CN102786729A

CN102786729A - Pe160级管材用复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102786729A
Application number: CN2012102713682A
Authority: CN
Inventors: 杨电云
Original assignee: SICHUAN HONGJIN INDUSTRY TRADE Co Ltd
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: CN102786729B

Abstract

本发明公开了PE160级管材用复合材料，它包含以下组分，且各组分的重量比为：HDPE树脂100，无机刚性粒子0.5～50，超微细纤维1～40，功能性原料0.05～10；还公布了该材料的制备方法，它包括以下步骤：A、选上述配方中的除超微细纤维外的原材料放入高混机中；B、将步骤A中混合均匀的物料加挤塑机料筒中，设定温度，调节螺杆转速和进料速度，在塑化2段喂入超微细纤维；C、正常牵丝冷却、切粒、烘干包装。本发明的有益效果是：实现了同时对聚乙烯增强－增刚、降低线性膨胀系数、改善提高力学性能和热性能的目的，提高工作压力，更安全可靠，具有优异的环刚度、强度与韧性，且重量轻、耐冲击性强、不易破损。

Description

PE160级管材用复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是一种PE160级管材用复合材料及其制备方法。

背景技术

高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称为“HDPE”），是一种结晶度较高、非极性的热塑性树脂，柔软而且有韧性，但比LDPE略硬，也略能伸长，无毒，无味。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性，且不吸湿并具有好的防水蒸汽性。HDPE还具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高。但高密度聚乙烯的机械性能差，易变形，易老化，易发脆，易应力开裂，制约着HDPE的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种热线膨胀系数小、增加了抗压能力、强度和刚度、物理力学性能优异的PE160级管材用复合材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：PE160级管材用复合材料，它包含以下组分，且各组分的重量比为：

HDPE树脂100，

无机刚性粒子0.5～50，

超微细纤维1～40，

功能性原料0.05～10。

所述的无机刚性粒子为平均粒度为0.5～10μm的碳酸钙、滑石粉、硅灰石、高岭土或平均粒度为1～1000nm的硅酸盐、硅灰石、滑石粉、二氧化硅及碳酸钙中的一种或多种。

所述的超微细纤维为直径为0.1～20μm的尼龙、维纶、玻璃纤维、碳纤维和芳纶中的一种或多种。

所述的功能性原料为抗氧剂、润滑剂、偶联剂、增溶剂、增韧剂和诱发剂中的一种或多种。

PE160级管材用复合材料的制备方法，它包括以下步骤：

A、选上述配方中的除超微细纤维外的原材料按照比例配制称量放入高混机中搅拌3～15分钟；

B、将步骤A中混合均匀的物料加入单螺杆或双螺杆挤塑机料筒中，设定挤塑机各工段的温度分别为：进料段50～150℃，塑化1段120～250℃，塑化2段150～280℃，塑化3段130～280℃，口模段150～250℃，按上述参数设定好后开机，螺杆转速调至100～500转，进料速度调至10～100转，在塑化2段喂入上述配方中按照比例称量的超微细纤维；

C、完成上述步骤后，正常牵丝冷却、切粒、烘干包装。

本发明具有以下优点：

本发明采用无机刚性粒子和超微细纤维对HDPE树脂改性，使该复合材料的强度、刚度、韧性及热膨胀性能兼顾平衡，物理力学性能优异，热线膨胀系数小，减少了管材变形，可不用伸缩节，提高了管材的使用压力，增加了强度和刚度，性能优异，相比其他材料管，用更薄的壁厚即可达到使用要求，从而节约了的材料。使用本发明材料制成管材，其级别达到PE160级标准（PE160级：管材在20℃最小环应力16MPa安全使用50年）。

本发明以高密度聚乙烯（HDPE）树脂为基材，用超徽细纤维对聚乙烯进行增强，采用偶联剂对超徽细纤维进行表面改性(界面处理)、改善复合系相容性和良好分散工艺；采用增容剂促进不相容体系(接技)界面形态结构和性质的基础上，通过双螺杆挤出相容体系反应及共混技术，实现了同时对聚乙烯增强－增刚、降低线性膨胀系数，改善提高力学性能和热性能的目的，获得了一类给水用PE160级增强聚乙烯(PEF)改性材料，采用本发明所述的材料制成的管材与普通PE管材相比，相同壁厚的管材压力提高一倍，节能减排，提高工作压力，更安全可靠，具有优异的环刚度和良好的强度与韧性，及重量轻、耐冲击性强、不易破损等特点。

采用本发明所述的材料制成管材的优点具体包括：

1、工程造价低：

与钢管相比要节省成本30～50%；与水泥管相比综合造价基本持平；与玻璃钢灰砂管相比，只需1/5的工程代价；与同类型的HDPE钢带缠绕管来比也可省掉25%～50%。工程维修费用也极低，是其它管材的1/5费用。

2、管材环刚度好：

采用本发明所述的材料制成管材与普通HDPE管材相比，相同壁厚环刚度提高一倍，而且膨胀系数低长期使用不变形，抗压能力强管材压力等级可从0.4MPa至2.5MPa；可根据客户不同的使用要求来选择使用不同的等级。

3、密度高、重量轻：

基料HDPE是高密度聚乙烯的英文缩写，分子量为7万～30万，密度为0.941～0.965，重量轻，是钢管的1/8，是水泥管的1/10，可大大降低运输费用和安装时的吊装费用。

4、耐化学腐蚀：

聚乙烯为惰性材料，可耐酸、碱、盐等各种化学介质的侵蚀，无电化学腐蚀，其本身就是极好的防腐材料。

5、抗震性特好：

采用本发明所述的材料制成的管材对地下运动所产生的地面沉降，有很好的抵抗能力，（特别是地震）在1995年日本神户大地震中，PE燃气管，给水管，排污管是唯一幸免的管道系统。从此后日本地下直埋的管道都采用PE管。国内云南保山区在2001年4月10日、12日发生了5.9级地震，有两路PE管安然无恙，其余的地下管道全部损坏，所以PE材料是目前抗震性能最好的管道。

6、具有优良的卫生性能：

PE材料的分子结构是（CH₂）一个碳二个氢，即使将它分解也安全无毒，PE材料属于食品卫生级的，用于低压供水系统，无二次污染。

7、内壁光滑，水阻小，不结垢：

采用本发明所述的材料制成的管材的内壁很光滑，内壁绝对粗糙度K值不超过0.01mm，而钢管球墨铸铁管K=0.06mm，金属管道经过10年的运行，K值将增至5～10倍（结垢造成的）。而PE材料的分子表面不带正、负电荷，水中带电荷的杂质就不会附着在管壁上，就不会结垢，所以流量也大。PE管和金属管同样大的管径，在同样压力的情况下PE管的流量要大1/4。

8、特好的耐低温性能：

采用本发明所述的材料制成的管材的工作温度可在-40℃～60℃，长期工作温度不超过45℃，工作温度的范围很宽，可以在-30℃的严寒也能施工。PE材料管才是唯一冻不裂的一种管材。

9、优良的抗冲击性能：

在目前市场所有的塑料管PVC-U、PP、ABS、PB、PE和采用本发明所述的材料制成的管材中，采用本发明所述的材料制成的管材的抗冲击强度最佳，通过试验，采用本发明所述的材料制成的管材的冲击强度是PVC-U的10倍，是PP的6倍，是PE的2倍。

10、很好的电绝缘性能：

PE分子链绝大部分由亚甲基（-CH2-）组成，不含极性基团，因而具有十分优异的介电性能。电流频率为50～100HZ范围内，HDPE的介电常数及介质损耗角正切都与电流频率无关，因此特别适合作为高频率电源、电器的绝缘材料。PE是一种很好的绝缘材料，电线电缆的外皮绝缘层，基本上都采用PE来做的。PE双壁波纹管可作为电缆的直埋护套管或浇铸在混凝土里面，作为电缆护套管的市场很走俏。各种性能指标比PVC电缆套管要强很多。

11、具有良好的密封性能，不渗漏：采用本发明所述的材料制成的管材的连接方式有二种：⑴承插口连接，⑵哈夫卡压接；这二种连接方法都可以做到基本不渗漏，因为都是比较传统的连接方式了。在国外使用下都很成功、很成熟了。国内也有好多工程使用了，根据使用下来的情况看都比较好。渗漏率可以控制在2%之内，有效地控制了地下水资源的污染。

12、使用寿命长：HDPE原料经过蠕变、氧化等外界影响后，寿命至少能保持50年。

13、绿色环保：HDPE是一种环保材料，不会对社会等产生污染，且易回收。

14、应用范围广：主要用于：城市的排水、排污工程、引流工程、农田灌溉、治沙工程、低压供水系统、市政排水、排污管道的改造、电线、电缆的埋地护套、矿用通风管等。还可以作为中央空调的通风管道和矿井的通风管道，使用场合面广、量大、用途广。采用本发明所述材料制成的管材的物理化学性能指标与普通PE管对照如下：

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

实施例1：

PE160级管材用复合材料，它包含以下组分，且各组分的重量比为：

HDPE树脂100，

无机刚性粒子50，

超微细纤维30，

功能性原料8。

所述的无机刚性粒子为平均粒度为0.5～10μm的碳酸钙、滑石粉、硅灰石和高岭土。

所述的超微细纤维为直径为0.1～20μm的尼龙、维纶、玻璃纤维、碳纤维和芳纶。

所述的功能性原料为抗氧剂、润滑剂、偶联剂、增溶剂和诱发剂。

且上述各组分的重量比为：

HDPE树脂100，

碳酸钙 10，

滑石粉 10，

硅灰石 15，

高岭土 15，

尼龙 5，

维纶 10，

玻璃纤维 4，

碳纤维 4，

芳纶 7，

抗氧剂 1，

润滑剂 1，

偶联剂 2，

增溶剂 2，

诱发剂 2。

PE160级管材用复合材料的制备方法，它包括以下步骤：

A、选上述配方中的除超微细纤维外的原材料按照比例配制称量放入高混机中搅拌12分钟；

B、将步骤A中混合均匀的物料加入单螺杆或双螺杆挤塑机料筒中，设定挤塑机各工段的温度分别为：进料段100℃，塑化1段200℃，塑化2段150℃，塑化3段280℃，口模段250℃，按上述参数设定好后开机，螺杆转速调至400转，进料速度调至80转，在塑化2段喂入上述配方中按照比例称量的超微细纤维；

C、完成上述步骤后，正常牵丝冷却、切粒、烘干包装。

制备的PE160级管材用复合材料制成的管材的主要力学性能如表1所示。

实施例2：

HDPE树脂 100，

无机刚性粒子30，

超微细纤维 40，

功能性原料 10。

所述的无机刚性粒子为平均粒度为0.5～10μm的平均粒度为1～1000nm的硅酸盐、硅灰石、滑石粉、二氧化硅及碳酸钙。

所述的超微细纤维为直径为1～10μm的尼龙和玻璃纤维。

所述的功能性原料为抗氧剂、润滑剂、偶联剂、增韧剂和增溶剂。

且上述各组分的重量比为：

HDPE树脂 100，

碳酸钙 5，

滑石粉 6，

硅灰石 7，

二氧化硅 6，

硅酸盐 6，

尼龙 20，

玻璃纤维 20，

抗氧剂 4，

润滑剂 6，

偶联剂 3，

增韧剂 5，

增溶剂 2。

它包括以下步骤：

B、将步骤A中混合均匀的物料加入单螺杆或双螺杆挤塑机料筒中，设定挤塑机各工段的温度分别为：进料段150℃，塑化1段250℃，塑化2段280℃，塑化3段250℃，口模段220℃，按上述参数设定好后开机，螺杆转速调至500转，进料速度调至100转，在塑化2段喂入上述配方中按照比例称量的超微细纤维；

C、完成上述步骤后，正常牵丝冷却、切粒、烘干包装。

实施例3：

HDPE树脂 100，

无机刚性粒子 0.5，

超微细纤维 1，

功能性原料 0.05。

所述的无机刚性粒子为平均粒度为0.5～10μm的碳酸钙。

所述的超微细纤维为直径为0.1～3μm的玻璃纤维。

所述的功能性原料为偶联剂。

且上述各组分的重量比为：

HDPE树脂 100，

碳酸钙 0.5，

玻璃纤维 1，

偶联剂 0.05，

它包括以下步骤：

A、选上述配方中的除超微细纤维外的原材料按照比例配制称量放入高混机中搅拌3分钟；

B、将步骤A中混合均匀的物料加入单螺杆或双螺杆挤塑机料筒中，设定挤塑机各工段的温度分别为：进料段50℃，塑化1段120℃，塑化2段160℃，塑化1段130℃，口模段150℃，按上述参数设定好后开机，螺杆转速调至100转，进料速度调至10转，在纤维口喂入上述配方中按照比例称量的超微细纤维；

C、完成上述步骤后，正常牵丝冷却、切粒、烘干包装。

表1：本发明实施例主要力学性能

Claims

1.PE160级管材用复合材料，其特征在于：它包含以下组分，且各组分的重量比为：

HDPE树脂 100，

无机刚性粒子 0.5～50，

超微细纤维 1～40，

功能性原料 0.05～10。

2.根据权利要求1所述的PE160级管材用复合材料，其特征在于：所述的无机刚性粒子为平均粒度为0.5～10μm的碳酸钙、滑石粉、硅灰石、高岭土或平均粒度为1～1000nm的硅酸盐、硅灰石、滑石粉、二氧化硅及碳酸钙中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的PE160级管材用复合材料，其特征在于：所述的超微细纤维为直径为0.1～20μm的尼龙、维纶、玻璃纤维、碳纤维和芳纶中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的PE160级管材用复合材料，其特征在于：所述的功能性原料为抗氧剂、润滑剂、偶联剂、增溶剂、增韧剂和诱发剂中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的PE160级管材用复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

B、将步骤A中混合均匀的物料加入单螺杆或双螺杆挤塑机料筒中，设定挤塑机各工段的温度分别为：进料段50～150℃，塑化1段120～250℃ ，塑化2段150～280℃ ，塑化3段130～280℃，口模段150～250℃，按上述参数设定好后开机，螺杆转速调至100～500转，进料速度调至10～100转，在塑化2段喂入上述配方中按照比例称量的超微细纤维；

C、完成上述步骤后，正常牵丝冷却、切粒、烘干包装。