CN111533985B - 一种pe排水管及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于塑料制品技术领域，公开了一种PE排水管及其生产工艺，由如下重量份的原料制备而成：PE 80～100份、纳米MgO 3～5份、纳米MnS 0～5份、重质碳酸钙5～15份、偶联剂2～5份、EVA0～3份、阻燃剂3～5份、增韧剂3～10份、热稳定剂1～5份、加工助剂0～2份。本发明的有益效果是：纳米MgO可增强PE制品的导热性能，避免PE管焊接过程中出现冷焊现象；纳米MnS可在焊接过程中保持聚乙烯分子链的稳定性，避免焊接温度过高时聚乙烯发生热氧化；重质碳酸钙与纳米MgO和纳米MnS协同作用，可提高焊接处的稳定性，提高焊接处的牢固度；通过添加纳米MgO、纳米MnS和重质碳酸钙可扩宽PE管焊接时的温度范围，提高PE管焊接的稳定性。

Description

一种PE排水管及其生产工艺
技术领域
本发明属于塑料制品技术领域，特别涉及一种PE排水管及其生产工艺。
背景技术
PE排水管即聚乙烯管，PE管相对于PVC管来说质量轻、便于运输和安装，且PE材料仅有碳、氢分子构成，PVC材料中还含有对环境有害的氯原子，PE的废料处理不会产生有害物质，安全环保，在市政领域广泛应用。
PE管道连接可靠，施工方便，焊接接头的拉伸和爆破强度均高于母材，管道可通过非开挖技术进行施工，方便快捷，比金属管道可减少30％以上的施工费用，已经逐步取代金属管道和PVC管道，应用领域广泛。但是PE管道在焊接过程中对焊接温度的控制要求较高，焊接过程中输入热量不足会造成冷焊，大多数冷焊缺陷在外观上与正常接头没有差别，套筒内表面与管件外表面已融合在一起，中间不存在缝隙，严重的冷焊还保持焊接前的状态。冷焊接头从外观上无法分辨，进行管道试运行前的试压试验时也不立即破坏，常被当做正常接头投入使用，服役一定时间后接头会突然失效破坏；焊接输入功率过高、焊接时间过长或装配不当时，焊接过程中电阻丝的温度过高，就会使其周围的聚乙烯因过热而断链裂解，产生相对分子质量较低的聚合物，在焊接熔焊区产生不连续区域，降低了材料的性能，焊后接头易发生失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种PE排水管，具有焊接稳定性高、成本低、不会产生环境污染的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：征在于，由如下重量份的原料制备而成：PE 80～100份、纳米MgO 3～5份、纳米MnS 0～5份、重质碳酸钙5～15份、偶联剂2～5份、EVA0～3份、阻燃剂3～5份、增韧剂3～10份、热稳定剂1～5份、加工助剂0～2份。
通过采用上述技术方案，纳米MgO添加到PE材料中可增强PE材料的导热性能，在对PE管材进行焊接时，可使热量快速的均匀分布在接头处，促进聚乙烯吸收热量，使聚乙烯能充分结晶，并对分子链之间的渗透、缠结具有促进作用，可有效避免PE管焊接过程中出现冷焊的现象；纳米MnS添加到PE材料中，在焊接温度过高时可保持聚乙烯分子链的稳定性，避免聚乙烯发生热氧化导致的聚乙烯分子链断裂，还可吸收焊接接头处的O2等氧化性物质，避免焊缝处析出挥发性的一氧化碳等氧化性挥发性物质，挥发性物质在PE排水管焊接处会形成微气孔，抑制聚乙烯结晶的充分进行，导致应力集中，使能够承受应力的系带分子含量较低，使PE管不能达到安全使用的标准；重质碳酸钙可以降低PE管材的成型收缩率，提高PE管材的刚性和耐热性，与纳米MgO和纳米MnS协同作用，可提高焊接处的稳定性，避免焊缝因回冷后收缩产生缝隙，提高焊接处的牢固度。
本发明的进一步设置为：所述纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙经干燥处理后，与偶联剂在高速搅拌机中高速搅拌15～20min，活化处理后使用。
通过采用上述技术方案，纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙为无机填料，与PE相容性较差，使用前采用偶联剂活化处理，可提高纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙与PE的结合力，提高填充PE材料的力学性能，偶联剂活化过的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙粒子表面发生和物理化学结构和性质的改变，更易分散在基体中，不会出现无机粒子集结堆积现象，使共混体系的结构产生内部缺陷，造成各项力学性能的下降。
本发明的进一步设置为：所述偶联剂为磷酸酯偶联剂。
本发明的进一步设置为：所述阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚20～25份、三氧化二锑5～10份。
通过采用上述技术方案，十溴联苯醚可隔绝可燃性气体与空气的接触,致使材料的燃烧速度降低或窒息；当十溴联苯醚与三氧化二锑并用时,在高温下三氧化二锑能与溴化氢反应生成三溴化锑，三溴化锑蒸汽能较长时间停留在燃烧区,具有稀释和覆盖作用；三溴化锑微粒的表面效应可降低火焰能量；三溴化锑能促进固相及液相的成炭反应,而相对减缓生成可燃气体的聚合物的热分解和氧化分解,且生成的炭层可阻止可燃气体逸入火焰区,并保护下层材料免遭破坏；三溴化锑在燃烧区也可与自由基反应,改变气相中的反应模式,减少反应放热量而使火焰猝灭。
本发明的进一步设置为：所述增韧剂按重量份计包括丁基橡胶15～30份、马来酸酐接枝PE 5～10份、异硬脂酰环氧树脂5～10份。
通过采用上述技术方案，PE中添加较多的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙填料会对PE排水管的机械性能产生影响，降低PE排水管的抗冲击强度和抗拉伸性能，添加适量的增韧剂，可增强PE排水管焊接稳定性的同时保持较高的物理机械性能。丁基橡胶与PE混合可大幅度提高PE排水管的机械强度，但是丁基橡胶与PE的相容性不佳，马来酸酐接枝PE作为相容剂可改善丁基橡胶和PE共混界面的相容性，使二者结合更为紧密，进一步提高PE排水管的机械性能，异硬脂酰环氧树脂在焊接时有助于PE重新结晶，形成长链的聚乙烯分子，可提高焊接处的抗拉伸性。
本发明的进一步设置为：所述热稳定剂为有机锡稳定剂、铅盐稳定剂或钙锌稳定剂。
本发明的进一步设置为：所述加工助剂为丙烯酸酯类。
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、按权利要求2的方法制备得到偶联剂处理后的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到100～110℃，加入PE，保温搅拌3～5分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA、阻燃剂、增韧剂、热稳定剂、加工助剂混合送入捏合机，在70～80℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，在模具中成型，即得PE排水管。
本发明的进一步设置为：所述双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为170～200℃，模具温度为170～230℃。
本发明的有益效果是：
1.在PE原料中添加有纳米MgO、纳米MnS和重质碳酸钙，纳米MgO可增强PE制品的导热性能，在对PE排水管进行焊接时，可使热量快速的均匀分布在接头处，促使聚乙烯分子链之间的渗透和缠结，避免PE管焊接过程中出现冷焊现象；纳米MnS可在焊接过程中保持聚乙烯分子链的稳定性，避免焊接温度过高时聚乙烯发生热氧化，避免焊接处产生微气孔；重质碳酸钙与纳米MgO和纳米MnS协同作用，可提高焊接处的稳定性，避免焊缝因回冷后收缩产生缝隙，提高焊接处的牢固度；通过添加纳米MgO、纳米MnS和重质碳酸钙可扩宽PE管焊接时的温度范围，提高PE管焊接的稳定性。
2.采用丁基橡胶、马来酸酐接枝PE和异硬脂酰环氧树脂作为增韧剂，马来酸酐接枝PE可使丁基橡胶与PE较好的相容，可大幅度提高添加有一定量无机填料的PE排水管的机械强度，异硬脂酰环氧树脂在焊接时有助于PE重新结晶，形成长链的聚乙烯分子，可提高焊接处的抗拉伸性。
具体实施方式
下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将纳米MgO3份、纳米MnS 5份、重质碳酸钙5份经干燥处理后，与磷酸酯偶联剂5份在高速搅拌机中高速搅拌15min，活化处理后得到磷酸酯偶联剂5份处理后的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到100℃，加入PE 100份，保温搅拌3分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA 3份、阻燃剂3份、增韧剂10份、有机锡稳定剂1份、丙烯酸酯类加工助剂2份混合送入捏合机，在70℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为200℃，模具温度为170℃，在模具中成型，即得PE排水管。
进一步优化的，阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚25份、三氧化二锑5份。
进一步优化的，增韧剂按重量份计包括丁基橡胶30份、马来酸酐接枝PE 5份、异硬脂酰环氧树脂10份。
实施例2
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将纳米MgO 5份、重质碳酸钙15份经干燥处理后，与磷酸酯偶联剂2份在高速搅拌机中高速搅拌20min，活化处理后得到磷酸酯偶联剂2份处理后的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到110℃，加入PE 80份，保温搅拌5分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料阻燃剂5份、增韧剂3份、铅盐稳定剂5份混合送入捏合机，在70℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为200℃，模具温度为170℃，在模具中成型，即得PE排水管。
进一步优化的，阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚25份、三氧化二锑5份。
进一步优化的，增韧剂按重量份计包括丁基橡胶30份、马来酸酐接枝PE 5份、异硬脂酰环氧树脂10份。
实施例3
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将纳米MgO 4份、纳米MnS 3份、重质碳酸钙10份经干燥处理后，与磷酸酯偶联剂4份在高速搅拌机中高速搅拌17min，活化处理后得到磷酸酯偶联剂4份处理后的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到115℃，加入PE 90份，保温搅拌4分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA 1.5份、阻燃剂4份、增韧剂6份、有机锡稳定剂3份、丙烯酸酯类加工助剂1份混合送入捏合机，在75℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为185℃，模具温度为185℃，在模具中成型，即得PE排水管。
进一步优化的，阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚23份、三氧化二锑7份。
进一步优化的，增韧剂按重量份计包括丁基橡胶27份、马来酸酐接枝PE 7份、异硬脂酰环氧树脂7份。
实施例4
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将纳米MnS 3份、重质碳酸钙10份经干燥处理后，与磷酸酯偶联剂4份在高速搅拌机中高速搅拌17min，活化处理后得到磷酸酯偶联剂4份处理后的纳米MnS、重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到115℃，加入PE 90份，保温搅拌4分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA 1.5份、阻燃剂4份、增韧剂6份、有机锡稳定剂3份、丙烯酸酯类加工助剂1份混合送入捏合机，在75℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为185℃，模具温度为185℃，在模具中成型，即得PE排水管。
进一步优化的，阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚23份、三氧化二锑7份。
进一步优化的，增韧剂按重量份计包括丁基橡胶27份、马来酸酐接枝PE 7份、异硬脂酰环氧树脂7份。
实施例5
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将纳米MgO 4份、纳米MnS 3份经干燥处理后，与磷酸酯偶联剂4份在高速搅拌机中高速搅拌17min，活化处理后得到磷酸酯偶联剂4份处理后的纳米MgO、纳米MnS混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到115℃，加入PE 90份，保温搅拌4分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA 1.5份、阻燃剂4份、增韧剂6份、有机锡稳定剂3份、丙烯酸酯类加工助剂1份混合送入捏合机，在75℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为185℃，模具温度为185℃，在模具中成型，即得PE排水管。
进一步优化的，阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚23份、三氧化二锑7份。
进一步优化的，增韧剂按重量份计包括丁基橡胶27份、马来酸酐接枝PE 7份、异硬脂酰环氧树脂7份。
实施例6
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将纳米MgO 4份、纳米MnS 3份、重质碳酸钙10份经干燥处理后，与磷酸酯偶联剂4份在高速搅拌机中高速搅拌17min，活化处理后得到磷酸酯偶联剂4份处理后的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到115℃，加入PE 90份，保温搅拌4分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA 1.5份、阻燃剂4份、增韧剂6份、有机锡稳定剂3份、丙烯酸酯类加工助剂1份混合送入捏合机，在75℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为185℃，模具温度为185℃，在模具中成型，即得PE排水管。
进一步优化的，阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚23份、三氧化二锑7份。
进一步优化的，增韧剂按重量份计包括丁基橡胶27份、马来酸酐接枝PE 7份。
对比例
一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将重质碳酸钙10份经干燥处理后，与磷酸酯偶联剂4份在高速搅拌机中高速搅拌17min，活化处理后得到磷酸酯偶联剂4份处理后的重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到115℃，加入PE 90份，保温搅拌4分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA 1.5份、阻燃剂4份、丁基橡胶6份、有机锡稳定剂3份、丙烯酸酯类加工助剂1份混合送入捏合机，在75℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为185℃，模具温度为185℃，在模具中成型，即得PE排水管。
进一步优化的，阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚23份、三氧化二锑7份。
实验部分
采用实施例1～6和对比例中的条件，制备PE排水管，采用意大利Ritmo公司生产的ELEKTRA 315型全自动电熔焊机对不同制备方法制备的PE排水管分别在25V、30V、40V和45V的电压条件下进行焊接150s，对焊接后的接头处进行如下几种试验：
1.拉伸剥离试验：用拉伸的方法来确定焊接接头在拉力作用下的抗剥离能力，执行标准为GB/T 19808—2005，等同国际标准ISO 13954:1997。
2.聚乙烯结晶度：取焊缝周围3mm范围内的聚乙烯粉末，采用荷兰PANalytical公司生产的X’Pert PRO型X射线衍射仪采用X射线衍射法对样品的结晶度进行测量。
实验结果如下表1所示：
表1不同条件下制备的PE管焊接性能测试数据表
Figure BDA0002554882950000071
Figure BDA0002554882950000081
从表1中可以看出，通过添加纳米MgO、纳米MnS和重质碳酸钙可扩宽PE管焊接时的电压范围(即温度范围)，提高PE管焊接的抗拉伸性能，异硬脂酰环氧树脂在焊接时有助于PE重新结晶，形成长链的聚乙烯分子，可提高焊接处的抗拉伸性。

Claims (8)

1.一种PE排水管，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：PE 80~100份、纳米MgO3~5份、纳米MnS 3~5份、重质碳酸钙5~15份、偶联剂2~5份、EVA0~3份、阻燃剂3~5份、增韧剂3~10份、热稳定剂1~5份、加工助剂0~2份，所述增韧剂按重量份计包括丁基橡胶15~30份、马来酸酐接枝PE 5~10份、异硬脂酰环氧树脂5~10份。
2.根据权利要求1所述的一种PE排水管，其特征在于：所述纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙经干燥处理后，与偶联剂在高速搅拌机中高速搅拌15~20min，活化处理后使用。
3.根据权利要求2所述的一种PE排水管，其特征在于：所述偶联剂为磷酸酯偶联剂。
4.根据权利要求1所述的一种PE排水管，其特征在于：所述阻燃剂按质量份计包括十溴联苯醚20~25份、三氧化二锑5~10份。
5.根据权利要求1所述的一种PE排水管，其特征在于：所述热稳定剂为有机锡稳定剂、铅盐稳定剂或钙锌稳定剂。
6.根据权利要求1所述的一种PE排水管，其特征在于：所述加工助剂为丙烯酸酯类。
7.一种PE排水管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按权利要求2的方法制备得到偶联剂处理后的纳米MgO、纳米MnS、重质碳酸钙混合物；
S2、将步骤S1中得到的混合物搅拌均匀后加热到100~110℃，加入PE，保温搅拌3~5分钟，冷却至常温得到预混料；
S3、将步骤S2中得到的预混料与EVA、阻燃剂、增韧剂、热稳定剂、加工助剂混合送入捏合机，在70~80℃下进行捏合，出料冷却至常温，加入到双螺杆挤出机进行挤出，在模具中成型，即得PE排水管。
8.根据权利要求7所述的一种PE排水管生产工艺，其特征在于：所述双螺杆挤出机的工艺参数为：机筒挤出温度为170~200℃，模具温度为170~230℃。
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