CN109134994A - 核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，其原料重量份组成为：高密度聚乙烯树脂100份，紫外线吸收剂0.3‑0.5份，抗氧剂0.2‑0.5份，石墨烯0.5‑1份，表面处理剂0.001‑0.005份。本发明的优点是高密度聚乙烯树脂熔体强度得到增强，导热效果优异，在生产大口径厚壁HDPE管材时，抗熔垂效果明显，具有很强的实用性。

Description

核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯材料，具体是一种核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)树脂作为一种通用的热塑性非极性聚合物，广泛用于燃气、市政给水、排污等领域。由于HDPE管材耐腐蚀、水力特性好、重量轻、使用寿命长等诸多优点，近年来国内外大量研究表明HDPE管材非常适合替代核电站循环水冷却系统的现有的碳钢管及衬塑钢管，以解决碳钢管和衬塑钢管的海水腐蚀问题。但是，核级HDPE管材耐压等级要求较高，这就需要HDPE管材的壁厚较大。一旦管材的壁厚超过80mm，其生产加工难度大幅提高，首先是HDPE材料的导热性不佳，挤出冷却定径过程中管材壁厚内部的熔融态HDPE热量难以散发，冷却固化速率慢；其次是在塑化过程中随着温度的升高，HDPE分子链由玻璃态到高弹态再到粘流态，粘流态的HDPE分子链微观层面发生相对滑移，产生高流动性，使得HDPE管材厚壁内部熔融态的材料在重力作用下沿着管壁流动，产生熔垂现象，使得HDPE管材成型过程中壁厚尺寸控制精度的难度大大提高。为生产核电用大口径高壁厚的HDPE管材，必须采用高熔体强度的HDPE原料。目前北欧化工的HE3490LSH和沙特基础工业公司的P6006LS都是采用双反应釜聚合的低熔垂双峰聚乙烯原料。其分子量分布呈现双峰分布，其中高分子量组分由于缠结网络的作用能够给提供熔体强度，低分子量组分保证材料的加工流动性。但是在生产壁厚超过100mm的HDPE管材过程中，仍会出现轻微的熔垂现象，难以保证HDPE管材壁厚的均一性。石墨烯作为新兴的一种材料，除了具有较高的力学强度外，其导热性能也是非常好(室温下热导率达到5000W/m.k)。而且分散好的石墨烯能在HDPE基体中形成网络结构，微纳米级的网络结构能限制HDPE大分子链的滑移运动，增强熔体强度；此外由于石墨烯在HDPE基体中形成微纳米网络结构，使得材料的整体导热性能得到提升，有利于大口径厚壁HDPE管内壁冷却速度加快，提升核电HDPE管材壁厚的均一稳定性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，该树脂不但增强了熔体强度，而且大大提升了材料的导热率，有助于核电厚壁HDPE管材的高效生产。
本发明核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，由如下重量份的原料组成：
高密度聚乙烯树脂：100份；
紫外线吸收剂：0.3～0.5份；
抗氧剂：0.2～0.5份；
石墨烯：0.5～1份；
表面处理剂0.001～0.005份。
所述的高密度聚乙烯树脂优先为熔体流动速率4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度0.956-0.968g/cm3。
所述的紫外线吸收剂为2，4-二羟基二苯甲酮，2-羟基-4甲氧基二苯甲酮或2-(2-羟基-3，5二羟叔丁基苯基)苯并三唑中的至少一种。
所述的抗氧剂优先为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂和2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚复配使用。
所述的石墨烯为特殊处理后的分散状态较好的石墨烯粉。
所述的表面处理剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、十八烷基胺中的一种。
本发明的突出优点是：
高密度聚乙烯树脂熔体强度得到增强，导热效果优异，在生产大口径厚壁HDPE管材时，抗熔垂效果明显，具有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2位动态频率扫描测试结果图。
具体实施方式
1、将100份的高密度聚乙烯树脂熔体流动速率4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度0.956-0.968g/cm3与0.3-0.5份的紫外线吸收剂(2，4-二羟基二苯甲酮)和0.3-0.5份的抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂复配比1∶2)混合均匀。
2、将上述混合物加入HAKEE转矩流变仪混料槽中，温度设定为190℃，转子转速设定为30r/min，混炼时间3min后，将0.5-1份的石墨烯粉加入混料槽的同时将0.001～0.005份表面处理剂(硅烷偶联剂)5秒钟每滴的匀速滴加到混合物中，继续混炼5min，转子转速为45r/min。
3、然后混合均匀的混合物转移至平板压机上，在190℃温度下热压成流变测试的试样(直径25mm，厚度1.5mm)。
4、用AR2000EX应力控制型流变仪，采用25mm直径的平板夹具，测试gap值为1mm。为保证试样流变性能的测定是在材料的线性粘弹区间内进行，应变量设定为1.0％，测量频率范围为0.01～100Hz，测试温度190℃。
5、用DZDR-P导热系数测定仪测定试样的导热系数。
通过本发明制备的核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，相对于原配方高密度聚乙烯树脂，零剪切速率时熔体强度提升近4倍；材料的导热性能提高了20％。对于生产大口径厚壁HDPE管材的抗熔垂效果十分明显。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，其特征在于由如下重量份的原料组成：
高密度聚乙烯树脂：100份
紫外线吸收剂：0.3～0.5份
抗氧剂：0.2～0.5份
石墨烯：0.5～1份
表面处理剂0.001～0.005份。
2.如权利要求1所述的核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，其特征在于：所述的高密度聚乙烯树脂是熔体流动速率是4-20g/10min(190℃/21.6kg)，密度是0.956-0.968g/cm3。
3.如权利要求1所述的核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，其特征在于：所述的紫外线吸收剂是2，4-二羟基二苯甲酮，2-羟基-4甲氧基二苯甲酮或2-(2-羟基-3，5二羟叔丁基苯基)苯并三唑中的至少一种。
4.如权利要求1所述的核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，其特征在于：所述的抗氧剂是四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸脂，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，2，6-二叔丁基-4-正丁基苯酚，4-羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚的至少一种。
5.如权利要求1所述的核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，其特征在于：所述的石墨烯为分散处理后的石墨烯粉。
6.如权利要求1所述的核电用熔体强度增强的高密度聚乙烯树脂，其特征在于：所述的表面处理剂为钛酸酯偶联剂，硅烷偶联剂，十八烷基胺，异氰酸中的一种或多种。
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