一种双层聚乙烯管
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体的说,涉及一种双层聚乙烯管。
背景技术
聚乙烯是结构最简单的高分子有机化合物,当今世界应用最广泛的高分子材料之一。聚乙烯由乙烯聚合而成,可制成各种应用材料,管材是其中非常重要的一种,以其他材质的管材相比,PE管具有以下特点:1)良好的卫生性能:PE管加工时不添加重金属盐稳定剂,材质无毒性,无结垢层,不滋生细菌,很好地解决了城市饮用水的二次污染;2)卓越的耐腐蚀性能:除少数强氧化剂外,可耐多种化学介质的侵蚀;无电化学腐蚀;3)长久的使用寿命:在额定温度、压力状况下,PE管道可安全使用50年以上;4)较好的耐冲击性:PE管韧性好,耐冲击强度高,重物直接压过管道,不会导致管道破裂;5)可靠的连接性能:PE管热熔或电熔接口的强度高于管材本体,接缝不会由于土壤移动或活载荷的作用断开;6)良好的施工性能:管道质轻,焊接工艺简单,施工方便,工程综合造价低。
聚乙烯根据密度的不同可分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。高密度聚乙烯具有刚性、硬度和机械强度大,低温抗冲击性好,抗应力开裂性好,耐磨性好,耐老化的特性,与其他材质的管材相比,还具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力,耐环境应力开裂性能也非常突出,特别适合在大压力,严苛输送环境下使用,如矿浆输运,给水排水等。
给水用PE管材是传统的钢铁管材、聚氯乙烯饮用水管的换代产品。给水管必须承受一定的压力,通常要选用分子量大、机械性能较好的PE树脂,如HDPE树脂(高密度聚乙烯树脂)。但LDPE(低密度聚乙烯树脂)树脂的卫生指标较高,虽然拉伸强度低,耐压差,刚性差,成型加工时尺寸稳定性差,并且连接困难,LDPE特别是LLDPE树脂(低密度线性聚乙烯树脂)已成为生产饮用水管的常用材料。
考虑到HDPE树脂,LDPE树脂以及LLDPE树脂的特点,本发明提供一种以LDPE,特别是LLDPE树脂为内层,以HDPE树脂为外层的双层聚乙烯管,该管特别适用于自来水输送。
发明内容
本发明的目的是提供一种以LDPE树脂为内层,以HDPE树脂为外层的双层聚乙烯管,特别的,所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑,内壁与LDPE树脂内层相吻合。
其中,LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为0.1-10:1,在此,所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
LDPE树脂的熔融粘度小,流动性好,易加工,因而对其熔体指数的选择范围也较宽,通常MI在0.3-30g/10min之间;优选MI在0.3-2g/10min,密度为0.913g/cm3-0.923g/cm3的LLDPE树脂。
HDPE树脂是制备给水聚乙烯管的常用材料,可选择密度大于0.959g/cm3,熔融指数为0.1-52g/10min之间的HDPE树脂;为加工方便,优选熔融指数与内层LDPE树脂相近,如熔融指数为0.1-10g/10min的HDPE树脂。
此外,为制备性能稳定的给水管,所述聚乙烯双层管还包括按原料重量份组成为100重量份的聚乙烯树脂计,3-6重量份的活性纳米碳酸钙、0.1-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0-1.5重量份的颜料或黑母料。
优选的,所述内层的物料配比为,以LDPE树脂为100重量份计,3-4重量份的活性纳米碳酸钙、0.5-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0-0.1重量份的颜料或黑母料。
所述外层的物料配比为,以HDPE树脂为100重量份计,5-6重量份的活性纳米碳酸钙、0.1-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1-1.5重量份的颜料或黑母料。
将内层LDPE树脂设置成内壁光滑、外壁为螺旋波纹的结构,主要是一方面能够保证流体在管内阻力小,同时帮助内层和外层更紧密地结合;另一方面管内流体的冲击力可被螺旋波纹充分吸收和缓解,然后再导入外层的HDPE树脂中,防止外层树脂经受管内流体强力的冲击和压力,从而增加整个管道的寿命。
具体的来说,本发明所述的聚乙烯双层管的制备方法是,将聚烯烃HDPE外层与聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后,再由出口模挤压出有聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的两层共挤、紧密结合的复合管材,由于内层和外层都为聚乙烯,性能和结构基本一致,相互之间亲和力好,决定了聚烯烃PE管材和聚烯烃PERT管材在成型过程中二者可以很好粘结粘附在一起,因此加工过程中内层和外层不会发生分离,挤出过程的各参数相差不大。聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段,每段温度为:第1段为173±5℃,第2段为178±5℃,第3段为183±5℃,第4段为185±5℃,挤出机模头区的模头长度均分为7段,每段温度为:第1段为193±10℃,第2段为187±5℃,第3段为185±5℃,第4段为195±5℃,第5段为200±10℃,第6段为205±10℃,第7段为210±10℃,挤出机转速为45-125rad/min,牵引速度为320-800cm/min。
结合后的复合管材在0.012-0.04MPa的真空及水温20-25℃下定型后,再置于18-23℃的水箱中进行二次冷却,产品打印,牵引,定尺切割,即成本发明管材。
本发明制备的聚乙烯双层管无毒副作用,耐温、抗菌、适应环境性强、性价比好、加工简单、使用方便安全可靠、强度高、韧性好、抗冲击性强、不易老化、断裂、渗透、综合成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述。如无特别指明,本发明所用的原料均为市购。
实施例1
选用MI在10-12g/10min;密度0.915g/cm3的LDPE树脂;选用密度为0.963g/cm3,熔融指数为12g/10min的HDPE树脂。
另外,所述内层的物料配比为,以LDPE树脂为100重量份计,3重量份的活性纳米碳酸钙、1份的聚四氟乙烯、4重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯。
所述外层的物料配比为,以HDPE树脂为100重量份计,6重量份的活性纳米碳酸钙、1份的聚四氟乙烯、4重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1重量份的黑母料。
将聚烯烃HDPE外层、聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后,再由出口模挤出由聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的两层共挤、相邻层紧密的结合的复合管材,所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑,内壁与LDPE树脂内层相吻合;其中,LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为0.1:1,在此,所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
其中,聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段,每段温度为:第1段为168℃,第2段为173℃,第3段为178℃,第4段为180℃,挤出机模头区的模头长度均分为7段,每段温度为:第1段为188℃,第2段为182℃,第3段为180℃,第4段为190℃,第5段为195℃,第6段为200℃,第7段为205℃,挤出机转速为45rad/min,牵引速度为400cm/min;聚烯烃HDPE外层与聚烯烃LDPE内层的厚度比为4∶1,聚烯烃HDPE外层的密度为0.936g/cm3,聚烯烃LDPE内层的密度为0.930g/cm3,结合后的复合管材在0.02Mpa的真空及水温20℃下定型后,再置于18℃的水中进行二次冷却,产品打印,牵引,定尺切割,即成本发明管材
实施例2
选用MI在2g/10min;密度0.921g/cm3的LDPE树脂;选用密度为0.967g/cm3,熔融指数为32g/10min的HDPE树脂。
另外,所述内层的物料配比为,以LDPE树脂为100重量份计,6重量份的活性纳米碳酸钙、0.5份的聚四氟乙烯、5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0.1重量份的颜料。
所述外层的物料配比为,以HDPE树脂为100重量份计,5重量份的活性纳米碳酸钙、0.8份的聚四氟乙烯、5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1.5重量份的黑母料。
将聚烯烃HDPE外层、聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后,再由出口模挤出由聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的2层共挤、相邻层紧密的结合的复合管材,所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑,内壁与LDPE树脂内层相吻合。其中,LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为1:1,在此,所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
其中,聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段,每段温度为:第1段为173℃,第2段为178℃,第3段为183℃,第4段为185℃,挤出机模头区的模头长度均分为7段,每段温度为:第1段为193℃,第2段为187℃,第3段为185℃,第4段为195℃,第5段为200℃,第6段为205℃,第7段为210℃,挤出机转速为60rad/min,牵引速度为500cm/min;聚烯烃HDPE外层及聚烯烃LDPE内层的厚度比为4∶1,聚烯烃HDPE外层的密度为0.942g/cm3,聚烯烃LDPE内层的密度为0.936g/cm3,结合后的复合管材在0.02Mpa的真空及水温22℃下定型后,再置于19℃的水中进行二次冷却,产品打印,牵引,定尺切割,即成本发明管材
实施例3
选用MI在1g/10min;密度0.913g/cm3的LDPE树脂;选用密度为0.966g/cm3,熔融指数为6g/10min的HDPE树脂。
另外,所述内层的物料配比为,以LDPE树脂为100重量份计,3.5重量份的活性纳米碳酸钙、1份的聚四氟乙烯、5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0.5重量份的白色颜料。
所述外层的物料配比为,以HDPE树脂为100重量份计,6重量份的活性纳米碳酸钙、0.5份的聚四氟乙烯、4.5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1.5重量份的蓝色颜料。
将聚烯烃HDPE外层、聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后,再由出口模挤出由聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的2层共挤、相邻层紧密的结合的复合管材,所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑,内壁与LDPE树脂内层相吻合。其中,LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为10:1,在此,所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
其中,聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段,每段温度为:第1段为178℃,第2段为183℃,第3段为188℃,第4段为190℃,挤出机模头区的模头长度均分为7段,每段温度为:第1段为198℃,第2段为192℃,第3段为190℃,第4段为200℃,第5段为205℃,第6段为210℃,第7段为215℃,挤出机转速为100rad/min,牵引速度为700cm/min;聚烯烃HDPE外层及聚烯烃LDPE内层的厚度比为4∶1,聚烯烃HDPE外层的密度为0.946g/cm3,聚烯烃LDPE内层的密度为0.942g/cm3,结合后的复合管材在0.02Mpa的真空及水温23℃下定型后,再置于20℃的水中进行二次冷却,产品打印,牵引,定尺切割即成本发明管材,
将实施例1-3制备的双层聚乙烯管进行检测,检测依据为GB/T13663-2000《给水用聚乙烯(PE)管材》,结果见表1:
表1各实施例聚乙烯双层管检测结果
显然,本发明的双层聚乙烯管强度高、韧性好、抗冲击性强、不易老化、断裂、渗透,另外,由于主要由聚乙烯构成,该聚乙烯双层管无毒副作用,耐温、抗菌、适应环境性强、性价比好,使用方便安全可靠。