料筒中，制备PE内管公称外径为110mm，壁厚为6.6mm,保护层厚度为0.7mm和公称外径为250mm，壁厚22.7mm，保护层厚度为0.8mm的具有可剥离保护层的电熔专用PE管道，其中PE原料采用PE100，以1m/min的挤出速度与PE内管一起挤出，共挤出模的温度在180~220℃。

表2保护层的共混物的组分

共混物的组分	比重（wt%）
		均聚聚丙烯(PPh)	92
山梨醇	2
		单硬脂酸甘油酯（GMS）	4
炭黑	2

实施例3 

嵌段聚丙烯（PPB）、羧酸盐酯盐、单硬脂酸甘油酯（GMS）以及炭黑进行高速混合，混合速度为1450r/min，然后把共混物输送到双层共挤挤塑机的料筒中，分别制备PE内管公称外径为110mm，壁厚10.0mm,保护层厚度为0.7mm和公称外径为250mm，壁厚22.7mm，保护层厚度为0.8mm的具有可剥离保护层的电熔专用PE管道，其中PE原料选用PE100，以1m/min的挤出速度与PE内管一起挤出，共挤出模的温度在180~220℃。

表3保护层的共混物的组分

共混物的组分	比重（wt%）
		嵌段聚丙烯(PPB)	92
羧酸盐酯盐	2
		单硬脂酸甘油酯（GMS）	4
炭黑	2

表4 各实施例的性能与普通PE管的性能的比较

通过测试表明，具有可剥离保护层的电熔专用PE管的保护层与PE管之间的可剥离强度在0.3~1.5N/mm之间，既保证了保护层与PE管之间合适的粘附强度又能保证可剥离保护层用手剥离下来。

性能表征方法：

1. 粘附强度（可剥离强度）：制作一个沿轴向方向宽度为25mm的管材样品，利用拉力传感器，以50mm/min的速度沿径向方向进行剥离， 然后读取剥离强度的数值。

2. 耐慢速裂纹增长：按照中国标准GB/T19279-2003进行测试。

3. 耐快速裂纹扩展：按照中国标准GB/T19280-2003进行测试。

Claims (10)

1.一种PE管外层保护层，其特征在于所述外层保护层由如下按照重量百分数计的组分组成：基体树脂77~97.5%，成核剂0.5~10%，粘附力改性剂0.5~10%，UV稳定剂1.5~3%；所述PE管和外层保护层的粘附强度为0.2~2N/mm。

2.根据权利要求1所述PE管外层保护层，其特征在于所述PE管和外层保护层的粘附强度为0.3~1.5N/mm。

3.根据权利要求1所述PE管外层保护层，其特征在于所诉基体树脂为均聚聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述PE管外层保护层，其特征在于所述成核剂加入到基体树脂中，加入量为0.5~10wt%，所述成核剂为有机染色剂、有机色母或无机复合物，颗粒尺寸为0.01~10.0μm。

5.根据权利要求4所述PE管外层保护层，其特征在于所述成核剂的加入量为1~3wt%。

6.根据权利要求4所述PE管外层保护层，其特征在于所述有机染色剂为碳酸氢钠、山梨醇、山梨醇缩醛、羧酸盐酯盐、均苯四酯二酐；所述无机复合物为氯化钠、滑石粉、云母、二氧化硅或矾土。

7.根据权利要求1所述PE管外层保护层，其特征在于所述粘附力改性剂为乙二醇、新戊二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、单硬酯酸甘油酯、十二烷酸或棕榈酸，加入量为0.5~10wt%。

8.根据权利要求1所述PE管外层保护层，其特征在于所述UV稳定剂为二氧化钛或炭黑。

9.根据权利要求8所述PE管外层保护层，其特征在于所述UV稳定剂的加入量为1.5~3wt%。

10.权利要求1~9中任意一条权利要求所述PE管外层保护层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）保护层的基体树脂与成核剂、粘附力改性剂及UV稳定剂在共混机中进行共混；

（2）把均匀混合后的高速共混物输送到双层共挤模具的挤出机的料筒中，准备共挤；

（3）在具有双层共挤模具的挤出机里进行共挤，冷却定型，切割，制备完成。