CN102417650B - 一种耐磨交联pe复合管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种耐磨交联PE复合管及其制备方法，属于聚乙烯管材技术领域。它由聚乙烯100份、抗刮擦剂1-3份、碳纤维0-10份、弹性体0-5份、抗氧剂0.05-0.2份、交联促进剂0.2-1份、润滑剂0.5-1份经双螺杆熔融挤出造粒、真空干燥、喷淋硅烷交联剂、在挤出机上挤出得到。本发明通过化学改性的方法，增强PE分子链的联结，形成三维的网络结构，提高了材料的耐蠕变性和表面抗固体颗粒冲击的能力，利用物理改性技术，在聚乙烯材料中复配了抗刮擦伤剂和增强剂，得到了韧性、强度与硬度均衡的PE交联复合材料，提高了聚乙烯的耐磨性、耐热性、拉伸强度和伸长率，使得聚乙烯管材适合于粉体、固体颗粒以及浆体的输送，市场前景广阔。

Description

一种耐磨交联PE复合管及其制备方法

技术领域

本发明属于聚乙烯管材技术领域，具体涉及一种交联聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展，管道长距离输送浆体和粉体在我国发展迅速，如煤电厂的粉煤灰输送、江河湖海清淤、粮食输送以及其他冶金矿产领域。该领域管材品种需求多样，但都要求一个耐磨性。目前市场上普遍采用钢管，但是钢管存在不耐腐蚀、磨擦系数大，管材的使用寿命短，系统维护费用高等缺点。

高密度聚乙烯，具有高强度、耐腐蚀、抗冲击性能、低摩擦系数等性能，用其制成的管材具有较好耐压、耐环境应力开裂、耐磨等性能，是目前使用最为范围广泛的一种塑料管材。聚乙烯管道也成功的应用于一些河道的清淤、尾矿输送等。因此，该类管道系统逐渐得受到塑料管道厂家的关注，塑料管道和钢管相比具有比重轻、耐腐蚀，安装费用低等优点，但是当固体颗粒含量较高或颗粒较大时，管材不断受到固体颗粒的冲刷，因此需要进一步提高材料的耐磨性，目前针对耐磨管领域开发较多的是超高分子量聚乙烯管材及其复合管材，其缺点是挤出成型困难、生产效率低，耐热性能较普通聚乙烯没有改善。

发明内容

 针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种常温自交联的耐磨交联PE复合管及其制备方法。

所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于包括如下重量份的组份：

聚乙烯100份   抗刮擦剂1-3份  碳纤维0-10份  弹性体0-5份  抗氧剂0.05-0.2份  交联促进剂0.2-1份  润滑剂0.5-1份。

所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于包括如下重量份的组份：

聚乙烯100份   抗刮擦剂1-3份  碳纤维4-6份  弹性体2-3份  抗氧剂0.1-0.15份  交联促进剂0.6-0.8份  润滑剂0.6-0.8份。

所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的抗刮擦剂为IRGASURF SR100 、石墨或聚四氟乙烯。

所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的弹性体为茂金属-乙烯辛烯共聚物或三元乙丙胶。

   所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂330中的一种或一种以上混合物。

所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸钙、PE蜡或PPA。

所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的交联促进剂为氯化镁或氯化钙。

所述的一种耐磨交联PE复合管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)取聚乙烯100份，抗刮擦剂1-3份，碳纤维0-10份，弹性体0-5份，抗氧剂0.05-0.2份，交联促进剂0.2-1份，润滑剂0.5-1份，通过高混机混合均匀后，经双螺杆熔融挤出造粒，所述的双螺杆直径为75mm，螺杆长径比为40:1，挤出温度为200-220℃；

2）将步骤1）得到的造粒好的复合材料在相对真空度为-0.095～-0.098MPa，温度为64-66℃的真空干燥机中干燥4-6小时，至水分含量小于200ppm，得到干燥好的PE混配料；

3）向步骤2）中得到的干燥好的PE混配料里，喷淋硅烷交联剂，所述的硅烷交联剂为液体硅烷 2-3份和交联引发剂0.2-0.5份混合液；喷好后再继续搅拌30分钟，得到PE混配料；

4）将步骤3）中得到的PE混配料直接在挤出机上挤出管材，根据管材壁厚的不同，管材放置5-30天，充分交联后得到耐磨交联PE复合管。

所述的一种耐磨交联PE复合管的制备方法，其特征在于步骤3）中所述的液体硅烷为三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷的任意一种。

所述的一种耐磨交联PE复合管的制备方法，其特征在于步骤3）中所述的交联引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）己烷中的任意一种。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

   1）本发明将材料物理改性技术和化学改性技术进行融合，将各种功能助剂效果发挥最大化，通过化学改性的方法，增强PE分子链的联结，形成三维的网络结构，提高了材料的耐蠕变性和管材表面抗固体颗粒冲击的能力 ；利用物理改性技术，在聚乙烯材料中复配了抗刮擦伤剂和增强剂，最终得到了韧性、强度与硬度均衡的PE交联复合材料；

2）本发明工艺方法简单、易于操作、无需投入高昂设备，通过交联技术，提高了聚乙烯的耐热性，使得聚乙烯管材适合于一些带温浆体的输送，可实现多品种工业化生产，市场前景广阔；

3）通过本发明方法得到的耐磨交联PE复合管，拉伸强度达22.3 MPa以上、伸长率620%以上、交联度55%以上，耐磨性提高了10%以上。

4）本发明使用了高效、环保的交联促进剂，加速了水在聚乙烯中的扩散过程，解决了厚壁制品交联困难的问题。新技术不仅极大的提高了交联的速度，改善了交联制品的性能，且不含传统的有机锡催化剂，无毒环保。

具体实施方式

    下面结合实施例对本发明的技术方案及效果作进一步的描述，但是，所使用的具体方法、配方和说明并不是对本发明的限制。

实施例子1：

将100份聚乙烯(PE100)，3份汽巴精化公司的IRGASURF SR100， 5份茂金属乙烯-辛烯共聚物弹性体，0.2份抗氧剂1010,润滑剂0.5份PE蜡，交联促进剂1份氯化镁，将该6种料在高混机混合均匀后，采用螺杆直径为75mm，长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度为200℃，造粒后在相对真空度为-0.095MPa，加热温度为65℃的真空干燥机中干燥4小时，水分含量测得180ppm，再用喷雾器添加硅烷乙烯基三甲氧基硅烷2份和2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）己烷0.2份的混合硅烷交联剂，再继续搅拌30分钟后直接出料挤出D315*18.5规格管材，常温放置20天得到耐磨的PE复合管。

上述实施例中，所述的抗刮擦剂起降低摩擦系数，减少外力对基材的作用；

碳纤维用于提高管材强度和表面硬度；弹性体用于增加弹性形变恢复能力；抗氧剂为了防止聚乙烯材料在加工过程中氧化降解；交联促进剂为吸水剂，为了加速硅烷的常温自交联速度；润滑剂用于提高挤出速度，增强流动性；所述的抗刮擦剂用石墨或聚四氟乙烯代替汽巴精化公司的IRGASURF SR100，弹性体用三元乙丙胶代替茂金属 乙烯-辛烯共聚物，抗氧剂用抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂330中的一种或一种以上混合物代替抗氧剂1010，润滑剂用硬脂酸钙或PPA代替PE蜡，交联促进剂用氯化钙代替氯化镁，液体硅烷用三甲氧基硅烷代替乙烯基三乙氧基硅烷，引发剂用过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯代替2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）己烷，或者再加入碳纤维，均能取得相同的技术效果。

实施例子2：

将100份聚乙烯(PE100)，1份石墨， 0.05份抗氧剂168和0.15份抗氧剂330的混合物, 1份润滑剂硬脂酸钙，0.2份交联促进剂氯化钙，将该6种料在高混机混合均匀后，采用螺杆直径为75mm，长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度为220℃，造粒后在相对真空度为-0.095MPa，加热温度为66℃的真空干燥机中干燥6小时，水分含量测得160ppm，再用喷雾器添加硅烷乙烯基三甲氧基硅烷3份和过氧化苯甲酰0.5份的混合硅烷交联剂，再继续搅拌30分钟后直接出料挤出D315*18.5规格管材，常温放置20天得到耐磨的PE复合管。

实施例子3：

将100份聚乙烯(PE100)，2份聚四氟乙烯，6份碳纤维，弹性体3份三元乙丙胶，0.1份抗氧剂330, 0.8份润滑剂PPA，0.6份交联促进剂氯化钙，将该7种料在高混机混合均匀后，采用螺杆直径为75mm，长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度为210℃，造粒后在相对真空度为-0.096MPa，加热温度为65℃的真空干燥机中干燥5小时，水分含量测得165ppm，再用喷雾器添加硅烷乙烯基三甲氧基硅烷3份和过氧化二异丙苯0.4份的混合硅烷交联剂，再继续搅拌30分钟后直接出料挤出D315*18.5规格管材，常温放置20天得到耐磨的PE复合管。

实施例子4：

将100份聚乙烯(PE100)，1份石墨，0.05份抗氧剂168和0.15份抗氧剂330的混合物, 1份润滑剂硬脂酸钙，0.2份交联促进剂氯化钙，将该5种料在高混机混合均匀后，采用螺杆直径为75mm，长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度为215℃，造粒后在相对真空度为-0.096MPa，加热温度为65℃的真空干燥机中干燥5小时，水分含量测得176ppm，再用喷雾器添加硅烷乙烯基三甲氧基硅烷3份和过氧化苯甲酰0.4份的混合硅烷交联剂，再继续搅拌30分钟后直接出料挤出D315*18.5规格管材，常温放置20天得到耐磨的PE复合管。

实施例子5：

将100份聚乙烯(PE100)，2份聚四氟乙烯，5份碳纤维，弹性体2.5份三元乙丙胶，0.15份抗氧剂330,0.7份润滑剂PPA，0.7份交联促进剂氯化钙，将该7种料在高混机混合均匀后，采用螺杆直径为75mm，长径比为40:1的双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度为215℃，造粒后在相对真空度为-0.096MPa，加热温度为65℃的真空干燥机中干燥5小时，水分含量测得145ppm，再用喷雾器添加硅烷乙烯基三甲氧基硅烷3份和过氧化二异丙苯0.4份的混合硅烷交联剂，再继续搅拌30分钟后直接出料挤出D315*18.5规格管材，常温放置20天得到耐磨的PE复合管。

将上述实施例1-5得到的PE复合管测交联度和耐磨性，力学性能，其中耐磨性以普通聚乙烯样条为参照物，采用自制的砂浆旋转磨损设备，从管材上直接制取一定尺寸的样条进行测试，结果列于表一：

从上表中可以看出，与PE100相比，本发明的耐磨交联PE复合管的拉伸强度和伸长率有所提高，耐磨性明显提高。本发明通过化学改性的方法，增强PE分子链的联结，形成三维的网络结构，提高了材料的耐蠕变性和管材表面抗固体颗粒冲击的能力 。同时利用物理改性技术，在聚乙烯材料中复配了抗刮擦伤剂和增强剂，最终得到了韧性、强度与硬度均衡的PE交联复合材料。不仅如此，交联提高了聚乙烯的耐热性，使得聚乙烯管材适合于一些带温浆体的输送，市场前景广阔。

Claims (6)

1.一种耐磨交联PE复合管，其特征在于包括如下重量份的组份：

聚乙烯100份 、  抗刮擦剂1-3份、  碳纤维4-6份 、 弹性体2-3份、  抗氧剂0.1-0.15份 、 交联促进剂0.6-0.8份、  润滑剂0.6-0.8份 、 液体硅烷 2-3份和交联引发剂0.2-0.5份，所述的聚乙烯为PE100，所述的抗刮擦剂为IRGASURF SR100 、石墨或聚四氟乙烯，所述的弹性体为茂金属-乙烯辛烯共聚物或三元乙丙胶，所述的液体硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷的任意一种。

2.  根据权利要求1所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂330中的一种或一种以上混合物。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸钙、PE蜡或PPA。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨交联PE复合管，其特征在于所述的交联促进剂为氯化镁或氯化钙。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨交联PE复合管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)取聚乙烯100份、   抗刮擦剂1-3份、  碳纤维4-6份、  弹性体2-3份 、 抗氧剂0.1-0.15份 、 交联促进剂0.6-0.8份、  润滑剂0.6-0.8份，通过高混机混合均匀后，经双螺杆熔融挤出造粒，所述的双螺杆直径为75mm，螺杆长径比为40:1，挤出温度为200-220℃；

2）将步骤1）得到的造粒好的复合材料在相对真空度为-0.095～-0.098MPa，温度为64-66℃的真空干燥机中干燥4-6小时，至水分含量小于200ppm，得到干燥好的PE混配料；

3）向步骤2）中得到的干燥好的PE混配料里，喷淋硅烷交联剂，所述的硅烷交联剂为液体硅烷 2-3份和交联引发剂0.2-0.5份混合液；喷好后再继续搅拌30分钟，得到PE混配料；

4）将步骤3）中得到的PE混配料直接在挤出机上挤出管材，根据管材壁厚的不同，管材放置5-30天，充分交联后得到耐磨交联PE复合管。

6.根据权利要求5所述的一种耐磨交联PE复合管的制备方法，其特征在于步骤3）中所述的交联引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）己烷中的任意一种。