CN110194858A - 一种改性hdpe材料及其制备方法和制得的电缆保护管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电缆保护管材料技术领域，具体涉及一种改性HDPE材料及其制备方法和制得的电缆保护管，该材料包括如下重量份的原料：HDPE80‑100份、改性纳米碳酸钙20‑40份、聚乙烯蜡0.3‑1.0份、氧化镁0.01‑2.0份、抗氧剂0.01‑0.5份、抗静电剂10‑15份、阻燃剂5‑10份、增韧剂2‑7份、硅灰石1‑5份、炭黑1‑3份。本发明的改性HDPE材料，通过采用改性纳米碳酸钙对HDPE进行填充改性使制得的HDPE材料具有优良的抗冲击性、耐热性、抗静电抗化学腐蚀和耐寒性，化学稳定性好，应用其得到的电缆保护管成型率高，且具有优异的强度、抗冲击性、抗静电性和高耐热性能。

Description

一种改性HDPE材料及其制备方法和制得的电缆保护管
技术领域
本发明涉及电缆保护管材料技术领域，具体涉及一种改性HDPE材料及其制备方法和制得的电缆保护管。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，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，而光缆护套作为光缆抵御外界环境侵蚀和破坏的第一道防线，其性能优劣关系光缆使用寿命的长短以及在使用寿命期限内传输性能的稳定性。利用高密度聚乙烯HDPE材料制得的保护管，具有良好的抗冲击性、耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性能，耐环境应力开裂性亦较好，但由于HDPE自身的结晶度高，收缩率大等原因，制造保护管时会形成中空，使制保护管的抗静电强度、抗冲击强度和抗拉强度等力学性能大打折扣，无法满足保护管的需求，利用改性纳米碳酸钙对其进行填充改性，可改善HDPE材料的流变性，提高其成型性。使制得的电缆保护管具有良好的抗冲击性、耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性能。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种改性HDPE材料，该材料具有良好的抗冲击性、耐热性、耐寒性和流变性，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，化学稳定性好的特点。
本发明的另一目的在于提供一种改性HDPE材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，制得的HDPE材料聚具有良好的抗冲击性、阻燃性、抗静电性、抗酸碱腐蚀、抗氧化性和抗冲击性等性能，可适用于大规模生产。
本发明的再一目的在于提供一种应用该改性HDPE材料制得的电缆保护管，该电缆保护管具有优异的强度、抗冲击性、抗静电性、抗酸碱腐蚀和抗氧化性能，且热变形温度和成型收缩率佳。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种改性HDPE材料，包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为50000-100000，密度为0.9-1.0。
本发明一种改性HDPE材料的原料中添加特制改性纳米碳酸钙可以对HDPE进行改性和填充，在很大程度上改善了HDPE材料的机械性能、热变温度和成型收缩率，但同时也会产生一些不良的影响，最明显的是填充体系的熔融粘度增加导致成型加工困难，而聚乙烯蜡的加入可以显著降低成型温度，改善成型流动性弥补了改性纳米碳酸钙对HDPE改性和填充过程中的缺陷；氧化镁在高温下具有优良的耐碱性、电绝缘性、热膨胀系数和导热率，添加在HDPE材料的原料中可进一步提升制得改性HDPE材料的耐热性和成型率；硅灰石具有独特的针状纤维，自身具有良好的绝缘性、耐磨性，以及较高的折光率，在本发明中是HDPE材料较好的填充材料，硅灰石粉的加入可以提高HDPE材料的冲击强度、增强流动性以及改善抗拉强度、冲击强度、线性拉伸及模收缩率等性能；而炭黑可以进一步辅助提升制得HDPE材料的抗老化性能。
优选的，每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.0-1.5:0.8组成的混合物。
本发明中在对纳米碳酸钙进行改性时加入的纳米碳酸钙由于表面亲油疏水，可与HDPE树脂有很好的相容性好，能有效提高或调节由其制得制品的刚、韧性、光洁度、弯曲强度、加工性能、流变性能和耐热稳定性；而在HDPE材料中添加少量纳米二氧化硅后，产品的强度、耐磨性和抗老化性等性能均达到或超过高HDPE材料制品，而且可以保持颜色长久不变。制品的耐磨性、抗拉强度、抗折性、抗老化性能均提高明显，且色彩鲜艳，保色效果优异；为了进一步优化采用纳米碳酸钙的各项性能，本发明选择偶联剂对其进行了改性，所采用的偶联剂具有同时与无机物和有机物反应的两种化学性质不同的官能团的低分子化合物，其结构可以写成(RO)x-M-Ay，其中RO是指容易发生水解或者交换反应的短链烷氧基，M为中心原子，可以使Si、Ti、Al等，所用偶联剂中硅烷偶联剂(RSiX3)X可与纳米碳酸钙发生化学反应，R可以与HDPE树脂发生反应，从而达到偶联的作用，硅烷偶联剂主要是改善HDPE树脂的相容性，与HDPE树脂反生化学反应结合可提高HDPE树脂的润湿性；钛酸酯偶联剂可以配合硅烷偶联剂对纳米碳酸钙进行填充改性，使改性后的纳米碳酸钙在填充改性HDPE时使制得的HDPE材料具有优良的抗撕裂性能、压缩变形和屈绕性、抗冲击性、高稳定性、耐热性、致密性以及韧性。
优选的，所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中加热至温度为60-80℃；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性反应30-46min，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
本发明中所述HDPE材料采用上述方法制得，制得的HDPE材料具有优良的抗撕裂性能、压缩变形、屈绕性、抗冲击性、高稳定性、耐热性抗静电性、抗酸碱腐蚀和抗氧化性能，且热变形温度和成型收缩率佳等特点。步骤1)中严格控制加热温度在60-80℃范围内，此时偶联剂的活性最强，可将HDPE进行充分改善，若温度过高丙酮极易挥发雾化，不利于增加纳米碳酸钙和纳米二氧化硅的相容性，若温度过低则丙酮达不到沸点扩散性能达不到要求；步骤4)中严格控制改性反应的时间在30-46min范围内，可以保证纳米碳酸钙改性完全，使制得的改性纳米碳酸钙表面亲油疏水，与HDPE树脂相容性好，能有效提高或调节HDPE材料制品的刚、韧性、光洁度以及弯曲强度；改善加工性能，改善制品的流变性能、尺寸稳定性能、耐热稳定性具有填充及增强、增韧的作用，提高市场竞争力。
优选的，所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和/或聚噻吩；所述增韧剂为丙烯基弹性体、环氧蓖麻油、TPU和EVA中的至少一种；更为优选的，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、三氧化二锑和溴化聚苯乙烯中的至少一种；所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的至少一种。
本发明中抗静电剂在防静电HDPE中形成导电网络，从而卸掉积累的静电荷，提升了制得HDPE材料的抗静电性能。
优选的，一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为80-100℃时以80-120rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为80-120min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以60-80rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为100-130min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入挤出设备，通过熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的一区温度为160-180℃，二区温度为185-200℃，三区温度为200-210℃，四区温度为195-210℃，五区温度为190-200℃，螺杆转速为200-300r/min。
本发明一种改性HDPE材料通过上述制备方法制得，制得的HDPE材料具有良好的抗冲击性、阻燃性、抗静电性、抗酸碱腐蚀、抗氧化性和抗冲击性等性能，可适用于大规模生产。其中在制备MPP材料的步骤1)中严格控制升温在80-100℃范围内可以使改性纳米碳酸钙的流动性达到最佳，有利于后续与HDPE树脂填充改性，另外要严格控第二次搅拌的速率在60-80rpm/min范围内，有利于助剂和改性剂加入后与改性纳米碳酸钙结合，促进HDPE树脂的改性以及补充改性过程中的缺陷，若速率过快则达不到充分分散结合的作用，若速率过低则分散不均匀；而步骤3)中严格控制五各区域的温度有利于提高MPP材料的抗冲击性能和阻燃性。
优选的，一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
本发明通过利用制得的改性HDPE材料制造电缆保护管，制得的电缆保护管具有优异的强度、抗冲击性、抗静电性、抗酸碱腐蚀和抗氧化性能，且热变形温度和成型收缩率佳等优良的特性。
本发明的有益效果在于：本发明改性HDPE材料具有良好的抗冲击性、抗静电性、耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，并通过采用改性纳米碳酸钙对HDPE进行填充改性使制得的HDPE材料进一步优化了抗冲击性、耐热性、抗静电抗化学腐蚀和耐寒性，化学稳定性好。
本发明改性HDPE材料的制备方法操作步骤简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，制得的HDPE材料质量稳定，可适用于大规模生产。
本发明应用该改性HDPE材料制得的电缆保护管具有优异的强度、抗冲击性、抗静电性、抗酸碱腐蚀和抗氧化性能，且热变形温度和成型收缩率佳等机械力学性能优良。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为50000，密度为0.9。
每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.0:0.8组成的混合物。
所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中加热至温度为60℃；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性反应30min，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺；所述增韧剂为丙烯基弹性体。
所述阻燃剂为十溴二苯乙烷；所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为80℃时以80rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为80min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以60rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为100min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为160℃，二区温度为185℃，三区温度为200℃，四区温度为195℃，五区温度为190℃，螺杆转速为200r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
实施例2
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为60000，密度为0.925。
每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.2组成的混合物。
所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中加热至温度为65℃；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性反应34min，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
所述抗静电剂为聚噻吩；所述增韧剂为环氧蓖麻油。
所述阻燃剂为三氧化二锑；所述抗氧化剂为四季戊四醇酯。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为85℃时以90rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为90min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以65rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为107min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为165℃，二区温度为189℃，三区温度为203℃，四区温度为199℃，五区温度为193℃，螺杆转速为225r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
实施例3
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为75000，密度为0.95。
每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.3:0.8组成的混合物。
所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中加热至温度为70℃；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性反应38min，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和聚噻吩按照重量比为0.8:1.0组成的混合物；所述增韧剂为TPU。
所述阻燃剂为溴化聚苯乙烯；所述抗氧化剂为1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为90℃时以100rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为100min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以70rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为115min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为170℃，二区温度为192℃，三区温度为205℃，四区温度为202℃，五区温度为195℃，螺杆转速为250r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
实施例4
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为82000，密度为0.975。
每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.4:0.8组成的混合物。
所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中加热至温度为75℃；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性反应42min，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和聚噻吩按照重量比为1:1组成的混合物；所述增韧剂为EVA。
所述阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑按照重量比为0.8:1.0组成的混合物；所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯和四季戊四醇酯按照重量比为0.8:1.0组成的混合物。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为95℃时以110rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为110min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以75rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为121min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为175℃，二区温度为196℃，三区温度为208℃，四区温度为206℃，五区温度为198℃，螺杆转速为275r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
实施例5
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为100000，密度为1.0。
每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.5:0.8组成的混合物。
所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中加热至温度为80℃；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性反应46min，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和聚噻吩按照重量比为1.0:1.2组成的混合物；所述增韧剂为环氧蓖麻油和EVA按照重量比为1.0:0.8组成的混合物。
所述阻燃剂为三氧化二锑和溴化聚苯乙烯按照重量比为0.8:1.0组成的混合物；所述抗氧化剂为四季戊四醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯按照重量比为1.0:1.2组成的混合物。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为100℃时以120rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为120min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以80rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为130min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为180℃，二区温度为200℃，三区温度为210℃，四区温度为210℃，五区温度为200℃，螺杆转速为300r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
对比例1
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为50000，密度为0.9。
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺；所述增韧剂为丙烯基弹性体。
所述阻燃剂为十溴二苯乙烷；所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为80℃时以80rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为80min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以60rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为100min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为160℃，二区温度为185℃，三区温度为200℃，四区温度为195℃，五区温度为190℃，螺杆转速为200r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
对比例2
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为75000，密度为0.95。
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和聚噻吩按照重量比为0.8:1.0组成的混合物；所述增韧剂为TPU。
所述阻燃剂为溴化聚苯乙烯；所述抗氧化剂为1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE入混合搅拌器中，升温至温度为90℃时以100rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为100min，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁以70rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为115min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为170℃，二区温度为192℃，三区温度为205℃，四区温度为202℃，五区温度为195℃，螺杆转速为250r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
对比例3
一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
所述HDPE的分子量为100000，密度为1.0。
每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.5:0.8组成的混合物。
所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中加热至温度为80℃；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性反应46min，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和聚噻吩按照重量比为1.0:1.2组成的混合物；所述增韧剂为环氧蓖麻油和EVA按照重量比为1.0:0.8组成的混合物。
所述阻燃剂为三氧化二锑和溴化聚苯乙烯按照重量比为0.8:1.0组成的混合物；所述抗氧化剂为四季戊四醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯按照重量比为1.0:1.2组成的混合物。
一种改性HDPE材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温至温度为100℃时以120rpm/min的速率进行第一次搅拌，搅拌时间为120min，之后再加入氧化镁以80rpm/min的速率进行第二次搅拌，搅拌时间为130min，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料，所述挤出设备的一区温度为180℃，二区温度为200℃，三区温度为210℃，四区温度为210℃，五区温度为200℃，螺杆转速为300r/min。
一种电缆保护管，所述电缆保护管由改性HDPE材料制得。
分别对具体实施例1-5和对比例1-3中制得的改性HDPE材料各项机械性能进行检测，结果如表1所示。
表1
由上述结果可知，本发明实施例1-5中制得的HDPE材料的各项机械性能均超过合格指标，HDPE材料熔体的流动性显著提高，同时HDPE材料还具有良好的拉伸强度、介电强度及弯曲强度。
与实施例1相比，对比例1中在制备HDPE材料时用纳米碳酸钙代替了改性纳米碳酸钙，对制得的HDPE材料进行熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、介电强度和弯曲强度测试，分析发现此HDPE材料的熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度均相对降低；说明本发明在原料加入特制改性纳米碳酸钙能优化制得HDPE材料各项机械性能，进而使利用其制得的电缆保护管具有优异的强度、抗冲击性、抗静电性、抗酸碱腐蚀和抗氧化性能，且热变形温度和成型收缩率佳等。
与实施例3相比，对比例2中在制备HDPE材料时没有添加改性纳米碳酸钙，对制得的HDPE材料进行熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、介电强度和弯曲强度测试，分析发现此HDPE材料的熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度均明显降低，尤其是熔体流动速率和弯曲强度下降更为明显；说明本发明在原料加入特制改性纳米碳酸钙能显著优化制得HDPE材料各项机械性能，进而使利用其制得的电缆保护管具有优异的强度、抗冲击性、抗静电性、抗酸碱腐蚀和抗氧化性能，且热变形温度和成型收缩率佳等。
与实施例5相比，对比例3中在制备HDPE材料时没有添加改性纳米碳酸钙的助剂聚乙烯蜡，对制得的HDPE材料进行熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、介电强度和弯曲强度测试，分析发现此HDPE材料的熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度略微有所降低；说明本发明在原料加入聚乙烯蜡能协助改性纳米碳酸钙填充改性HDPE，优化了制得HDPE材料各项机械性能，进而使利用其制得的电缆保护管具有优异的强度、抗冲击性、抗静电性、抗酸碱腐蚀和抗氧化性能，且热变形温度和成型收缩率佳等。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性HDPE材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的一种改性HDPE材料，其特征在于：每份所述改性纳米碳酸钙包括如下重量份的原料：
3.根据权利要求2所述的一种改性HDPE材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂按照重量比为1.0-1.5:0.8组成的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种改性HDPE材料，其特征在于：所述改性纳米碳酸钙由如下步骤制得：
1)将所述丙酮加入反应器中进行加热操作；
2)按照重量份将纳米碳酸钙和纳米二氧化硅加入反应器中搅拌，静置，过滤得到纳米碳酸钙浆液；
3)将步骤2)中得到的浆液陈化、沉降浓缩；
4)将偶联剂加入步骤3)浓缩后的浆液中进行改性，得到改性纳米碳酸钙浆料；
5)将步骤4)中改性后的纳米碳酸钙浆料进行干燥，得到改性纳米碳酸钙。
5.根据权利要求4所述的一种改性HDPE材料，其特征在于：所述步骤1)中加热温度为60-80℃；所述步骤4)中改性时间为30-46min。
6.根据权利要求1所述的一种改性HDPE材料，其特征在于：所述HDPE的分子量为50000-100000，密度为0.9-1.0。
7.根据权利要求1所述的一种改性HDPE材料，其特征在于：所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和/或聚噻吩；所述增韧剂为丙烯基弹性体、环氧蓖麻油、TPU和EVA中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的改性HDPE材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)按照重量份数将HDPE和改性纳米碳酸钙加入混合搅拌器中，升温进行第一次搅拌，之后再加入聚乙烯蜡和氧化镁进行第二搅拌，冷却静置，得到混合物；
2)接着按照重量份数依次将抗静电剂、阻燃剂、抗氧化剂、炭黑、增韧剂和硅灰石加入步骤1)的混合物中，继续搅拌，出料；
3)将步骤2)中得到的混合料投入挤出设备，通过熔融挤出造粒，制得改性HDPE材料。
9.根据权利要求8所述的一种改性HDPE材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，升温至温度为80-100℃进行第一次搅拌，第一次搅拌速率为80-120rpm/min，第一次搅拌时间为80-120min，第二次搅拌速率为60-80rpm/min，第二次搅拌时间为100-130min；所述步骤2)中，所述挤出设备为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的一区温度为160-180℃，二区温度为185-200℃，三区温度为200-210℃，四区温度为195-210℃，五区温度为190-200℃，螺杆转速为200-300r/min。
10.一种电缆保护管，其特征在于：所述电缆保护管由权利要求1-7任意一项所述的改性HDPE材料制得。
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