CN102532665A - 改性的增强增韧聚乙烯实壁管材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，属于给排水器材技术领域。其是由以下重量份数的原料构成：废旧回收的高密度聚乙烯 100 份；线性低密度聚乙烯 18-30 份；聚乙烯原色料 8-15 份；催化剂 3-6 份。优点：具有经济性，可拓展排水排污管的应用；使用回收的高密度聚乙烯可以极致地节约不可再生的资源；对高密度聚乙烯改性，使得到的管材的拉伸强度达到 24.5-27MPa ，断裂伸长率达 550-750% ，并且表现出良好的可挠性；配方中的催化剂取量合理，有助于是改善管材的成型性；提供的制备方法保障了由线性低密度聚乙烯对废旧回收的高密度聚乙烯的改性，使增强和增韧效果俱现；确保管材的质量。

Description

改性的增强增韧聚乙烯实壁管材及其制备方法

技术领域

本发明属于给排水器材技术领域，具体涉及一种改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，并且还涉及其制备方法。

背景技术

关于聚乙烯管材的技术信息可以在已公开的中国专利文献中见诸，如发明专利授权公告号CN101538384B推荐有“给水用聚乙烯管材”，该专利由高密度聚乙烯70-80%（重量百分）、耐热聚乙烯15-25%（重量百分）、炭黑含量为50%的色母料4.5%（重量百分）和抗氧剂264 0.5%（重量百分）构成，由该配方制取的聚乙烯管材虽然客观上能够体现其说明书第1页第0007段所称的技术效果并且适宜用作给水管，但是由于配方中使用的作为新料的高密度聚乙烯的百分含量高达70-80%，因此有失经济上的廉价性；此外，这种管材配方中的高密度聚乙烯由于未被改性，因此断裂伸长率虽然能够满足中国国家标准GB/T13663-2000规定的≥350的要求，但是很难再有显著提升的空间，例如达到500以上，并且耐环境开裂也不足以达到令人满意的程度。鉴于这些因素，该专利方案推荐的聚乙烯管材无法用于排水排污管，因为排水排污管需至少满足以下要素：一是体现廉价性；二是体现资源的节约性；三是具有理想的拉伸强度和断裂伸长率；四是适合于非开挖定向钻进敷设。

发明专利申请公布号CN102030937A提供有“一种改性复合聚乙烯管材的配方”，由以下质量百分数的原料构成：回收的高密度低压聚乙烯40-60%、回收的中密度低压聚乙烯5-20%、回收的高压聚乙烯5-10%、补强剂（金刚石、石墨或超细煤粉）5-15%和抗氧剂3-15%，从其择用的原料和说明书第0004段中提及的申请号200810235124.2（公开号CN101402759A〈名称为：“埋地排污用改性聚乙烯管材”〉）可知，该管材为埋地排污用管材，由于主原料择用了废旧回收的高、中密度低聚乙烯以及高压聚乙烯，因而能够体现廉价性，但是存在以下缺憾：其一，由于专利申请公开的改性剂所包括的前述补强剂、抗氧剂以及着色剂和润滑剂均不具有对高、中密度低压聚乙烯及高压聚乙烯的化学改性效果，因此并不能表现出理想的断裂伸长率和抗拉强度；其二，作为补强剂的金刚石、石墨或超细煤粉的加入会导致管材的脆性增大，从而不适宜非开挖定向钻进敷设，也就是说，只能适合于开挖性埋设；其三，纵使适宜开挖性敷设，则对使用场合的土质具有挑剔性，例如不适宜流沙土质环境埋设，因为流沙易沉降，致使管子断裂。

发明专利申请公布号CN101696291A揭示有“耐磨超高分子量聚乙烯管材及其制造方法”，由于使用了280-285万的高分子量聚乙烯，因此韧性及可挠性差，无法应用于非开挖定向钻进敷设；纵观该专利申请的全文内容可知，这种管材为油井用管材，价格极其昂贵，对此可以由其择用的聚乙烯的重量份95-98份得到印证。

发明专利申请公布号CN102101924A介绍有“一种超高分子量聚乙烯管材的加工方法”，该专利申请方案存在以下欠缺，一是超高分子量聚乙烯占比达90-95%，因此有失廉价性并且不利于节约资源；二是作为添加剂的石墨的加入并且择用了超高分子量的聚乙烯，从而会使管材脆性增大，影响韧性和可挠性；三是制备方法教导了将原料以20n/min的速度搅拌5min，但是在该工艺条件下比重大的炭黑和石墨会出现集中沉淀，不利于分散，从而影响管材的质量；四是由于专利申请方案直接将原料混合后送入挤出机挤出，从而缺少了对原料的预处理环节，例如对原料先预干燥，因为在仓储、运输和自然环境变化之类因素下，如果不对聚乙烯原料作水份（含水率）控制，那么会严重影响管材的质量。

综上所述，并不限于上述文献公开的聚乙烯管材均不适合于非开挖的钻进敷设使用，所谓的非开挖即为目前广为使用的非开挖技术，主要但不限于包括：水平定向钻进、顶管、微型隧道、爆管和冲击等，该技术自上世纪90年代传入我国，目前被广泛应用于给水、排水、电力、通信和燃气等领域的新管道敷设和/或旧管道修复。

非开挖敷设排水排污管的长处在于：无需对道路“开膛破肚”，避免损及道路和建筑物，不破坏环境，无泥尘污染以及可避免对居民正常生活产生干扰；可以穿越河流湖泊、交通干线（从河流湖泊和交通干线的底部通过）；施工方便并且受地表建筑物干扰小；可避开地下障碍和不利于闹市施工的因素；一次性敷设管道距离长；铺管精度高、埋深大、施工周期短、作业安全速捷和施工成本低，等等。

但是，已有技术中的聚乙烯管材由于存在着难以满足本申请人在上面提及的诸如廉价性、资源节约性、理想的拉伸强度、断裂伸长率和可挠性等，从而在一定程度上制约了非开挖敷设排水排污管的进程，也就是说，已有技术中的聚乙烯管材构成了制约了非开挖定向钻进敷设排水排污管的瓶颈因素。对此，业界虽有改进之心，但迄今为止未有良好的应对之策，至少在已公开的专利和非专利文献中未见诸有可借鉴的技术启示。究其原因之一，领域内的人士认为聚乙烯管材系成熟产品，不论是原料选择还是各原料之间的配比难以再有实质性的突破，或者说突破的空间微乎其微，从而削弱了人们的创新意识；之二，唯恐探索徒劳而造成财力、物力和人力三力俱废；之三管材生产厂商与管材施工部门存在有失技术上的互通。

针对上述已有技术，本申请人作了持久而有益的反复尝试，找到了解决问题的办法，并且在严格的保密措施经实验证明是切实可行的，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的首要任务在于提供一种有利于体现经济上的廉价性而藉以拓展排水排污管的应用范围、有助于节约资源而藉以避免对不可再生性资源的过度消耗、有益于保障理想的拉伸强度和断裂伸长率以及优异的可挠性而藉以满足非开挖定向钻进敷设要求的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材。

本发明的另一任务在于提供一种改性的增强增韧聚乙烯实壁管材的制备方法，该方法对高密度聚乙烯具有理想的增强增韧效果和拔萃的改性效果、能抑制原料含水率而藉以保障管材品质并且可确保改性的增强增韧聚乙烯实壁管材的所述技术效果的全面体现。

为体现完成本发明的首要任务，本发明提供的技术方案是：一种改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，其是由以下重量份数的原料构成：

废旧回收的高密度聚乙烯    100份；

线性低密度聚乙烯          18-30份；

聚乙烯原色料              8-15份；

催化剂                    3-6份。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的废旧回收的高密度聚乙烯为泰国进口的废旧高密度聚乙烯。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的废旧高密度聚乙烯的熔融指数为0.55-0.85g/10min·5kg·190℃；灰份为≤2.5%；密度为0.955-0.965g/㎝ ³ ，水份为≤0.1%；和抗拉强度为24-27MPa/㎝ ² 。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的线性低密度聚乙烯为不含有开口剂和润滑剂的线性低密度聚乙烯。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的不含有开口剂和润滑剂的线性低密度聚乙烯为中国大庆石油化工总厂塑料厂生产销售的牌号为7042N的线性低密度聚乙烯。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的催化剂为茂金属催化剂。

为体现完成本发明的另一任务，本发明提供的技术方案是，一种改性的增强增韧聚乙烯实壁管材的制备方法，包括以下步骤：

A）备料，按重量份数取废旧回收的高密度聚乙烯100份、线性低密度聚乙烯18-30份、聚乙烯原色料8-15份和催化剂3-6份，得到原料；

B）混料，将原料引入混合机中混合，并且控制混合机的转速和控制混合时间，得到混合料；

C）干燥，将混合料引入干燥机中干燥，并且控制干燥温度和控制混合料的含水率，得到待挤出料；

D）熔融挤出，将待挤出料引入螺杆挤出机中挤出，并且控制挤出温度，冷却后得到改性的增强增韧聚乙烯实壁管材。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤B）中所述的控制混合机的转速是将转速控制为20-25n/min，所述的控制混合时间是将时间控制为2-3min。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤C）中所述的控制干燥温度是将温度控制为50-60℃，所述的控制混合料的含水率是将含水率控制为≤0.1%。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，步骤D）中所述的控制挤出温度是将螺杆挤出机的温度控制为：一区170-175℃，二区175-180℃，三区180-185℃，四区160-170℃。

本发明提供的技术方案具有以下技术效果：其一，由于配方中的大比量的原料使用了废旧回收的高密度聚乙烯，因而具有经济性，从而可拓展排水排污管的应用；其二，使用回收的高密度聚乙烯可以极致地节约不可再生的资源；其三，由于配方中使用了与回收的高密度聚乙烯相容性理想的线性低密度聚乙烯，因而可对高密度聚乙烯改性，使得到的管材的拉伸强度达到24.5-27MPa，断裂伸长率达550-750%，并且表现出良好的可挠性；其四，配方中的催化剂取量合理，有助于是改善管材的成型性；其五，提供的制备方法保障了由线性低密度聚乙烯对废旧回收的高密度聚乙烯的改性，使增强和增韧效果俱现；其六，由于在付诸挤出之前对混合料实施了干燥，使混合料的含水率得以控制，从而确保管材的质量。

具体实施方式

实施例1：

A）备料，按重量份数称取废旧回收的高密度聚乙烯（颗粒料）100份，线性低密度聚乙烯（颗粒料）20份，聚乙烯原色料15分和茂金属催化剂（颗粒料）6份，得到原料，本步骤中所述的废旧回收的高密度聚乙烯是由自泰国进口的废旧高密度聚乙烯，该废旧高密度聚乙烯的指标如下：熔融指数为0.65-0.75g/10min·5kg·190℃，灰份为1%（灰份也可称杂质），密度为0.965g/㎝ ³ ，水份即含水率为≤0.1%，抗拉强度为27MPa/㎝ ² ，本步骤所述的线性低密度聚乙烯择用由中国大庆石油化工总厂塑料厂生产销售的牌号为7042N的不含有开口剂和润滑剂的线性低密度聚乙烯，本步骤中所述的聚乙烯原色料优选而非限于地选用由中国石化上海分公司销售的牌号为PE100YGH041聚乙烯，本步骤中所述的茂金属催化剂优选使用由中国石油化工研究院研制并销售的茂金属催化剂；

B）混料，将由步骤A）得到的原料引入混合机中混合，混合机转速为25n/min，混合时间为2min，得到混合料；

C）干燥，将由步骤B）得到的混合料引入封闭式干燥机中干燥，干燥机的温度控制为60℃，使混合料的含水率达到0.05%，得到待挤出料；

D）熔融挤出，将由步骤C）得到的待挤出料引入螺杆挤出机熔融挤出，螺杆挤出机的温度控制如下：一区175℃，二区178℃，三区185℃，四区165℃，冷却（水喷淋冷却）后得到改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，该管材具有表一所示的理想的物理性能而适合于用作非开挖定向钻进敷设的排水排污管。

实施例2：

仅将步骤A）中的废旧回收的高密度聚乙烯即废旧高密度聚乙烯的指标值改为：熔融指数为0.55-0.65g/10min·5kg·190℃，灰份为2%，密度为0.955g/㎝ ³ ，水份为0.05%，抗拉强度为24MPa/㎝ ² ，将线性低密度聚乙烯的重量份数改为18份，将聚乙烯原色料的重量份数改为11份，并且选用由中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司生产销售的牌号为JHMGC100S的聚乙烯原色料，将茂金属催化剂的重量份数改为3份；仅将步骤B）中的混合机转速改为20n/min，混合时间改为2min；仅将步骤C）中的干燥温度改为50℃，混合料的含水率改为0.08%；仅将步骤D）中的一区至四区的温度分别改为：一区170℃，二区180℃，三区182℃，四区170℃。其余均同对实施例1的描述。

实施例3：

仅将步骤A）中的废旧回收的高密度聚乙烯即废旧高密度聚乙烯的指标值改为：熔融指数为0.75-0.85g/10min·5kg·190℃，灰份为1.5%，密度为0.960g/㎝ ³ ，水份为0.08%，抗拉强度为25.5MPa/㎝ ² ，将线性低密度聚乙烯的重量份数改为30份，将聚乙烯原色料的重量份数改为8份，将茂金属催化剂的重量份数改为4.5份；仅将步骤B）中的混合机转速改为22n/min，混合时间改为3min；仅将步骤C）中的干燥温度改为55℃，混合料的含水率改为0.06%；仅将步骤D）中的一区至四区的温度分别改为：一区172℃，二区175℃，三区180℃，四区160℃。其余均同对实施例1的描述。

由上述实施例1-3得到的本发明的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材经测试具有表一所示的理想的物理性能。

表一

Claims (10)

1.一种改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，其特征在于其是由以下重量份数的原料构成：

废旧回收的高密度聚乙烯    100份；

线性低密度聚乙烯          18-30份；

聚乙烯原色料              8-15份；

催化剂                    3-6份。

2.根据权利要求1所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，其特征在于所述的废旧回收的高密度聚乙烯为泰国进口的废旧高密度聚乙烯。

3.根据权利要求2所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，其特征在于所述的废旧高密度聚乙烯的熔融指数为0.55-0.85g/10min·5kg·190℃；灰份为≤2.5%；密度为0.955-0.965g/㎝ ³ ，水份为≤0.1%；和抗拉强度为24-27MPa/㎝ ² 。

4.根据权利要求1所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，其特征在于所述的线性低密度聚乙烯为不含有开口剂和润滑剂的线性低密度聚乙烯。

5.根据权利要求4所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，其特征在于所述的不含有开口剂和润滑剂的线性低密度聚乙烯为中国大庆石油化工总厂塑料厂生产销售的牌号为7042N的线性低密度聚乙烯。

6.根据权利要求1所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材，其特征在于所述的催化剂为茂金属催化剂。

7.一种如权利要求1所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A）备料，按重量份数取废旧回收的高密度聚乙烯100份、线性低密度聚乙烯18-30份、聚乙烯原色料8-15份和催化剂3-6份，得到原料；

B）混料，将原料引入混合机中混合，并且控制混合机的转速和控制混合时间，得到混合料；

C）干燥，将混合料引入干燥机中干燥，并且控制干燥温度和控制混合料的含水率，得到待挤出料；

D）熔融挤出，将待挤出料引入螺杆挤出机中挤出，并且控制挤出温度，冷却后得到改性的增强增韧聚乙烯实壁管材。

8.根据权利要求7所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的控制混合机的转速是将转速控制为20-25n/min，所述的控制混合时间是将时间控制为2-3min。

9.根据权利要求7所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材的制备方法，其特征在于步骤C）中所述的控制干燥温度是将温度控制为50-60℃，所述的控制混合料的含水率是将含水率控制为≤0.1%。

10.根据权利要求7所述的改性的增强增韧聚乙烯实壁管材的制备方法，其特征在于步骤D）中所述的控制挤出温度是将螺杆挤出机的温度控制为：一区170-175℃，二区175-180℃，三区180-185℃，四区160-170℃。