CN104277312A - 一种改性聚乙烯管材及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性聚乙烯管材及其制作方法，属高分子复合材料。包括线性低密度聚乙烯（LLDPE）15%-30%、高密度聚乙烯（HDPE）60%-80%、改性母料1%-5%、炭黑母料1%-3%、辅助剂2%-7%。改性聚乙烯管材的制备方法为：将原料按质量份数配比混合，然后经搅拌机充分搅拌，再在高速螺杆挤出机中挤出后，冷却、定型、牵引、切割、卷盘、成品。改性聚乙烯管材因其耐腐蚀、质量轻、使用安装方便等优点，用于城市引用水管。其具有抗寒、耐老化、耐化学腐蚀性好、永不生锈、使用寿命一般50年。改性聚乙烯管材比同等高密度管材柔软易安装抗冲击性强、拉伸屈服应力大、落锤重击无破损。

Description

一种改性聚乙烯管材及其制作方法

技术领域

本发明涉及管材，具体地说是一种改性聚乙烯管材及其制作方法。

技术背景

世界经济发达国家从40年代末已经开始研究聚乙烯管道，并应用于给排水及燃气工程，从60年代相继在给水输配系统、排水输配系统和燃气输配系统中使用聚乙烯管道，且使用比例逐步扩大。如英国聚乙烯管道使用量以1968年应用于天然气输送为转折点，使用量急剧增加，1979年埋设的干、支管道中，聚乙烯管占80%，美国在1983年埋设的燃气管道中有88.6%为聚乙烯管，现在国际上欧、美、日等发达国家己经全部采用聚乙烯管道。在国外，塑料管道正不断代替金属或其他传统材料的管道，发展十分迅速。从1980-1990年的十年中除塑料管道以外，其他各种材料的管道增长率总和不足2%，而塑料管道的增长率是其他各种管道增长率总和的4倍，达到8%，进入九十年代塑料管道的需求量将仍是每年4.2%的速率增长，其产值大约以每年8%的速率递增。

发展至今，聚乙烯的最佳用途之一是可以用来生产输送除高浓度强酸、强碱外的任何介质的管材，广泛用于给水、燃气输送、排污、农业浇灌、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域。

其中，改性聚乙烯管材被越来越多工程采用，成为一种性能优良的新型工程塑料管材，它集中了多种塑料的优点，耐腐蚀、自润滑、抗冲击、耐低温、卫生无毒，不粘附、不吸水等综合性能，适宜于水质流体、固体颗粒、粉体、浆体等的输送。传统的金属管道难以满足的要求，改性聚乙烯管材都能替代，是一种较为理想的管材，广泛应用于煤炭、电力、化工、石油开采、冶金、矿山、海洋、造纸、市政等领域。但是普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中聚乙烯管材耐腐蚀性较低、同时存在抗老化性能差、质量较重、安装复杂等缺陷，提供一种质量轻、使用安装方便、抗寒、耐老化、耐化学腐蚀性好、永不生锈、使用寿命长的改性聚乙烯管材及其制作方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种改性聚乙烯管材，原料组分按重量百分比如下：线性低密度聚乙烯（LLDPE）15%-30%、高密度聚乙烯（HDPE）60%-80%、改性母料1%-5%、炭黑母料1%-3%、辅助剂2%-7%；

其中，LLDPE为线性低密度聚乙烯，软化点为100-120℃，熔化温度110-125℃;

HDPE为高密度聚乙烯，软化点为125-135℃，熔化温度220-260℃。

进一步地，所述线性低密度聚乙烯为C4(丁烯-1)共聚物、C6(己烯-1)共聚物或C8(辛烯-1)共聚物中的一种或多种。

进一步地，所述高密度聚乙烯包括100S和794F，二者以重量比4：3组合使用。

进一步地，所述改性母料包括烯烃树脂和非金属矿物粉体。

进一步地，所述非金属矿物粉体包括高岭土、硅灰土中的一种或两种混合。

进一步地，所述炭黑母料为炭黑N330。

进一步地，所述辅助剂包括抗氧剂和填充料组成。

进一步地，所述原料组分重量百分比为:线性低密度聚乙烯（LLDPE）20%、高密度聚乙烯（HDPE）70%、改性母料3%、炭黑母料2%、辅助剂5%。

一种改性聚乙烯管材的制作方法：

1）将各原料组分按质量份数配比混合，然后经搅拌机充分搅拌10-15分钟；再在高速螺杆挤出机中挤出;

2）将步骤1）中所得混合物进行冷却、定型、牵引、切割、卷盘、成品。

其中，步骤1）中所述的在高速螺杆挤出机中挤出，温度调制在180-200℃之间。

本发明中使用了线性低密度聚乙烯（LLDPE）树脂，与低密度聚乙烯度聚乙烯（LDPE）相比，具有较高的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。并可耐酸、碱、有机溶剂等。LLDPE有更小的剪切敏感性，因为它具有窄分子量分布和短支链。在剪切过程中，LLDPE保持了更大的粘度，因而比相同熔融指数的LDPE难于加工。在挤塑中，LLDPE更低的剪切敏感性使聚合物分子链的应力松弛更快，并且由此物理性质对吹胀比改变的敏感性减小。线性低密度聚乙烯，是乙烯与少量高级α-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物。

本发明中使用了高密度聚乙烯（HDPE）树脂，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态高密度聚乙烯的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。高密度聚乙烯具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。高密度聚乙烯具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40℃低温度下均如此。

本发明的优点为：

改性聚乙烯管材因其耐腐蚀、质量轻、使用安装方便等优点，用于城市引用水管。其具有抗寒、耐老化、耐化学腐蚀性好、永不生锈、使用寿命一般50年。改性聚乙烯管材比同等高密度管材柔软易安装抗冲击性强、拉伸屈服应力大、落锤重击无破损。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作详细描述，但是本发明不仅限于实施例。

实施例1

1）称取：线性低密度聚乙烯（LLDPE）15kg、高密度聚乙烯（HDPE）80kg、改性母料2kg、炭黑母料（N330）1kg、辅助剂2kg；

其中，高密度聚乙烯（HDPE）中包括100S45kg、794F35kg；

改性母料中包括烯烃树脂1.5kg和非金属矿物粉体0.5kg；

非金属矿物粉体中包括高岭土0.25kg、硅灰土0.25kg；

2）将步骤1）中所得的各原料组分混合，然后经搅拌机充分搅拌10分钟；再在高速螺杆挤出机中挤出;

挤出温度是:进料段为150℃，压缩段为200℃，塑化段为220℃，均化段为210℃，模具温度为190℃，冷却水温度15℃;冷却定型真空为0.4MPa；

3）将步骤2）中所得物进行冷却、定型、牵引、切割、卷盘、成品。

样管经检测，低温脆性温度<-70℃,200℃氧化诱导时间36min，热变形温度≥122℃，拉伸屈服应力为45MPa,断裂伸长率480%，简支梁缺口冲击强度为155KJ/㎡，氧指数85%，自熄时间1S，摩擦系数0.04，砂浆磨损率0.08%，纵向回缩率1.2%,静液压试验和静液压状态下热稳定性试验无渗漏、无破裂，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。

LLDPE/HDPE共混改性给水管的性能

静液压强度	环向应力	时间	状态
				20℃静液压强度	环向应力9.0MPa	100h	不破裂，不渗漏
80℃静液压强度	环向应力4.6MPa	165h	不破裂，不渗漏
				80℃静液压强度	环向应力4.0MPa	1000h	不破裂，不渗漏

耐候性（管材累计接受≥3.5GJ/m老化能量后）

断裂伸长率，%	≥350
		纵向收缩率（110℃），%	≤3
氧化诱导时间（200℃），min	≥20

实施例2

1）称取：线性低密度聚乙烯（LLDPE）20kg、高密度聚乙烯（HDPE）70kg、改性母料3kg、炭黑母料（N330）2kg、辅助剂5kg；

其中，高密度聚乙烯（HDPE）中包括100S40kg、794F30kg。

改性母料包括烯烃树脂2kg和非金属矿物粉体高岭土1kg。

2）将步骤1）中所得的各原料组分混合，然后经搅拌机充分搅拌13分钟；再在高速螺杆挤出机中挤出;挤出温度是:进料段为160℃，压缩段为210℃，塑化段为225℃，均化段为205℃，模具温度为200℃，冷却水温度20℃;冷却定型真空为0.4MPa；

3）将步骤2）中所得物进行冷却、定型、牵引、切割、卷盘、成品。

样管经检测，低温脆性温度<-70℃,200℃氧化诱导时间36min，热变形温度≥122℃，拉伸屈服应力为45MPa,断裂伸长率480%，简支梁缺口冲击强度为155KJ/㎡，氧指数85%，自熄时间1S，摩擦系数0.04，砂浆磨损率0.08%，纵向回缩率1.2%,静液压试验和静液压状态下热稳定性试验无渗漏、无破裂，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。

LLDPE/HDPE共混改性给水管的性能

静液压强度	环向应力	时间	状态
				20℃静液压强度	环向应力9.0MPa	100h	不破裂，不渗漏
80℃静液压强度	环向应力4.6MPa	165h	不破裂，不渗漏
				80℃静液压强度	环向应力4.0MPa	1000h	不破裂，不渗漏

耐候性（管材累计接受≥3.5GJ/m老化能量后）

断裂伸长率，%	≥350
		纵向收缩率（110℃），%	≤3
氧化诱导时间（200℃），min	≥20

实施例3

1）称取：线性低密度聚乙烯（LLDPE）30kg、高密度聚乙烯（HDPE）57kg、改性母料5kg、炭黑母料（N330）3kg、辅助剂5kg；

其中，高密度聚乙烯（HDPE）中包括100S32.5kg、794F24.5kg。

改性母料包括烯烃树脂3.5kg和非金属矿物粉体硅灰土1.5kg。

2）将步骤1）中所得的各原料组分混合，然后经搅拌机充分搅拌15分钟；再在高速螺杆挤出机中挤出;挤出温度是:进料段为180℃，压缩段为220℃，塑化段为230℃，均化段为210℃，模具温度为210℃，冷却水温度20℃;冷却定型真空为0.4MPa；

3）将步骤2）中所得物进行冷却、定型、牵引、切割、卷盘、成品。

样管经检测，低温脆性温度<-70℃,200℃氧化诱导时间36min，热变形温度≥122℃，拉伸屈服应力为45MPa,断裂伸长率480%，简支梁缺口冲击强度为155KJ/㎡，氧指数85%，自熄时间1S，摩擦系数0.04，砂浆磨损率0.08%，纵向回缩率1.2%,静液压试验和静液压状态下热稳定性试验无渗漏、无破裂，管材符合《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。

LLDPE/HDPE共混改性给水管的性能

静液压强度	环向应力	时间	状态
				20℃静液压强度	环向应力9.0MPa	100h	不破裂，不渗漏
80℃静液压强度	环向应力4.6MPa	165h	不破裂，不渗漏
				80℃静液压强度	环向应力4.0MPa	1000h	不破裂，不渗漏

耐候性（管材累计接受≥3.5GJ/m老化能量后）

断裂伸长率，%	≥350
		纵向收缩率（110℃），%	≤3
氧化诱导时间（200℃），min	≥20

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种改性聚乙烯管材，其特征在于原料组分按重量百分比如下：线性低密度聚乙烯（LLDPE）15%-30%、高密度聚乙烯（HDPE）60%-80%、改性母料1%-5%、炭黑母料1%-3%、辅助剂2%-7%；

其中，LLDPE为线性低密度聚乙烯，软化点为100-120℃，熔化温度110-125℃;

HDPE为高密度聚乙烯，软化点为125-135℃，熔化温度220-260℃。

2.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述线性低密度聚乙烯为C4(丁烯-1)共聚物、C6(己烯-1)共聚物或C8(辛烯-1)共聚物中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述高密度聚乙烯包括100S和794F，二者以重量比4：3组合使用。

4.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述改性母料包括烯烃树脂和非金属矿物粉体。

5.根据权利要求4所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述非金属矿物粉体包括高岭土、硅灰土中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述炭黑母料为炭黑N330。

7.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述辅助剂包括抗氧剂和填充料组成。

8.根据权利要求1所述的改性聚乙烯管材，其特征在于：所述原料组分重量百分比为:线性低密度聚乙烯（LLDPE）20%、高密度聚乙烯（HDPE）70%、改性母料3%、炭黑母料2%、辅助剂5%。

9.一种如权利要求1-8中任一所述改性聚乙烯管材的制作方法，其特征在于：

1）将各原料组分按质量份数配比混合，然后经搅拌机充分搅拌10-15分钟；再在高速螺杆挤出机中挤出;

2）将步骤1）中所得混合物进行冷却、定型、牵引、切割、卷盘、成品。

10.按照权利要求9所述的制作方法，其特征在于：步骤1）中所述的在高速螺杆挤出机中挤出，温度调制在180-200℃之间。