CN107383526B - 一种聚乙烯复合管材及其制造方法 - Google Patents

一种聚乙烯复合管材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种聚乙烯复合管材及其制造方法，涉及管材领域，解决了现有PE管存在的强度低、无阻燃性、对最高使用压力有限制、耐低温性能差的问题。本发明按重量份数计包括聚乙烯树脂100～120份；SBS改性沥青20～30份；轻质碳酸钙1～2份；1,2‑二甲基咪唑3～5份；纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料5～10份；纳米氧化锌4～12份；月桂酸钡3～6份；聚四氟乙烯5～15份；马来酸酐接枝聚乙烯7～13份；聚丙烯酸酯橡胶15～25份；八溴醚2～5份；色母粒2～4份；4,4'‑双(α,α‑二甲基苄基)二苯胺3～8份。本发明具有良好的密封性、柔韧性、抗震性、抗冲击性、抗刮擦性、耐低温、抗冻、便于运输、卫生安全。

Description

一种聚乙烯复合管材及其制造方法
技术领域
本发明涉及管材制备技术领域，具体涉及一种聚乙烯复合管材及其制造方法。
背景技术
目前，随着建筑行业的快速发展，为塑料管带来巨大市场需求，塑料管的需求达到了10-15万吨/年。塑料管材包括PE、PP-R、HDPE等等。聚乙烯管材在塑料管材中占有较大的比重，国际上将聚乙烯管材分为PE32、PE40、PE63、PE80、PE100五个等级，而用于燃气管和给水管的材料主要是PE80和PE100。由于PE材料本身的特点，PE管的强度低、无阻燃性、对最高使用压力有限制、耐低温性能差。因此在保持聚乙烯管材原有的优良性能的同时，如何能改善其拉伸强度，提高其阻燃性、耐磨性、抗冲击、抗开裂性、防结垢性、耐腐蚀性能、延长寿命，成为了目前亟待解决的首要问题。
发明内容
为了解决现有PE管存在的强度低、无阻燃性、对最高使用压力有限制、耐低温性能差的问题，本发明提供一种聚乙烯复合管材及其制造方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种聚乙烯复合管材，按重量份数计，包括以下组份：
作为优选的实施例，本发明的一种聚乙烯复合管材，按重量份数计，包括以下组分：
本发明还提供了上述的一种聚乙烯复合管材的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、将SBS改性沥青预热至180～185℃，同时将聚乙烯树脂预热至130～145℃，然后将二者混合均匀；
步骤二、向上述所得混合物中加入马来酸酐接枝聚乙烯，经搅拌均匀后加入到真空捏合机中捏合5～8分钟，捏合温度为186℃；
步骤三、向上述所得混合物中依次加入纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料、纳米氧化锌、月桂酸钡、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯橡胶、八溴醚、轻质碳酸钙、1,2-二甲基咪唑、色母粒，在真空状态下搅拌均匀；
步骤四、将上述所得混合物加入到挤出机中，调整挤出机的温度、转速和时间；
步骤五、将上述所得粒料加入到挤出机的机筒中挤出管坯，控制压力为1～10MPa，控制温度为186～200℃；
步骤六、根据需求选择定径套对上述所得管坯进行定径处理；
步骤七、对经过定径后的管坯进行冷却处理，冷却时间为1～2小时，冷却温度控制在18℃；
步骤八、对经过冷却处理后的管坯进行切割处理后获得所述聚乙烯复合管材。
作为优选的实施例，步骤一中，SBS改性沥青的预热温度为183℃。
作为优选的实施例，步骤一中，聚乙烯树脂的预热温度为138℃。
作为优选的实施例，步骤四中，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：179℃、260转/分、4分钟；
二区：184℃、265转/分、3.5分钟；
三区：189℃、270转/分、3分钟；
四区：194℃、275转/分、2.5分钟；
五区：199℃、280转/分、2分钟。
作为优选的实施例，步骤四中，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：178℃、265转/分、5分钟；
二区：183℃、268转/分、4分钟；
三区：188℃、271转/分、3分钟；
四区：193℃、274转/分、2分钟；
五区：198℃、277转/分、1分钟。
作为优选的实施例，步骤四中，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：184℃、260转/分、4分钟；
二区：184℃、260转/分、4分钟；
三区：184℃、260转/分、4分钟；
四区：184℃、260转/分、4分钟；
五区：184℃、260转/分、4分钟。
作为优选的实施例，步骤五中，压力为2MPa。
作为优选的实施例，步骤五中，温度为190℃。
本发明的有益效果是：
1、优越的密封性
本发明的聚乙烯复合管材，采用电熔连接、热熔对接、热熔承口、焊制及机械管件连接，接口处强度高于管材本身，不会由于土壤移动或载荷的作用而断裂。
2、良好的柔韧性
本发明的聚乙烯复合管材具有独特的柔韧性，其断裂伸长率超过500％，弯曲半径可以小到管直接的20-50倍，在铺设时容易移动、弯曲和穿插。同时由于熔接接头轴向负荷不发生渗漏和脱开，因此在铺设时在结合处和弯曲处不需要进行费用不小的“锚定”。
3、抗震、抗冲击
本发明的聚乙烯复合管材在重物直接压过管道时，不会导致管道劈裂，在使用过程中对于管道基础的适应能力强，在管基发生不均匀沉降和错位时也不容易损坏，同时因为对管基的要求低，可大大节约费用。
4、卫生、安全
本发明的聚乙烯复合管材的卫生性能通过国家及地方各卫生检测部门检测，完全符合国家《GB/T17219-1998》标准。材质无毒、不滋生细菌、不结垢。
5、优良的抗刮擦性
本发明的聚乙烯复合管材具有优良的耐刮伤痕的能力，其抗磨性能优于金属管道，在输送矿沙、泥浆、原油等流体介质时也是钢管使用寿命的4倍。
6、耐低温、抗冻
本发明的聚乙烯复合管材耐低温的性能远远超过其他PVC-U等供水管和燃气管，在很低的环境温度下也不发生脆化和脆性断裂。
7、便于运输
本发明的聚乙烯复合管材重量轻，密度仅为钢管的八分之一，在运输过程中可根据用户需要采用管中管方式运输。
具体实施方式
本发明一种聚乙烯复合管材，按重量份数计，主要由以下组份组成：聚乙烯树脂100～120份；SBS改性沥青20～30份；轻质碳酸钙1～2份；1,2-二甲基咪唑3～5份；纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料5～10份；纳米氧化锌4～12份；月桂酸钡3～6份；聚四氟乙烯5～15份；马来酸酐接枝聚乙烯7～13份；聚丙烯酸酯橡胶15～25份；八溴醚2～5份；色母粒2～4份；4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺3～8份。
本发明中的轻质碳酸钙和1,2-二甲基咪唑作为固化剂，可以使本发明具有惰性大且不易发生化学反应的特点，白度高，无毒，无味，提高管材强度。
本发明中的纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料，可以使本发明达到长效分解甲醛等异味的功能。
本发明中的纳米氧化锌，作为除菌剂，可以有效抑制细菌滋生，提高管材抗菌性。
本发明中的月桂酸钡作为稳定剂，能增加混合物的稳定性能，减慢反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用。
本发明中的聚四氟乙烯作为抗刮擦剂，可以有效防止管材在运输过程中被刮擦，增加管材的耐磨性能，保持管材外表的美观。
本发明中的马来酸酐接枝聚乙烯作为相容剂，可以有效增加聚乙烯树脂和SBS改性沥青之间的相容性，使两者充分相容，加快反应时间。
本发明中的聚丙烯酸酯橡胶作为增韧剂，用于增加管材的拉伸强度。
本发明中的八溴醚作为阻燃剂，增加了管材的阻燃性能，使管材的使用更加安全可靠。
本发明中的色母粒作为着色剂，可根据需要将管材制成不同的颜色，满足客户需求。
本发明中的4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺作为抗氧剂，用于防护管材因热、光、臭氧所引起的老化，延长管材使用寿命。
本发明还提供了上述一种聚乙烯复合管材的制造方法，主要包括以下步骤：
步骤一、将SBS改性沥青预热至180～185℃，同时将聚乙烯树脂预热至130～145℃，然后将二者混合均匀。
步骤二、向上述所得混合物中加入马来酸酐接枝聚乙烯，经搅拌均匀后加入到真空捏合机中捏合5～8分钟，捏合温度为186℃。
将SBS改性沥青和聚乙烯树脂分别加热后变成流体，再加入相容剂马来酸酐接枝聚乙烯，可以促进使SBS改性沥青和聚乙烯树脂结合在一起形成稳定的共混物。同时，将聚乙烯树脂与SBS改性沥青结合使用，综合了聚乙烯树脂的机械强度高、粘接力大、耐化学介质侵蚀和SBS改性沥青耐腐蚀的特点。
步骤三、向上述所得混合物中依次加入纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料、纳米氧化锌、月桂酸钡、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯橡胶、八溴醚、轻质碳酸钙、1,2-二甲基咪唑、色母粒，需要在真空状态下搅拌均匀。
步骤四、将上述所得混合物加入到挤出机中，调整挤出机的温度、转速和时间。
步骤四中，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：179℃、260转/分、4分钟；
二区：184℃、265转/分、3.5分钟；
三区：189℃、270转/分、3分钟；
四区：194℃、275转/分、2.5分钟；
五区：199℃、280转/分、2分钟。
或者；
步骤四中，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：178℃、265转/分、5分钟；
二区：183℃、268转/分、4分钟；
三区：188℃、271转/分、3分钟；
四区：193℃、274转/分、2分钟；
五区：198℃、277转/分、1分钟。
或者；
步骤四中，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：184℃、260转/分、4分钟；
二区：184℃、260转/分、4分钟；
三区：184℃、260转/分、4分钟；
四区：184℃、260转/分、4分钟；
五区：184℃、260转/分、4分钟。
步骤五、将上述所得粒料加入到挤出机的机筒中挤出管坯，控制压力为1～10MPa，控制温度为186～200℃。在粒料挤出过程中，利用高温高压原理快速挤出粒料，可以使粒料中各物质充分反应，提高管材各方面性能。
步骤六、根据使用需求选择定径套对上述所得管坯进行定径处理，可以做成不同直径大小的管材，适应不同的场合需求。
步骤七、对经过定径后的管坯进行冷却处理，冷却时间为1～2小时，冷却温度控制在18℃。
由于在挤出过程是在高温条件下完成的，因此，定径后的管材需要冷却处理，而且冷却时间必须在1小时以上，同时冷却温度须控制在18℃，只有满足这两个条件才能更好的将管材进行冷却。
步骤八、对经过冷却处理后的管坯进行切割处理后获得所述聚乙烯复合管材。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
配方：
本发明一种聚乙烯复合管材，按重量份数计，主要由以下组份组成：聚乙烯树脂110份；SBS改性沥青25份；轻质碳酸钙1.5份；1,2-二甲基咪唑4份；纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料7份；纳米氧化锌8份；月桂酸钡4份；聚四氟乙烯10份；马来酸酐接枝聚乙烯10份；聚丙烯酸酯橡胶20份；八溴醚3份；色母粒3份；4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺5份。
制造工艺：
步骤一、将SBS改性沥青预热至183℃，同时将聚乙烯树脂预热至138℃，然后将二者混合均匀。
步骤二、向上述所得混合物中加入马来酸酐接枝聚乙烯，经搅拌均匀后加入到真空捏合机中捏合5分钟，捏合温度为186℃。
步骤三、向上述所得混合物中依次加入纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料、纳米氧化锌、月桂酸钡、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯橡胶、八溴醚、轻质碳酸钙、1,2-二甲基咪唑、色母粒，在真空状态下搅拌均匀。
步骤四、将上述所得混合物加入到挤出机中，调整挤出机的温度、转速和时间，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：179℃、260转/分、4分钟；
二区：184℃、265转/分、3.5分钟；
三区：189℃、270转/分、3分钟；
四区：194℃、275转/分、2.5分钟；
五区：199℃、280转/分、2分钟。
步骤五、将上述所得粒料加入到挤出机的机筒中挤出管坯，控制压力为2MPa，控制温度为190℃。
步骤六、根据需求选择定径套对上述所得管坯进行定径处理。
步骤七、对经过定径后的管坯进行冷却处理，冷却时间为1小时，冷却温度控制在18℃。
步骤八、对经过冷却处理后的管坯进行切割处理后获得所述聚乙烯复合管材。
将实施例1所得聚乙烯复合管材送至长春市产品质量监督检验院进行检测，检测结果如下表所示：
检验项目 标准要求 实施例1
断裂伸长率(％) ≥350 505
纵向回缩率(110℃，％) ≤3 1
氧化诱导时间(200℃，min) ≥20 40
拉伸强度(MPa) ≥16 25
实施例2
配方：
本发明一种聚乙烯复合管材，按重量份数计，主要由以下组份组成：聚乙烯树脂100份；SBS改性沥青30份；轻质碳酸钙2份；1,2-二甲基咪唑3份；纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料5份；纳米氧化锌12份；月桂酸钡3份；聚四氟乙烯5份；马来酸酐接枝聚乙烯13份；聚丙烯酸酯橡胶25份；八溴醚5份；色母粒2份；4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺3份。
制造工艺：
步骤一、将SBS改性沥青预热至180℃，同时将聚乙烯树脂预热至145℃，然后将二者混合均匀。
步骤二、向上述所得混合物中加入马来酸酐接枝聚乙烯，经搅拌均匀后加入到真空捏合机中捏合5分钟，捏合温度为186℃。
步骤三、向上述所得混合物中依次加入纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料、纳米氧化锌、月桂酸钡、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯橡胶、八溴醚、轻质碳酸钙、1,2-二甲基咪唑、色母粒，在真空状态下搅拌均匀。
步骤四、将上述所得混合物加入到挤出机中，调整挤出机的温度、转速和时间，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：178℃、265转/分、5分钟；
二区：183℃、268转/分、4分钟；
三区：188℃、271转/分、3分钟；
四区：193℃、274转/分、2分钟；
五区：198℃、277转/分、1分钟。
步骤五、将上述所得粒料加入到挤出机的机筒中挤出管坯，控制压力为1MPa，控制温度为200℃。
步骤六、根据需求选择定径套对上述所得管坯进行定径处理。
步骤七、对经过定径后的管坯进行冷却处理，冷却时间为2小时，冷却温度控制在18℃。
步骤八、对经过冷却处理后的管坯进行切割处理后获得所述聚乙烯复合管材。
将实施例1所得聚乙烯复合管材送至长春市产品质量监督检验院进行检测，检测结果如下表所示：
检验项目 标准要求 实施例1
断裂伸长率(％) ≥350 500
纵向回缩率(110℃，％) ≤3 1.5
氧化诱导时间(200℃，min) ≥20 38
拉伸强度(MPa) ≥16 23
实施例3
配方：
本发明一种聚乙烯复合管材，按重量份数计，主要由以下组份组成：聚乙烯树脂120份；SBS改性沥青20份；轻质碳酸钙1份；1,2-二甲基咪唑5份；纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料10份；纳米氧化锌4份；月桂酸钡6份；聚四氟乙烯5份；马来酸酐接枝聚乙烯7份；聚丙烯酸酯橡胶15份；八溴醚2份；色母粒4份；4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺8份。
制造工艺：
步骤一、将SBS改性沥青预热至185℃，同时将聚乙烯树脂预热至130℃，然后将二者混合均匀。
步骤二、向上述所得混合物中加入马来酸酐接枝聚乙烯，经搅拌均匀后加入到真空捏合机中捏合8分钟，捏合温度为186℃。
步骤三、向上述所得混合物中依次加入纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料、纳米氧化锌、月桂酸钡、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯橡胶、八溴醚、轻质碳酸钙、1,2-二甲基咪唑、色母粒，在真空状态下搅拌均匀。
步骤四、将上述所得混合物加入到挤出机中，调整挤出机的温度、转速和时间，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：184℃、260转/分、4分钟；
二区：184℃、260转/分、4分钟；
三区：184℃、260转/分、4分钟；
四区：184℃、260转/分、4分钟；
五区：184℃、260转/分、4分钟。
步骤五、将上述所得粒料加入到挤出机的机筒中挤出管坯，控制压力为10MPa，控制温度为186℃。
步骤六、根据需求选择定径套对上述所得管坯进行定径处理。
步骤七、对经过定径后的管坯进行冷却处理，冷却时间为1.5小时，冷却温度控制在18℃。
步骤八、对经过冷却处理后的管坯进行切割处理后获得所述聚乙烯复合管材。
将实施例1所得聚乙烯复合管材送至长春市产品质量监督检验院进行检测，检测结果如下表所示：
检验项目 标准要求 实施例1
断裂伸长率(％) ≥350 502
纵向回缩率(110℃，％) ≤3 1.3
氧化诱导时间(200℃，min) ≥20 39
拉伸强度(MPa) ≥16 24
实施例4
配方：
本发明一种聚乙烯复合管材，按重量份数计，主要由以下组份组成：聚乙烯树脂115份；SBS改性沥青29份；轻质碳酸钙2份；1,2-二甲基咪唑4.5份；纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料7.8份；纳米氧化锌10份；月桂酸钡5.2份；聚四氟乙烯10.2份；马来酸酐接枝聚乙烯9份；聚丙烯酸酯橡胶18份；八溴醚5份；色母粒2.1份；4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺4.9份。
制造工艺：
步骤一、将SBS改性沥青预热至184℃，同时将聚乙烯树脂预热至140℃，然后将二者混合均匀。
步骤二、向上述所得混合物中加入马来酸酐接枝聚乙烯，经搅拌均匀后加入到真空捏合机中捏合7分钟，捏合温度为186℃。
步骤三、向上述所得混合物中依次加入纳米二氧化钛/硅藻土复合光催化材料、纳米氧化锌、月桂酸钡、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯橡胶、八溴醚、轻质碳酸钙、1,2-二甲基咪唑、色母粒，在真空状态下搅拌均匀。
步骤四、将上述所得混合物加入到挤出机中，调整挤出机的温度、转速和时间，挤出机各区的温度、转速和时间分别为：
一区：179℃、260转/分、4分钟；
二区：184℃、265转/分、3.5分钟；
三区：189℃、270转/分、3分钟；
四区：194℃、275转/分、2.5分钟；
五区：199℃、280转/分、2分钟。
步骤五、将上述所得粒料加入到挤出机的机筒中挤出管坯，控制压力为6MPa，控制温度为199℃。
步骤六、根据需求选择定径套对上述所得管坯进行定径处理。
步骤七、对经过定径后的管坯进行冷却处理，冷却时间为2小时，冷却温度控制在18℃。
步骤八、对经过冷却处理后的管坯进行切割处理后获得所述聚乙烯复合管材。
将实施例1所得聚乙烯复合管材送至长春市产品质量监督检验院进行检测，检测结果如下表所示：
检验项目 标准要求 实施例1
断裂伸长率(％) ≥350 503
纵向回缩率(110℃，％) ≤3 1
氧化诱导时间(200℃，min) ≥20 37
拉伸强度(MPa) ≥16 24
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步的详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和发明构思，做出相应改变和替代，而且得到与本发明具有相同配方的聚乙烯复合管材，其性能也必然相同，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种聚乙烯复合管材，其特征在于，按重量份数计，包括以下组份：
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯复合管材，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
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