CN106810749A - 高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺 - Google Patents

高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，包括以下步骤：1)将高密度聚乙烯置于高速混合器，加入物料重量0.1～0.4％的稀土溶液，高速混合5～10min,然后静置1～3h，将混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是稀土化合物的水溶液，稀土化合物的质量分数为0.1～0.5％；2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。该工艺对高密度聚乙烯进行改性，韧性和刚性可同时得到提高。

Description

高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺
技术领域
本发明涉及管材制备技术领域，具体涉及高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺。
背景技术
传统的高密度聚乙烯(HDPE)塑钢缠绕管主要由聚乙烯材料制成的光滑内壁及与内壁螺旋缠绕为一体的钢带材料制成，管材的环刚度比较高。由于该种管材大都是埋设于地下，由于土壤的下沉易导致管道发生一定的位移，或是管道受到土壤、重物的长期挤压等因素会导致管材的破裂。尤其是口径比较大的HDPE塑钢缠绕管更容易破裂，且管道破裂之后的维修十分费时费力。高密度聚乙烯是一种大品种通用塑料，世界产量仅次于聚氯乙烯和低密度聚乙烯，居第三位。HDPE无毒、价廉、质轻，有较高的刚性，优良的成型加工性，优异的耐湿性及化学稳定性，广泛应用于许多领域。然而因其均聚物冲击强度低，难以满足一些工程领域对性能的需求，为了提高HDPE的应用价值，扩大其应用领域，需对其进行增韧改性。目前常用的增韧剂种类可分为三类：一是弹性体和/或韧性好模量低的树脂增韧；二是刚性粒子增韧；三是弹性体与刚性粒子并用增韧。但是弹体增韧剂对HDPE韧性大幅提高的同时刚性明显降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，该工艺对高密度聚乙烯进行改性，韧性和刚性可同时得到提高。
本发明提供的技术方案是高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，包括以下步骤：
1)将高密度聚乙烯置于高速混合器，加入物料重量0.1～0.4％的稀土溶液，高速混合5～10min,然后静置1～3h，将混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是稀土化合物的水溶液，稀土化合物的质量分数为0.1～0.5％；
2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
高密度聚乙烯是半结晶体结构，包括晶区和无定形区，晶区是由纳米厚度的折叠链片晶组成，片晶以放射状形成球晶，聚合物链从一个片晶穿过小的无定形区到另一个片晶，将片晶联结。也就是说高密度聚乙烯晶体是一个近似球体的的不规则多面球晶。
稀土元素原子半径和离子半径远远大于常见金属离子，并具有异常活泼的化学性质，能与氢、氧、氮以及许多非金属、金属及其化合物作用生成高稳定性化合物和金属间化合物。稀土元素对碳元素具有很强的亲和力，用稀土溶液浸润高密度聚乙烯树脂，使得大部分片晶开始发生偏转，破碎成小晶粒，这些小晶粒由聚合物链联结成层状取向的富晶区，然而原有的片晶折叠链并不发生改变，从而使得多面球晶形状转变为扁平状，从而大大提高了HDPE的韧性、强度和刚性。
步骤1)中，将高密度聚乙烯置于高速混合器中，加入物料重量5～10％的丁腈橡胶，高速混合5～10min，得到第一次混合物料；再加入混合物料总重0.1～0.4％的稀土溶液，高速混合5～10min，然后静置1～3h，得到第二次混合物料；将第二次混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒。
丁腈橡胶(NBR)为极性弹性体，NBR存在两相结构，一相为富含丁二烯相，另一相为富含丙烯腈(AN)相。由于NBR的两相结构以及NBR的内部排斥舒张作用，使得NBR中的丁二烯链段能够向HDPE中扩散，并与HDPE分子链形成有限缠结。因NBR中有丁二烯双键存在，在共混过程中由于受到热、力以及氧的作用，也可能产生轻微交联。NBR的添加可进一步提高HDPE的韧性。在现有技术中NBR改性HDPE，其加入量一般占共混物的15％～25％，只有达到上述加入量，NBR粒子分布密度增加，粒子间距变小，而粒间距是控制冲击强度的参数，只有基体层厚度小于临界值(0.6μm)时，才会发生脆韧转变，韧性才会提高。而在本申请中，由于稀土的浸润使得HDPE近似球体的部队则多面体球晶转变为扁平状，提高了HDPE密度，因此，只需加入5-10％的NBR即可达到提高抗冲击强度的效果，大大节约了成本。
所述稀土化合物为稀土元素的氯化物。稀土元素为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钇(Y)或钪(Sc)。
作为优选，所述稀土化合物为氯化镧。
丁腈橡胶中丙烯腈的含量为18％。NBR中AN含量为18％时，极性基团(-CN)含量适中，能与非极性HDPE保持较好的相容性，共混物性能好。
与现有技术相比，本申请的改性高密度聚乙烯不仅可以大大提高韧性，还不需要损失刚性。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明作进一步阐述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
1)将HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器，加入物料重量0.1％的稀土溶液，高速混合5min,然后静置1h，将混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是氯化镧水溶液，氯化镧的质量分数为0.1％；
2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
对改性高密度聚乙烯颗粒进行冲击强度和拉伸强度测试，冲击强度(悬臂梁法，有缺口)实验按照GB1843-80在UJ-40型冲击试验机上进行；拉伸强度实验按照GB1040-79在LJ-10000N型机械拉力机上进行。经检测，改性高密度聚乙烯颗粒的抗冲击强度为1000kJ/m，拉伸强度为30MPa。
对照例1
1)将HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到高密度聚乙烯颗粒；
2)将高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
对高密度聚乙烯颗粒进行冲击强度和拉伸强度测试，冲击强度(悬臂梁法，有缺口)实验按照GB1843-80在UJ-40型冲击试验机上进行；拉伸强度实验按照GB1040-79在LJ-10000N型机械拉力机上进行。经检测，改性高密度聚乙烯颗粒的抗冲击强度为160kJ/m，拉伸强度为25MPa。
实施例2
1)将HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器，加入物料重量0.4％的稀土溶液，高速混合10min,然后静置3h，将混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是氯化铈的水溶液，氯化铈的质量分数为0.5％；
2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
对改性高密度聚乙烯颗粒进行冲击强度和拉伸强度测试，冲击强度(悬臂梁法，有缺口)实验按照GB1843-80在UJ-40型冲击试验机上进行；拉伸强度实验按照GB1040-79在LJ-10000N型机械拉力机上进行。经检测，改性高密度聚乙烯颗粒的抗冲击强度为1000kJ/m，拉伸强度为30MPa。
经检测，改性高密度聚乙烯颗粒的抗冲击强度为1120kJ/m，拉伸强度为32MPa。
实施例3
1)将HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器中，加入物料重量5％的丁腈橡胶(AN含量为18％)，高速混合5min，得到第一次混合物料；再加入混合物料总重0.1％的稀土溶液，高速混合5min，然后静置h，得到第二次混合物料；将第二次混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是氯化钐的水溶液，氯化钐的质量分数为0.1％；
2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
经检测，改性高密度聚乙烯颗粒的抗冲击强度为1280kJ/m，拉伸强度为28.8MPa。
实施例4
1)将HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器中，加入物料重量10％的丁腈橡胶(AN含量为18％)，高速混合10min，得到第一次混合物料；再加入混合物料总重0.4％的稀土溶液，高速混合10min，然后静置3h，得到第二次混合物料；将第二次混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是氯化钇的水溶液，氯化钇的质量分数为0.5％；
2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
经检测，改性高密度聚乙烯颗粒的抗冲击强度为1250kJ/m，拉伸强度为29.2MPa。
实施例5
1)将HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器中，加入物料重量8％的丁腈橡胶(AN含量为18％)，高速混合8min，得到第一次混合物料；再加入混合物料总重0.2％的稀土溶液，高速混合8min，然后静置2h，得到第二次混合物料；将第二次混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是氯化钇的水溶液，氯化钇的质量分数为0.2％；
2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
经检测，改性高密度聚乙烯颗粒的抗冲击强度为1250kJ/m，拉伸强度为29.3MPa。

Claims (5)

1.高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)将高密度聚乙烯置于高速混合器，加入物料重量0.1～0.4％的稀土溶液，高速混合5～10min,然后静置1～3h，将混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒；所述稀土溶液是稀土化合物的水溶液，稀土化合物的质量分数为0.1～0.5％；
2)将改性高密度聚乙烯颗粒和钢带通过管材机和管材挤出辅助机挤出、冷却、定型，即得成品管材。
2.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，其特征在于：步骤1)中，将高密度聚乙烯置于高速混合器中，加入物料重量5～10％的丁腈橡胶，高速混合5～10min，得到第一次混合物料；再加入混合物料总重0.1～0.4％的稀土溶液，高速混合5～10min，然后静置1～3h，得到第二次混合物料；将第二次混合物料送入双螺杆挤出机中挤出，冷却，造粒，得到改性高密度聚乙烯颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，其特征在于：所述稀土化合物为稀土的氯化物。
4.根据权利要求3所述的高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，其特征在于：所述稀土化合物为氯化镧。
5.根据权利要求2所述的高密度聚乙烯塑钢缠绕管的生产工艺，其特征在于：丁腈橡胶中丙烯腈的含量为18％。
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