CN111995812B - 一种燃气管道修复用的高气密性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气管道修复用的高气密性材料及其制备方法，包括如下重量份原材料：HDPE 70～90份、马来酸酐接枝HDPE 10～15份、卤化丁基橡胶10～15份、N,N'‑间苯撑双马来酰亚胺0.1～0.45份、过氧化物0.1～0.3份、氧化镁0.3～0.5份、抗氧剂0.01～0.2份、石蜡0.1～0.3份、硬脂酸0.15～0.45份；本发明是对当前修复管材料HDPE进行改性，将其与卤化丁基橡胶进行动态硫化，制得的高气密性材料具有较好的耐热性及耐候性，气密性、耐油、耐化学腐蚀俱较好，较传统PE材料具有更长的使用寿命。

Description

一种燃气管道修复用的高气密性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种燃气管道修复用的高气密性材料及其制备方法。
背景技术
城市中同一地下空间中往往同时存在着功能不同、新旧程度不一的管道。在一些建成年代较早的城区，不少管道已经运行了二、三十年，开始出现不同程度的损伤及老化，不仅会对管道的正常运行造成影响，还会对公众安全和社会稳定构成潜在威胁。对这些正处于事故多发阶段的燃气管道来说，及时发现隐患并进行修复对于维护燃气管网的安全尤为重要。
目前燃气管道修复的主流修复方式为采用小管穿大管的方式，在原有管道内部套入小的燃气修复管道，如短管内衬、U型管拖入等工艺，PE管材料已广泛应用于中低压燃气管道。
目前使用的修复管材质主要PE，缺点一是PE修复管的环境应力开裂会使得管子失效，环境应力开裂主要原因是长期使用导致表面溶胀因而表面能下降或者高聚物玻璃化转变温度下降引起应力开裂。同时PE材料的有机蒸汽透过率则较大也加速了修复管的失效。缺点二是硬度大，韧性不是太好，在管道修复中过角度小的弯管困难，最大许可转角只有15度，所以它的牵引长度也受影响。特别在口径小于150mm的燃气管中。还有HDPE在仓库停放久了物性下降而不能正常使用的问题，不可以作为抢险救援的应急库存材料。
燃气管道所处环境决定了它修复繁琐的特点，所以决定修复管的属性必须要有耐久性，不能因为材料耐久性不好而失效。
发明内容
为了解决聚乙烯材料耐久性不好的技术问题，而提供一种燃气管道修复用的高气密性材料及其制备方法。本发明是对当前修复管材料HDPE进行改性，将其与卤化丁基橡胶进行动态硫化，增加材料的耐热性和韧性、改善HDPE的耐候性，减少HDPE的开裂可能性。
为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种燃气管道修复用的高气密性材料，包括如下重量份原材料：
HDPE 70～90份、
马来酸酐接枝HDPE 10～15份、
卤化丁基橡胶10～15份、
N,N'-间苯撑双马来酰亚胺0.1～0.45份、
过氧化物0.1～0.3份、
氧化镁0.3～0.5份、
抗氧剂0.01～0.2份、
石蜡0.1～0.3份、
硬脂酸0.15～0.45份。
其中过氧化物是主硫化剂，N,N'-间苯撑双马来酰亚胺是助交联剂、助硫化剂氧化镁具有抗热氧老化作用，可消除或减少硫化橡胶表面发粘开裂等现象。
进一步地，所述卤化丁基橡胶为溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶中的一种。
进一步地，所述过氧化物为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧基-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化异丙基碳酸脂、过氧化叔丁基异丙苯、二-(叔丁基过氧异丙基)苯中的一种。
进一步地，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸正十六酯中的一种。
本发明另一方面提供一种上述燃气管道修复用的高气密性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将卤化丁基橡胶粉碎，粉碎后按配比与N,N'-间苯撑双马来酰亚胺、石蜡、硬脂酸、抗氧剂、氧化镁和过氧化物进行混合得到混合助剂；
(2)将HDPE、马来酸酐接枝HDPE与所述混合助剂在双螺杆挤出机上进行熔融共混、挤出造粒，得到燃气管道修复用的高气密性材料。
进一步地，所述熔融共混的温度为140℃～220℃。
进一步地，所述混合助剂的混合过程在高速混合机中进行，混合过程中温度不超过40℃，所述高速混合机的速度为300rpm～1000rpm、混合时间为3min～8min。
有益技术效果：本发明是对当前修复管材料HDPE进行改性，将HDPE热塑性聚合物与卤化丁基橡胶在双螺杆挤出机的高温、高剪切作用下进行熔融共混，在过氧化物交联剂的作用下将HDPE中的橡胶相进行动态硫化，得到硫化橡胶相尺寸在微米级且均匀分散于HDPE中，卤化丁基橡胶改性HDPE材料具有较好的气密性，本发明材料物性稳定，在贮存和加工过程中均不会发生物性变化；马来酸酐接枝HDPE作为相容剂能提高HDPE与卤化丁基橡胶的界面相容性，使本发明材料的力学性能尤其是韧性，不开裂，使得本发明材料用于燃气管道修复中可在复杂环境中牵引，使修复管可以做的更长；另外硫化后的卤化丁基橡胶在HDPE中作为分散的橡胶相，能够提高HDPE的耐候性，避免HDPE在仓库停放久了物性下降而不能正常使用的问题，本发明的材料可以作为抢险救援的应急库存材料，具有较好的耐热性及耐候性，气密性、耐油、耐化学腐蚀俱较好，较传统PE材料具有更长的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
实施例1
一种燃气管道修复用的高气密性材料，包括如下重量份原材料：HDPE80份、马来酸酐接枝HDPE13份、氯化丁基橡胶12份、N,N'-间苯撑双马来酰亚胺0.25份、过氧化物——2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧基-3-己炔0.2份、氧化镁0.4份、抗氧剂——四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.1份、石蜡0.2份、硬脂酸0.3份。
上述燃气管道修复用的高气密性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氯化丁基橡胶采用胶粉碎造粒设备进行粉碎，粉碎后按上述配比与N,N'-间苯撑双马来酰亚胺、石蜡、硬脂酸、抗氧剂、氧化镁和过氧化物在高速混合机中进行混合，混合过程中温度不超过40℃，所述高速混合机的速度为800rpm、混合时间为5min，得到混合助剂；
(2)将HDPE、马来酸酐接枝HDPE与上述混合助剂在双螺杆挤出机上于温度140℃～180℃下进行熔融共混、挤出造粒，各区温度分别为140℃、160℃、170℃、170℃、175℃、175℃、180℃，得到燃气管道修复用的高气密性材料。
实施例2
一种燃气管道修复用的高气密性材料，包括如下重量份原材料：HDPE 70份、马来酸酐接枝HDPE 15份、溴化丁基橡胶15份、N,N'-间苯撑双马来酰亚胺0.1份、过氧化物——叔丁基过氧化异丙基碳酸脂0.1份、氧化镁0.3份、抗氧剂——2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)0.05份、石蜡0.1份、硬脂酸0.45份。
上述燃气管道修复用的高气密性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将溴化丁基橡胶采用胶粉碎造粒设备进行粉碎，粉碎后按上述配比与N,N'-间苯撑双马来酰亚胺、石蜡、硬脂酸、抗氧剂、氧化镁和过氧化物在高速混合机中进行混合，混合过程中温度不超过40℃，所述高速混合机的速度为500rpm、混合时间为8min，得到混合助剂；
(2)将HDPE、马来酸酐接枝HDPE与上述混合助剂在双螺杆挤出机上于温度150℃～190℃下进行熔融共混、挤出造粒，各区温度分别为155℃、170℃、170℃、170℃、170℃、170℃、185℃，得到燃气管道修复用的高气密性材料。
实施例3
一种燃气管道修复用的高气密性材料，包括如下重量份原材料：HDPE 90份、马来酸酐接枝HDPE 10份、氯化丁基橡胶10份、N,N'-间苯撑双马来酰亚胺0.45份、过氧化物——2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷0.3份、氧化镁0.5份、抗氧剂——N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.2份、石蜡0.3份、硬脂酸0.15份。
上述燃气管道修复用的高气密性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氯化丁基橡胶采用胶粉碎造粒设备进行粉碎，粉碎后按上述配比与N,N'-间苯撑双马来酰亚胺、石蜡、硬脂酸、抗氧剂、氧化镁和过氧化物在高速混合机中进行混合，混合过程中温度不超过40℃，所述高速混合机的速度为1000rpm、混合时间为3min，得到混合助剂；
(2)将HDPE、马来酸酐接枝HDPE与上述混合助剂在双螺杆挤出机上于温度140℃～200℃下进行熔融共混、挤出造粒，各区温度分别为145℃、175℃、175℃、175℃、175℃、175℃、195℃，得到燃气管道修复用的高气密性材料。
实施例4
一种燃气管道修复用的高气密性材料，包括如下重量份原材料：HDPE 90份、马来酸酐接枝HDPE 15份、氯化丁基橡胶15份、N,N'-间苯撑双马来酰亚胺0.3份、过氧化物——二-(叔丁基过氧异丙基)苯0.3份、氧化镁0.5份、抗氧剂——3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸正十六酯0.2份、石蜡0.3份、硬脂酸0.25份。
制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种燃气管道修复用的高气密性材料，包括如下重量份原材料：HDPE 70份、马来酸酐接枝HDPE 10份、氯化丁基橡胶10份、N,N'-间苯撑双马来酰亚胺0.2份、过氧化物——过氧化叔丁基异丙苯0.15份、氧化镁0.4份、抗氧剂——4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺0.05份、石蜡0.2份、硬脂酸0.15份。
制备方法与实施例2相同。
对以上实施例的材料进行性能测试，性能测试项目包括力学性能(拉伸强度、断裂伸长率)、冲击强度、气密性。
结果见表1。
表1实施例的燃气管道修复用的高气密性材料的性能数据
Figure BDA0002640694950000051
本发明是对当前修复管材料HDPE进行改性，将HDPE热塑性聚合物与卤化丁基橡胶在双螺杆挤出机的高温、高剪切作用下进行熔融共混，在过氧化物交联剂的作用下将HDPE中的橡胶相进行动态硫化，得到硫化橡胶相尺寸在微米级且均匀分散于HDPE中，本发明通过采用卤化丁基橡胶改性HDPE材料，是其具有较好的气密性，由表1可知，水蒸气渗透系数均≤1.0*10-13g·cm/cm2·s·pa。
本发明材料物性稳定，在贮存和加工过程中均不会发生物性变化；马来酸酐接枝HDPE作为相容剂能提高HDPE与卤化丁基橡胶的界面相容性，使本发明材料的力学性能尤其是韧性优异，不开裂，使得本发明材料用于燃气管道修复中可在复杂环境中牵引，使修复管可以做的更长。
本发明硫化后的卤化丁基橡胶在HDPE中作为分散的橡胶相，能够提高HDPE的耐候性，避免HDPE在仓库停放久了物性下降而不能正常使用的问题，本发明的材料可以作为抢险救援的应急库存材料，具有较好的耐热性及耐候性，耐油、耐化学腐蚀俱较好，较传统PE材料具有更长的使用寿命。
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 (5)

1.一种燃气管道修复用的高气密性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将卤化丁基橡胶粉碎，粉碎后按配比与N,N'-间苯撑双马来酰亚胺、石蜡、硬脂酸、抗氧剂、氧化镁和过氧化物进行混合得到混合助剂；
(2)将HDPE、马来酸酐接枝HDPE与所述混合助剂在双螺杆挤出机上进行熔融共混、挤出造粒，得到燃气管道修复用的高气密性材料；所述熔融共混的温度为140℃～220℃；
所述燃气管道修复用的高气密性材料，包括如下重量份原材料：
HDPE 70～90份、
马来酸酐接枝HDPE 10～15份、
卤化丁基橡胶10～15份、
N,N'-间苯撑双马来酰亚胺0.1～0.45份、
过氧化物0.1～0.3份、
氧化镁0.3～0.5份、
抗氧剂0.01～0.2份、
石蜡0.1～0.3份、
硬脂酸0.15～0.45份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化丁基橡胶为溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过氧化物为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧基-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化异丙基碳酸脂、过氧化叔丁基异丙苯、二-(叔丁基过氧异丙基)苯中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸正十六酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合助剂的混合过程在高速混合机中进行，混合过程中温度不超过40℃，所述高速混合机的速度为300rpm～1000rpm、混合时间为3min～8min。
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