CN107446217A - 一种耐压聚乙烯管材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐压聚乙烯管材，属于高分子管材技术领域。本发明耐压聚乙烯管材是由以下不同重量份数的原料经混合后，挤压成型制得：60～80份可交联母料，30～50份抗氧化母料，20～30份催化母料，30～50份填料；其中，可交联母料中包含聚乙烯树脂、硅烷偶联剂和引发剂；其中抗氧化母料中包括聚乙烯树脂和抗氧剂；而催化母料是由聚乙烯树脂和催化剂组成；另外，填料包括超细玻璃纤维、白炭黑和膨胀石墨烯三种物质。本发明技术方案制备的抗压聚乙烯管材具有优异的抗压性能的特点，在管材行业及更广阔的领域的发展起到了促进作用。

Description

一种耐压聚乙烯管材
技术领域
本发明公开了一种耐压聚乙烯管材，属于高分子管材技术领域。
背景技术
目前市政管材市场，塑料管道正在稳步发展，PE管、PP-R管、UPVC管都占有一席之地，其中PE管强劲的发展势头最为令人瞩目。PE管的使用领域广泛。其中给水管和燃气管是其两个最大的应用市场。
PE树脂，是由单体乙烯聚合而成，由于在聚合时因压力、温度等聚合反应条件不同，可得出不同密度的树脂，因而又有高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯之分。在加工不同类型PE管材时，根据其应用条件的不同，选用树脂牌号的不同，同时对挤出机和模具的要求也有所不同。用于燃气管和给水管的材料主要是PE80和PE100。高耐压管材树脂主要特点是加工管材的耐压等级提高，输送安全性更高，相同压力等级下管壁可以更薄，如PE100聚乙烯管的管壁较PE80可减薄33%，输送截面增加16%，输送能力增加35%。同时，具有优异的长期稳定性、卓越的抗快速开裂延伸16%，输送能力增加35%。同时，具有优异的长期稳定性、卓越的抗快速开裂延伸和抗慢速裂纹增长性能，主要用于生产承压水管、燃气管及各种工业用管。
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。LDPE树脂的拉伸强度低，耐压差，刚性差，成型加工时尺寸稳定性差，并且连接困难，不适宜作为给水压力管的材料。但由于其卫生指标较高，LDPE特别是LLDPE树脂已成为生产饮用水管的常用材料。因此除要求PE管材有较高的力学性能，优良的卷曲性和柔性，还要考虑耐环境应力开裂（ESCR）性能。实验和应用表明，PE是对环境应力开裂极为敏感的材料。PE管材的破坏大多数是由于管材在承受长期内压力情况下发生裂纹造成的，它直接影响着管材的使用寿命。无论PE本身还是塑料管制作过程中引起的任何变化，都会通过管材ESCR性能的改变反映出来。因此，ESCR性能是评定塑料管材使用寿命的一项重要指标。PE管材在长期负荷作用下经过一定时间后会出现应力开裂现象，并会导致管材破裂。如用于上下水管，会引起漏水；用于燃气管，会引起漏气，后果严重，所以必须重视PE管材ESCR性能的提高。
因此，提高聚乙烯管的抗压性能，避免承受长期内压力情况下开裂，才能扩大其使用范围。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统聚乙烯管抗压性能差的问题，提供了一种抗压聚乙烯管材。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种耐压聚乙烯管材，是由以下重量份数的原料组成：60～80份可交联母料，30～50份抗氧化母料，20～30份催化母料，30～50份填料；
所述可交联母料是由以下重量份数的原料组成：40～60份聚乙烯树脂，10～15份硅烷偶联剂，3～6份引发剂；
所述抗氧化母料是由以下重量份数的原料组成：80～100份聚乙烯树脂，6～8份抗氧剂；
所述催化母料是由以下重量份数的原料组成：80～100份聚乙烯树脂，8～10份催化剂；
所述填料是由以下重量份数的原料组成：30～50份超细玻璃纤维，30～40份白炭黑，10～20份膨胀石墨烯。
所述聚乙烯树脂为分子量为100～120万的聚乙烯树脂。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
所述引发剂为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯中的任意一种。
所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：3混合而成。
所述催化剂是由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为85%浓磷酸按质量比为1：1混合而成。
所述超细玻璃纤维直径为2～6μm，长度为10～40μm。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案通过在体系中添加过氧化物作为引发剂，在引发剂作用下，体系中的硅烷偶联剂的乙烯基可与聚乙烯树脂接枝，接枝产物在加工过程中水解可生成硅醇基，最终在催化剂作用下，通过硅醇基的缩聚反应交联而在体系内部形成三维交联网络，使线性的聚乙烯分子相互间结合力得到有效提高，从而有效提高产品的耐压性能；
（2）本发明技术方案通过在体系中添加三种不同形貌结构的填料，其中超细玻璃纤维填料可作为增强网络与体系交联网络交织，而白炭黑为微米或亚微米级的类球形颗粒，在加工过程中，可渗透进入到交织网络空隙中，与玻璃纤维增强网络和交联网络相互作用，形成更为致密的网络，使体系内部致密度进一步提升，耐压强度进一步提高，另外，片状结构的膨胀石墨烯的加入在加工过程中，因膨胀石墨烯质轻，密度小，部分可上浮至体系表面，在表面形成致密保护层，残留在内部的可实现对内部间隙的进一步提升，相互配合，使体系耐压强度进一步提升。
具体实施方式
按重量份数计，依次取40～60份聚乙烯树脂，10～15份硅烷偶联剂，3～6份引发剂，投入高搅机，于线速度为15～18m/s条件下，高速搅拌混合30～50min，得1号混合料，并将所得1号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得可交联母料；按重量份数计，依次取80～100份聚乙烯树脂，6～8份抗氧剂，投入高搅机，于线速度为14～16m/s条件下，高速搅拌混合20～40min，得2号混合料，并将所得2号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得抗氧化母料；按重量份数计，依次取80～100份聚乙烯树脂，8～10份催化剂，投入高搅机，于线速度为10～12m/s条件下，高速搅拌混合20～30min，得3号混合料，并将所得3号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得催化母料；按重量份数计，在混料机中依次加入60～80份可交联母料，30～50份抗氧化母料，20～30份催化母料，30～50份填料，于转速为1200～1400r/min条件下，高速搅拌混合2～4h，得4号混合料，并将所得4号混合料转入双螺杆挤出机，挤出成型，冷却固化，即得耐压聚乙烯管材。所述填料是由以下重量份数的原料组成：30～50份超细玻璃纤维，30～40份白炭黑，10～20份膨胀石墨烯。所述聚乙烯树脂为分子量为100～120万的聚乙烯树脂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。所述引发剂为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯中的任意一种。所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：3混合而成。所述催化剂是由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为85%浓磷酸按质量比为1：1混合而成。所述超细玻璃纤维直径为2～6μm，长度为10～40μm。
实例1
按重量份数计，依次取60份聚乙烯树脂，15份硅烷偶联剂，6份引发剂，投入高搅机，于线速度为18m/s条件下，高速搅拌混合50min，得1号混合料，并将所得1号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得可交联母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，8份抗氧剂，投入高搅机，于线速度为16m/s条件下，高速搅拌混合40min，得2号混合料，并将所得2号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得抗氧化母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，10份催化剂，投入高搅机，于线速度为12m/s条件下，高速搅拌混合30min，得3号混合料，并将所得3号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得催化母料；按重量份数计，在混料机中依次加入80份可交联母料，50份抗氧化母料，30份催化母料，50份填料，于转速为1400r/min条件下，高速搅拌混合4h，得4号混合料，并将所得4号混合料转入双螺杆挤出机，挤出成型，冷却固化，即得耐压聚乙烯管材。所述填料是由以下重量份数的原料组成：50份超细玻璃纤维，40份白炭黑，20份膨胀石墨烯。所述聚乙烯树脂为分子量为120万的聚乙烯树脂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述引发剂为过氧化苯甲酰。所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：3混合而成。所述催化剂是由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为85%浓磷酸按质量比为1：1混合而成。所述超细玻璃纤维直径为6μm，长度为40μm。
实例2
按重量份数计，依次取60份聚乙烯树脂，15份硅烷偶联剂，6份引发剂，投入高搅机，于线速度为18m/s条件下，高速搅拌混合50min，得1号混合料，并将所得1号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得可交联母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，8份抗氧剂，投入高搅机，于线速度为16m/s条件下，高速搅拌混合40min，得2号混合料，并将所得2号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得抗氧化母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，10份催化剂，投入高搅机，于线速度为12m/s条件下，高速搅拌混合30min，得3号混合料，并将所得3号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得催化母料；按重量份数计，在混料机中依次加入80份可交联母料，50份抗氧化母料，30份催化母料，于转速为1400r/min条件下，高速搅拌混合4h，得4号混合料，并将所得4号混合料转入双螺杆挤出机，挤出成型，冷却固化，即得耐压聚乙烯管材。所述聚乙烯树脂为分子量为120万的聚乙烯树脂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述引发剂为过氧化苯甲酰。所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：3混合而成。所述催化剂是由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为85%浓磷酸按质量比为1：1混合而成。所述超细玻璃纤维直径为6μm，长度为40μm。
实例3
按重量份数计，依次取60份聚乙烯树脂，15份硅烷偶联剂，6份引发剂，投入高搅机，于线速度为18m/s条件下，高速搅拌混合50min，得1号混合料，并将所得1号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得可交联母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，8份抗氧剂，投入高搅机，于线速度为16m/s条件下，高速搅拌混合40min，得2号混合料，并将所得2号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得抗氧化母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，10份催化剂，投入高搅机，于线速度为12m/s条件下，高速搅拌混合30min，得3号混合料，并将所得3号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得催化母料；按重量份数计，在混料机中依次加入80份可交联母料，50份抗氧化母料，30份催化母料，50份超细玻璃纤维，于转速为1400r/min条件下，高速搅拌混合4h，得4号混合料，并将所得4号混合料转入双螺杆挤出机，挤出成型，冷却固化，即得耐压聚乙烯管材。所述聚乙烯树脂为分子量为120万的聚乙烯树脂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述引发剂为过氧化苯甲酰。所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：3混合而成。所述催化剂是由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为85%浓磷酸按质量比为1：1混合而成。所述超细玻璃纤维直径为6μm，长度为40μm。
实例4
按重量份数计，依次取60份聚乙烯树脂，15份硅烷偶联剂，6份引发剂，投入高搅机，于线速度为18m/s条件下，高速搅拌混合50min，得1号混合料，并将所得1号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得可交联母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，8份抗氧剂，投入高搅机，于线速度为16m/s条件下，高速搅拌混合40min，得2号混合料，并将所得2号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得抗氧化母料；按重量份数计，依次取100份聚乙烯树脂，10份催化剂，投入高搅机，于线速度为12m/s条件下，高速搅拌混合30min，得3号混合料，并将所得3号混合料转入双螺杆挤出机，挤出，得催化母料；按重量份数计，在混料机中依次加入80份可交联母料，50份抗氧化母料，30份催化母料，50份填料，于转速为1400r/min条件下，高速搅拌混合4h，得4号混合料，并将所得4号混合料转入双螺杆挤出机，挤出成型，冷却固化，即得耐压聚乙烯管材。所述填料是由以下重量份数的原料组成：50份超细玻璃纤维，40份白炭黑。所述聚乙烯树脂为分子量为120万的聚乙烯树脂。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述引发剂为过氧化苯甲酰。所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：3混合而成。所述催化剂是由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为85%浓磷酸按质量比为1：1混合而成。所述超细玻璃纤维直径为6μm，长度为40μm。
对比例：临沂某管业有限公司生产的聚乙烯管材。
将实例1至4所得的耐压聚乙烯管材及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.耐压强度检测：按照标准GB15558.1中对管材液压测试的要求进行实验。管材试件规格采用Φ32mm×3mm，长度500mm，将管材放入80℃水浴中，管内施加5.5MPa的环应力，测试破坏时间，标准规定PE100管材料破坏时间≥165h。
具体检测结果如表1所示：
表1
检测项目 实例1 实例2 实例3 实例4 对比例
破坏时间/h 600h未出现破裂现象 498 354 331 240
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的抗压聚乙烯管材具有优异的抗压性能的特点，在管材行业及更广阔的领域的发展起到了促进作用。

Claims (7)

1.一种耐压聚乙烯管材，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：60～80份可交联母料，30～50份抗氧化母料，20～30份催化母料，30～50份填料；
所述可交联母料是由以下重量份数的原料组成：40～60份聚乙烯树脂，10～15份硅烷偶联剂，3～6份引发剂；
所述抗氧化母料是由以下重量份数的原料组成：80～100份聚乙烯树脂，6～8份抗氧剂；
所述催化母料是由以下重量份数的原料组成：80～100份聚乙烯树脂，8～10份催化剂；
所述填料是由以下重量份数的原料组成：30～50份超细玻璃纤维，30～40份白炭黑，10～20份膨胀石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种耐压聚乙烯管材，其特征在于：所述聚乙烯树脂为分子量为100～120万的聚乙烯树脂。
3.根据权利要求1所述的一种耐压聚乙烯管材，其特征在于：所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种耐压聚乙烯管材，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种耐压聚乙烯管材，其特征在于：所述抗氧剂是由抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比为1：3混合而成。
6.根据权利要求1所述的一种耐压聚乙烯管材，其特征在于：所述催化剂是由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为85%浓磷酸按质量比为1：1混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种耐压聚乙烯管材，其特征在于：所述超细玻璃纤维直径为2～6μm，长度为10～40μm。
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