CN110698747A - 一种抗蠕变性耐冲击的pe管材及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗蠕变性耐冲击的PE管材及其生产方法，其组成成分由超高分子量聚乙烯、交联改性剂、光引发剂、助剂和色母组成，交联改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯，三丙烯酸三羟甲基丙酯中的一种或几种，以紫外光作为低能辐射源辐射交联改性，以高分子量、低密度增强熔体强度、韧性和耐环境开裂能力，使分子链通过链段运动伸展形变，避免场时间作用下分子链之间产生滑移，及在聚乙烯晶区和非晶区连接部位在拉伸过程中应力集中现象，在模塑过程中增设定型套防止管外径偏大或偏小，具有低翘曲性，改进了PE管材的耐候抗蠕变性能和耐冲击性能，保证管材耐久实用。

Description

一种抗蠕变性耐冲击的PE管材及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种抗蠕变性耐冲击的PE管材及其生产方法，属于PE管材技术领域。
背景技术
随着塑料管道的快速发展，其中聚乙烯管由于其自身独特的优点被广泛的应用于建筑给水，建筑排水，埋地排水管，建筑采暖、燃气输配、输气管，电工与电讯保护套管、工业用管、农业用管等，其质量要求也在不断提高。PE管材一般采用聚合工艺产生由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，以分子量范围是40000～300 000高密度聚乙烯居多，具有高密度、刚度和防渗透性的特点，作为埋地使用，特别是例如聚乙烯PE管材作为弯头、接头配件材料时，其在外界载荷恒定情况下，其变形程度随时间增加，大分子链键长和键角发生变化，分子链之间相对滑移，抗温度的蠕变性较差，材料易催化不耐候，很差抗环境应力开裂，导致耐冲击性能较差，加工过程中模塑时收缩比较大，管道外径易偏大或偏小，定型困难，易导致管道老化，影响配合连接寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种抗蠕变性耐冲击的PE管材及其生产方法，采用超高分子量聚乙烯以紫外光作为低能辐射源辐射交联改性，以高分子量、低密度增强熔体强度、韧性和耐环境开裂能力，在模塑过程中增设定型套防止管外径偏大或偏小，具有低翘曲性，改进了PE管材的耐候抗蠕变性能和耐冲击性能，保证管材耐久实用。
本发明是通过如下的技术方案予以实现的：
一种抗蠕变性耐冲击的PE管材，其组成成分按质量分数计为如下：
Figure BDA0002227748560000021
所述交联改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯，三丙烯酸三羟甲基丙酯中的一种或几种；
所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、光引发剂784和光引发剂DETX中的一种或几种混合而成；
所述助剂包括抗氧化剂、阻聚剂和加工助剂中的一种或多种；
所述抗氧化剂为抗氧剂330、抗氧剂1010和抗氧剂RD按质量比3:2:1混合而成；
所述阻聚剂为阻聚剂701或阻聚剂510；所述加工助剂为助剂WAC-801、助剂981A和助剂CPE-135B按质量比1:1:2混合而成；
一种抗蠕变性耐冲击的PE管材的制备方法，其方法如下：
(1)按质量份数计将80～95份超高分量聚乙烯、20～30份交联改性剂和6～12份光引发剂置于紫外交联反应器中，充入氮气保护，所述交联改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯，三丙烯酸三羟甲基丙酯中的一种或几种，发生交联反应2～3h，交联反应时紫外线辐照的紫外光波长为360～420nm，辐照距离为10～20cm，随后过滤取滤饼用二甲苯回流提取40～60min,过滤烘干获得改性聚合物；
(2)将改性聚合物、质量分数为2～7份的助剂和1～2份色母共混、干燥后，置于螺杆挤塑机中剪切、熔融成均匀熔体后预塑化连续挤出机头，螺杆挤塑机的1段温度为160～170℃，2段温度为180～185℃，3段温度为185～190℃，4段温度为200～220℃，导入模具中模塑压实，模塑过程中，模具外设有定型套，随后真空定型、冷却喷码后，以牵引机牵引定长切割，检验获得PE管材。
本发明的有益效果为：
(1)采用分子量在100万以上的超高分子量聚乙烯交联改性改善流动性、形态稳定性、提高韧性和耐环境开裂能力，无需润滑剂，以高分子量、低密度增强熔体强度,使分子链通过链段运动伸展形变，避免场时间作用下分子链之间产生滑移，及在聚乙烯晶区和非晶区连接部位在拉伸过程中应力集中现象，从而在保持聚乙烯的力学性能下，提高耐蠕变性及耐冲击性。
(2)采用抗氧化剂、阻聚剂和加工助剂中一种或多种，能改善改性聚合物材料在高温加工条件下的耐变色性，避免增加物料粘度影响加工性能，提高熔体强度,改善离模膨胀，防止熔体破裂，不影响制品热变形温度，改善制品光洁度，提高生产效率。
(3)采用紫外光作为低能辐射源交联反应，紫外光波长360～420nm为A射线，辐照距离适宜，激发效率更好，设备价格更低，光引发剂将多余能量传递给聚乙烯分子链加速紫外交联反应，可在保持超高分子量聚乙烯力学性能不便的同时，进行表面交联改性，避免影响结晶度，模塑过程中增设定型套防止管外径偏大或偏小，保证PE管材表面光洁，使端部具有低翘曲性，改进PE管材的耐候抗蠕变性能和耐冲击性能，保证管材耐久实用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
实施例1
一种抗蠕变性耐冲击的PE管材的制备方法，其方法如下：
(1)按质量份数计将92份超高分量聚乙烯、25份交联改性剂和10份光引发剂置于紫外交联反应器中，充入氮气保护；
所述交联改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯，三丙烯酸三羟甲基丙酯按质量比8:1：2:4组成，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和光引发剂DETX按质量比2:1混合而成；
发生交联反应3h，交联反应时紫外线辐照的紫外光波长为385nm，辐照距离为15cm，随后过滤取滤饼用二甲苯回流提取50min,过滤烘干获得改性聚合物；
(2)将改性聚合物、质量分数为6份的助剂和2份色母共混、干燥；所述助剂为抗氧化剂、阻聚剂和加工助剂按质量比2:1:1组成；所述抗氧化剂为抗氧剂330、抗氧剂1010和抗氧剂RD按质量比3:2:1混合而成；
所述阻聚剂为阻聚剂701；所述加工助剂为助剂WAC-801、助剂981A和助剂CPE-135B按质量比1:1:2混合而成；
随后置于螺杆挤塑机中剪切、熔融成均匀熔体后预塑化连续挤出机头，螺杆挤塑机的1段温度为165℃，2段温度为180℃，3段温度为185℃，4段温度为210℃，导入模具中模塑压实，模塑过程中，模具外设有定型套，随后真空定型、冷却喷码后，以牵引机牵引定长切割，检验获得PE管材。
实施例2
一种抗蠕变性耐冲击的PE管材的制备方法，其方法如下：
(1)按质量份数计将83份超高分量聚乙烯、28份交联改性剂和11份光引发剂置于紫外交联反应器中，充入氮气保护；
所述交联改性剂为过氧化二异丙苯和三丙烯酸三羟甲基丙酯按质量比2:1，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和光引发剂DETX按质量比1:3混合而成；
发生交联反应2.5h，交联反应时紫外线辐照的紫外光波长为370nm，辐照距离为12cm，随后过滤取滤饼用二甲苯回流提取45min,过滤烘干获得改性聚合物；
(2)将改性聚合物、质量分数为4份的助剂和1份色母共混、干燥；所述助剂包括抗氧化剂和加工助剂按质量比1：2；所述抗氧化剂为抗氧剂330、抗氧剂1010和抗氧剂RD按质量比3:2:1混合而成；所述加工助剂为助剂WAC-801、助剂981A和助剂CPE-135B按质量比1:1:2混合而成；
随后置于螺杆挤塑机中剪切、熔融成均匀熔体后预塑化连续挤出机头，螺杆挤塑机的1段温度为170℃，2段温度为182℃，3段温度为190℃，4段温度为205℃，导入模具中模塑压实，模塑过程中，模具外设有定型套，随后真空定型、冷却喷码后，以牵引机牵引定长切割，检验获得PE管材。
实施例3
一种抗蠕变性耐冲击的PE管材的制备方法，其方法如下：
(1)按质量份数计将88份超高分量聚乙烯、22份交联改性剂和9份光引发剂置于紫外交联反应器中，充入氮气保护；
所述交联改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯按质量比1:1:1混合而成，所述光引发剂为光引发剂784和光引发剂DETX按质量比2:1混合而成；
发生交联反应3h，交联反应时紫外线辐照的紫外光波长为415nm，辐照距离为18cm，随后过滤取滤饼用二甲苯回流提取60min,过滤烘干获得改性聚合物；
(2)将改性聚合物、质量分数为7份的助剂和2份色母共混、干燥；所述助剂由阻聚剂和加工助剂按质量比4:3组成；
所述阻聚剂为阻聚剂510；所述加工助剂为助剂WAC-801、助剂981A和助剂CPE-135B按质量比1:1:2混合而成；
随后置于螺杆挤塑机中剪切、熔融成均匀熔体后预塑化连续挤出机头，螺杆挤塑机的1段温度为160℃，2段温度为180℃，3段温度为186℃，4段温度为203℃，导入模具中模塑压实，模塑过程中，模具外设有定型套，随后真空定型、冷却喷码后，以牵引机牵引定长切割，检验获得PE管材。
将实施例1-3制得的PE管材与市购普通管材作为对照例进行性能检测，按ASTMD-1693标准测试抗环境应力断裂能力(Hours)、按ASTMD-638标准测试拉伸断裂伸长率(％)、按ASTMD-1822标准测试抗拉冲击强度(kg/cm2)、按ASTMD-638标准测试脆化温度(℃)，按ANSI/ICEA T-28标准测量蠕变性(％)，其结果如下表：
Figure BDA0002227748560000071
(1)超高分子量聚乙烯是分子量在100万以上的聚乙烯，具有线型结构,具有超强的耐磨性、自润滑性，强度比较高，采用超高分子量聚乙烯交联改性改善流动性、形态稳定性、韧性及环境应力开裂性，无需润滑剂；
乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯，三丙烯酸三羟甲基丙酯按质量比为(0～8)：(0～8)：(0～8)：(0～8)，以高分子量、低密度增强熔体强度,具有高结晶度、高模量的特点，使分子链通过链段运动伸展形变，避免场时间作用下分子链之间产生滑移，且避免在聚乙烯晶区和非晶区连接部位在拉伸过程中应力集中,由表格可知，在保持聚乙烯的力学性能下，提高耐蠕变性及耐冲击性。
(2)采用2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(分子式C10H12O2)、光引发剂784和光引发剂DETX中的一种或几种混合作为光引发剂，能在紫外光区即250～420nm吸收一定波长的能量，吸收光能后跃迁至激发态，在聚乙烯链上夺氢产生自由基，将多余能量传递给聚乙烯分子链加速紫外交联反应，交联改性剂可提高光引发剂的量子效率，从而引发聚合交联固化，减小辐照剂时间；
(3)抗氧化剂、阻聚剂和加工助剂的质量比为(0～3)：(0～3)：(0～3)，采用抗氧剂可有效地防止改性聚合物材料在长期老化过程中的热氧化降解，抗氧剂330为高分子量多元受阻酚类抗氧剂，抗氧剂1010即四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯为酚类抗氧剂，与抗氧剂RD协同作用，具有耐热性好、挥发性低的特点，能改善改性聚合物材料在高温加工条件下的耐变色性。
(4)采用阻聚剂701即4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基，阻聚剂510即N-亚硝基-N-苯基羟胺铝，降低超高分子量聚乙烯与交联改性剂生成改性聚合物后，在挤塑加工过程中发生自聚等副反应，避免增加物料粘度影响加工性能。
(5)采用助剂WAC-801、助剂981A、助剂CPE-135B复配加工助剂，可促进改性聚合物熔融塑化，增加熔体粘弹性，提高熔体强度,改善离模膨胀，防止熔体破裂，不影响制品热变形温度，改善制品光洁度，提高生产效率。
(6)采用紫外光作为低能辐射源交联反应，紫外光波长360～420nm为A射线，辐照距离适宜，激发效率更好，设备价格更低，由于紫外线能量极低，对高分子链的破坏较微小，可在保持超高分子量聚乙烯力学性能不便的同时，进行表面交联改性，避免影响结晶度；
(7)控制螺杆挤塑机温度，充分软化均匀熔融连续输送，进行预塑化初步定型，并送入带外部定型套的模具中，形成连续紧密的管状包覆层，可消除积存死角，均衡压力，防止PE管外径偏大或偏小，保证PE管材表面光洁，使端部具有低翘曲性，改进PE管材的耐候抗蠕变性能和耐冲击性能，保证管材耐久实用。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种抗蠕变性耐冲击的PE管材，其特征在于，其组成成分按质量分数计为如下：
Figure FDA0002227748550000011
所述交联改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯，三丙烯酸三羟甲基丙酯中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种抗蠕变性耐冲击的PE管材，其特征在于，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、光引发剂784和光引发剂DETX中的一种或几种混合而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗蠕变性耐冲击的PE管材，其特征在于，所述助剂包括抗氧化剂、阻聚剂和加工助剂中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种抗蠕变性耐冲击的PE管材，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧剂330、抗氧剂1010和抗氧剂RD按质量比3:2:1混合而成。
5.根据权利要求3所述的一种抗蠕变性耐冲击的PE管材，其特征在于，所述阻聚剂为阻聚剂701或阻聚剂510。
6.根据权利要求3所述的一种抗蠕变性耐冲击的PE管材，其特征在于，所述加工助剂为助剂WAC-801、助剂981A和助剂CPE-135B按质量比1:1:2混合而成。
7.一种抗蠕变性耐冲击的PE管材的制备方法，其特征在于，其方法如下：
(1)按质量份数计将80～95份超高分量聚乙烯、20～30份交联改性剂和6～12份光引发剂置于紫外交联反应器中，充入氮气保护，所述交联改性剂为乙烯基三乙氧基硅烷、过氧化二异丙苯、二甲基丙烯酸二甘醇酯，三丙烯酸三羟甲基丙酯中的一种或几种，发生交联反应2～3h，随后过滤取滤饼用二甲苯回流提取40～60min,过滤烘干获得改性聚合物；
(2)将改性聚合物、质量分数为2～7份的助剂和1～2份色母共混、干燥后，置于螺杆挤塑机中剪切、熔融成均匀熔体后预塑化连续挤出机头，导入模具中模塑压实，随后真空定型、冷却喷码后，以牵引机牵引定长切割，检验获得PE管材。
8.根据权利要求7所述的一种抗蠕变性耐冲击的PE管材的制备方法，其特征在于，步骤(1)交联反应时紫外线辐照的紫外光波长为360～420nm，辐照距离为10～20cm。
9.根据权利要求7或8所述的一种抗蠕变性耐冲击的PE管材的制备方法，其特征在于，步骤(2)螺杆挤塑机的1段温度为160～170℃，2段温度为180～185℃，3段温度为185～190℃，4段温度为200～220℃，模塑过程中，模具外设有定型套。
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