CN111533984A - 一种抗老化pe给水管材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗老化pe给水管材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗老化PE给水管材料及其制备方法，按质量组份包括：高密度聚乙烯88‑95份，色母粒2‑3份，抗氧剂1‑3份，辅助剂0.5‑1份，填充剂3‑8份，相容剂1.5‑2.5份。制备的PE材质的给水管具有优异的抗老化性能，特别是耐热老化性能，可以大大延长PE给水管的使用寿命；同时，可适用的温度广，机械性能不易受环境温度影响，提高了PE材质的给水管的综合性能。

Description

一种抗老化PE给水管材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及给水管技术领域，尤其涉及一种抗老化PE给水管材料及其制备方法。
背景技术
PE管由于其具有强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒等特点，被广泛应用于给水管制造领域。其中给水管领域占有很大的应用市场。由于PE管抗压性能强，连接可靠度高，抗冲击性能好，抗开裂性能好，耐腐蚀性好等许许多多的优点，因此占领给水管市场也是一种必然；而且，PE管相对于其它塑料，其具有价格底，综合来说，PE管物美价廉。
每一产品都不可能是十全十美的，虽然PE管有着诸多的优势，但是现在常规的PE材料特别容易受环境的影响，容易老化，造成PE管使用寿命大大缩短，造成PE管材综合评价大大受到影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种抗老化PE给水管材料及其制备方法，本PE材质的给水管具有优异的抗老化性能，可以大大延长PE给水管的使用寿命。
一种抗老化PE给水管材料，按质量组份包括：
Figure BDA0002554734300000011
优选地，所述色母粒为黑色色母粒，所述黑色色母粒炭黑含量为45-50％。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂405以及抗氧剂1001中的一种。
优选地，所述辅助剂为硫代二丙酸双酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯以及双十八碳醇酯中的至少一种。
优选地，所述填充剂为碳酸钙、二氧化硅、石棉以及二氧化锌中的至少一种。
优选地，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
一种抗老化PE给水管的制备方法，方法包括：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，得到混合物a；
S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，得到流体b；
S3.口模定型：将流体b注入口模中，进行口模成型，得到不定型物c；
S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，定型管材内外径，得到管道d；
S5.冷却：将管道d进行冷却，得到抗老化PE给水管。
优选地，所述方法包括：
将抗老化PE给水管进行压码标识；
将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；
将切割后管材周转到产品检验区进行检验；
将检验合格的管材包装，入库。
优选地，方法为：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为40-50℃，转速为500-1000r/min，混合1-3min得到混合物a；
S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为180-222℃，机头温度为220-240℃，得到流体b；
S3.口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为180-200℃，得到不定型物c；
S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.02-0.07MPa，定型管材内外径，得到管道d；
S5.冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为15-25℃，得到抗老化PE给水管。
优选地，所述S2挤出机的螺杆温度分别为：一段：185℃，二段：190℃，三段：195℃，四段：195℃，五段：200℃，六段：210℃；
所述S3模具的模体温度为：一段：190℃，二段：190℃，三段：190℃，四段：190℃，五段：190℃，六段：190℃，七段：195℃，八段：195℃，九段：195℃，十段：195℃，十一段：195℃，十二段：195℃。
本发明的有益效果在于：本方法制备的PE材质的给水管具有优异的抗老化性能，特别是耐热老化性能，可以大大延长PE给水管的使用寿命；同时，可适用的温度广，机械性能不易受环境温度影响，提高了PE材质的给水管的综合性能。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
一种抗老化PE给水管材料，按质量组份包括：
Figure BDA0002554734300000041
其中，高密度聚乙烯为使用白色基料PE100级，色母粒为黑色色母粒，黑色色母粒的炭黑含量为45-50％；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂405以及抗氧剂1001中的一种；辅助剂为硫代二丙酸双酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯以及双十八碳醇酯中的至少一种；填充剂为碳酸钙、二氧化硅、石棉以及二氧化锌中的至少一种；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。通过采用抗氧剂以及辅助剂共同作用，即协同作用，将高密度聚乙烯中的自由基吸收反应掉，还可以将氢过氧化物分解掉，阻止链式反应的发生，从而达到抗氧化的效果。通过采用填充剂，可以减少高密度聚乙烯的用量节约成本的同时，还提高了PE给水管材料的机械性能；采用相容剂，可以使填充剂、色母粒、抗氧剂以及辅助剂与高密度聚乙烯高度混匀，达到均一稳定的状态。
一种抗老化PE给水管的制备方法，方法包括：
混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为40-50℃，转速为500-1000r/min，混合1-3min得到混合物a；高密度聚乙烯使用白色基料PE100级；因使用本色树脂，吸水性差，根据生产经验，水分含量基本满足生产要求，不必要进行烘干；如使用黑色专用混配料，因炭黑吸水性强，需对原料进行脱湿干燥处理。开机时，为保证开机效果，不建议添加回用料；在以后的正式生产中，根据设备，原料特性合理进行添加，添加用量为10％-40％原料混合，要求高速均匀混合，添加回用料时，最好对回用料进行干燥处理；
挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为180-222℃，按逐渐递增设置；机头温度为220-240℃，递增或平稳设置均可；得到流体b；其中，螺杆温度为185-210℃，例如：螺杆温度分别为：一段：185℃，二段：190℃，三段：195℃，四段：195℃，五段：200℃，六段：210℃；在加工时，依据高密度聚乙烯原料特性，熔体流动速率一般控制为0.38g/10min(5kg,190℃)，当熔指偏低，需较高的加工温度；开机时，应该注意的是机头入口和出口熔体温差不应超过20度。因为熔体与金属间较高的温度差将导致鲨鱼皮现象。口模温度不宜过高，过高容易出现“流涎”现象。应及时根据实际情况合理调整各段温度
口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为180-200℃，得到不定型物c；其中，模具的模体温度为190-195℃，例如：模体各段温度为一段：190℃，二段：190℃，三段：190℃，四段：190℃，五段：190℃，六段：190℃，七段：195℃，八段：195℃，九段：195℃，十段：195℃，十一段：195℃，十二段：195℃。
真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.02-0.07MPa，定型管材内外径，得到管道d；通常在满足管材外观质量的前提下，真空度应尽可能低，这样管材内应力小，产品在存放过程中变形小。一般情况下生产管材外径尺寸越大，要求的真空度就越高。
冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为15-25℃，得到抗老化PE给水管。冷却水温度过高，将会延长冷却时间，减慢冷却速度，意味着熔融的原料处于高温的时间也将延长，尤其是管材内壁，这样会加速原料中抗氧化等添加剂的分解，降低管材的抗老化性能，同时对管材的定型也有不利影响。相反，如果冷却定型水温过低，则会使熔融态的PE管材外表面冷却结晶速度过快，造成管材的内外表面温差过大而使管材定型后产生较大的内应力，降低管材的力学、物理性能(直观体现为管材脆性大)。冷却水流量可通过流量计来控制，冷却水流量过大，易使管材表面粗糙，产生斑点、凹坑；过小也会使管材表面质量变差，产生斑点，冷却水分布不均匀还会使管材产生不圆现象。
标识：将抗老化PE给水管进行压码标识；便于对生产的抗老化PE给水管进行识别，例如：生产日期、型号以及批次，提高溯源性。
切割：将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；牵引时，应注意穿引速度，不得过快，牵引速度应在1.5米/秒左右，在进真空槽以后，应及时减慢倒牵引速度低于1.0米/秒，同时必须有人专门关注各接头，防止碰撞顶坏相应设备；真空槽内的牵引管最好一根整管，不得有机头或者破损穿孔，以便管径及早成型；
Figure BDA0002554734300000061
以下小口径牵引管的穿设可用手动穿设即可。必须注意保证各接头牵引绳结实牢固，不得在生产牵引时出线断裂；开机生产时，尽量采用同等规格的牵引管材，牵引管材与待生产管材管径不得差别过大。
检验：将切割后管材周转到产品检验区进行检验；根据标准要求对管材进行检验，对合格产品贴上合格标签，不合格的转入待定区或不合格区。
包装：将检验合格的管材包装，入库；将检验合格的管材包装，填表办理入库手续，交仓储物流部保管。
实施例1
一种抗老化PE给水管材料，按质量组份包括：
Figure BDA0002554734300000071
其中，色母粒为黑色色母粒，黑色色母粒的炭黑含量为45％；抗氧剂为抗氧剂1010；辅助剂为硫代二丙酸双酯；填充剂为碳酸钙；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
一种抗老化PE给水管的制备方法，方法包括：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为50℃，转速为500r/min，混合3min得到混合物a；S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为180-222℃，机头温度为220-240℃，得到流体b；挤出机的螺杆温度分别为：一段：185℃，二段：190℃，三段：195℃，四段：195℃，五段：200℃，六段：210℃；S3.口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为180-200℃，得到不定型物c；模具的模体温度为：一段：190℃，二段：190℃，三段：190℃，四段：190℃，五段：190℃，六段：190℃，七段：195℃，八段：195℃，九段：195℃，十段：195℃，十一段：195℃，十二段：195℃；S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.07MPa，定型管材内外径，得到管道d；S5.冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为25℃，得到抗老化PE给水管；S6.将抗老化PE给水管进行压码标识；S7.将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；S8.将切割后管材周转到产品检验区进行检验；S9.将检验合格的管材包装，入库。
实施例2
一种抗老化PE给水管材料，按质量组份包括：
Figure BDA0002554734300000081
其中，色母粒为黑色色母粒，黑色色母粒的炭黑含量为50％；抗氧剂为抗氧剂1035；辅助剂为双十二碳醇酯；填充剂为二氧化硅；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
一种抗老化PE给水管的制备方法，方法包括：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为40℃，转速为1000r/min，混合1min得到混合物a；S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为180-222℃，机头温度为220-240℃，得到流体b；S3.口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为180-200℃，得到不定型物c；S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.02MPa，定型管材内外径，得到管道d；S5.冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为15℃，得到抗老化PE给水管；S6.将抗老化PE给水管进行压码标识；S7.将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；S8.将切割后管材周转到产品检验区进行检验；S9.将检验合格的管材包装，入库。
实施例3
一种抗老化PE给水管材料，按质量组份包括：
Figure BDA0002554734300000082
其中，色母粒为黑色色母粒，黑色色母粒的炭黑含量为46％；抗氧剂为抗氧剂405；辅助剂为双十四碳醇酯；填充剂为石棉；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
一种抗老化PE给水管的制备方法，方法包括：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为44℃，转速为900r/min，混合1min得到混合物a；S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为190-215℃，机头温度为225-237℃，得到流体b；S3.口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为185-198℃，得到不定型物c；S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.04MPa，定型管材内外径，得到管道d；S5.冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为23℃，得到抗老化PE给水管。S6.将抗老化PE给水管进行压码标识；S7.将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；S8.将切割后管材周转到产品检验区进行检验；S9.将检验合格的管材包装，入库。
实施例4
一种抗老化PE给水管材料，按质量组份包括：
Figure BDA0002554734300000091
其中，色母粒为黑色色母粒，黑色色母粒的炭黑含量为49％；抗氧剂为抗氧剂1001；辅助剂为双十八碳醇酯；填充剂为二氧化锌；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
一种抗老化PE给水管的制备方法，方法包括：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为48℃，转速为600r/min，混合3min得到混合物a；S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为190-215℃，机头温度为225-237℃，得到流体b；S3.口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为185-198℃，得到不定型物c；S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.06MPa，定型管材内外径，得到管道d；S5.冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为16℃，得到抗老化PE给水管；S6.将抗老化PE给水管进行压码标识；S7.将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；S8.将切割后管材周转到产品检验区进行检验；S9.将检验合格的管材包装，入库。
实施例5
一种抗老化PE给水管材料，按质量组份包括：
Figure BDA0002554734300000101
其中，色母粒为黑色色母粒，黑色色母粒的炭黑含量为48％；抗氧剂为抗氧剂405；辅助剂为双十四碳醇酯；填充剂为二氧化硅；相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
一种抗老化PE给水管的制备方法，方法包括：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为46℃，转速为800r/min，混合2min得到混合物a；S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为192-212℃，机头温度为228-235℃，得到流体b；S3.口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为187-196℃，得到不定型物c；S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.05MPa，定型管材内外径，得到管道d；S5.冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为18℃，得到抗老化PE给水管；S6.将抗老化PE给水管进行压码标识；S7.将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；S8.将切割后管材周转到产品检验区进行检验；S9.将检验合格的管材包装，入库。
根据实施例1-5的抗老化PE给水管，进行热抗老化性能测试，热抗老化性能测试为在130℃的热空气下处理180h，与25℃下的PE给水管进行统计拉伸强度以及无缺口冲击强度变化率，以及经过不同温度时长后的机械性能；同时与市售的PE给水管进行性能对比。以上各项目都是采用国标进行测试，结果如下：
Figure BDA0002554734300000111
从表中可以看出，本方法制备的抗老化PE给水管相较于市售的给水管材料进行对比；不论原始的材料，还是经过不同温度时长后，在拉伸强度以及无缺口冲击强度方面都具有较大的优势，且在低温以及高温环境下，其强度下降率相较于对比例1都小，特别是在130℃的热空气下处理180h下的拉伸强度以及无缺口冲击强度变化率。制备的PE材质的给水管具有优异的抗老化性能，特别是耐热老化性能，可以大大延长PE给水管的使用寿命；同时，可适用的温度广，机械性能不易受环境温度影响，提高了PE材质的给水管的综合性能。
说明书对本发明进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种抗老化PE给水管材料，其特征在于，按质量组份包括：
Figure FDA0002554734290000011
2.根据权利要求1所述的抗老化PE给水管材料，其特征在于，所述色母粒为黑色色母粒，所述黑色色母粒炭黑含量为45-50％。
3.根据权利要求1所述的抗老化PE给水管材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂405以及抗氧剂1001中的一种。
4.根据权利要求3所述的抗老化PE给水管材料，其特征在于，所述辅助剂为硫代二丙酸双酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯以及双十八碳醇酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的抗老化PE给水管材料，其特征在于，所述填充剂为碳酸钙、二氧化硅、石棉以及二氧化锌中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗老化PE给水管材料，其特征在于，所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐。
7.一种抗老化PE给水管的制备方法，其特征在于，方法包括：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，得到混合物a；
S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，得到流体b；
S3.口模定型：将流体b注入口模中，进行口模成型，得到不定型物c；
S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，定型管材内外径，得到管道d；
S5.冷却：将管道d进行冷却，得到抗老化PE给水管。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将抗老化PE给水管进行压码标识；
将标识后管材通过牵引机牵引至自动切割机，进行定制长度自动切割；
将切割后管材周转到产品检验区进行检验；
将检验合格的管材包装，入库。
9.根据权利要求7-8任一所述的制备方法，其特征在于，方法为：
S1.混合：将高密度聚乙烯、色母粒、抗氧剂、辅助剂、填充剂以及相容剂加入至高混机中进行混合，高混机温度为40-50℃，转速为500-1000r/min，混合1-3min得到混合物a；
S2.挤出：将混合物a通过吸料装置送至挤出机进行挤出，机筒温度为180-222℃，机头温度为220-240℃，得到流体b；
S3.口模定型：将流体b注入模具中，进行口模成型，口模温度为180-200℃，得到不定型物c；
S4.真空成型：将不定型物c进行抽真空，真空度为0.02-0.07MPa，定型管材内外径，得到管道d；
S5.冷却：将管道d进行冷却，冷却水温度为15-25℃，得到抗老化PE给水管。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述S2挤出机的螺杆温度分别为：一段：185℃，二段：190℃，三段：195℃，四段：195℃，五段：200℃，六段：210℃；
所述S3模具的模体温度为：一段：190℃，二段：190℃，三段：190℃，四段：190℃，五段：190℃，六段：190℃，七段：195℃，八段：195℃，九段：195℃，十段：195℃，十一段：195℃，十二段：195℃。
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