CN112066095A - 一种耐热高密度聚乙烯结构壁b型管材及其制备方法 - Google Patents

一种耐热高密度聚乙烯结构壁b型管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于乙烯管材技术领域，具体涉及一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材及其制备方法。管材包括主管体、加强管，主体管的生产原料为复配的PE‑RT料，加强管中的PP波纹管管材料为PPR或者PPB。本发明采用复合PE‑RT复配料，搭配无机填料体系，用表面处理剂处理无机填料表面，能与耐热高密度聚乙烯形成均一体系，具有很好的相容性。在高速挤出机挤出成型，高密度聚乙烯缠绕结构B型管材有优异的耐热性能，能在60℃温度下长期使用，短期应对90℃高温环境，管材纵向回缩率低，管材氧化诱导时间长，管材环刚度大。与现有的普通排水管，具备得天独厚的耐热优势。

Description

一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材及其制备方法
技术领域
本发明属于乙烯管材技术领域，具体涉及一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材及其制备方法。
背景技术
聚乙烯(polyethylene，简称PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃共聚物。聚乙烯因无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性(最低使用温度可达-100～-70℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良，在管材、注射成形制品、电线包裹层等领域具有广泛的应用。高密度聚乙烯缠绕结构壁B型管是以高密度聚乙烯树脂为主要原料，采用热态挤塑缠绕成型工艺，以聚丙烯(PP)单壁波纹管为支撑结构制成的具有较高抗外压能力的特殊结构壁管材。迄今为止，在科学和专利文献中公开报道的排水管道提高耐热性的途径主要有三种：添加无机粉体材料，如CN1312154A公开一种无机填料填充三层复合耐热管材；采用交联聚乙烯，如CN107200902A公开一种接枝改性辐照交联聚乙烯耐热管材；使用自合成耐热聚乙烯共聚物，如CN105985490A公开一种耐热聚乙烯的制备方法及其应用。目前在高密度聚乙烯结构壁B型管领域均为普通排水管材，无使用PE-RT管材料生产耐热管材先例，也无添加耐热材料提高耐热性能的技术。耐热PE-RT是一种采用特殊的分子设计和合成工艺的可以用于热水管生产的非交联聚乙烯。由于具有独特的分子链结构和结晶构型，因此具有良好的柔韧性及加工性能，优异的低温性能和耐化学腐蚀性能，在高温条件下有良好的耐静液压性能，还有质量轻、易于运输和安装施工、可回收等优点。主要用于家庭冷热水输送管，包括地板采暖、暖气连接、热交换器、太阳能板及热循环系统等。
国外PE-RT管材料发展现状，Dow化学公司是世界范围内第一个开发并生产PE-RT管材料的公司，目前拥有DOWLEX 2344PE-RTⅠ型料和DOWLEX 2388PE-RTⅡ型料，后者比前者有更加优异的长期静液压强度，并且加工性能也获得提升。SK能源公司开发的DX800属于PE-RTⅠ型料，2007年，开发了DX900。与DX800相比综合性能得到进一步提升，高温下具有更好的长期静液压性能，属于PE-RTⅡ型料。LG化学公司开发了SP980，随后，又推出SP988管材料，属于PE-RTⅡ型料。利安德巴赛尔公司利用三釜串联工艺生产PE-RT专用料(乙烯和丁烯的共聚物)，独特的聚乙烯分子构成和共聚单体在高分子链段的特殊分布为材料提供了优异的力学性能和长期的高温蠕变性能。北欧化工公司开发了HE3466-RT管材料，可在高速挤出条件下生产不同口径管材，具有较高的熔体强度和较好的耐热性能。拥有PE-RT管材料生产技术的公司还包括韩国大林产业公司、道达尔石化公司。国内PE-RT管材料发展现状，2011年4月中国石化齐鲁石油化工公司利用Unipol气相法聚乙烯装置，采用茂金属催化剂，己烯-1为共聚单体，成功开发出QHM-22F管材料。扬子石化在2011年6月开发出新型耐热聚乙烯管材专用料YEM-4705T，并实现了工业化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材及其制备方法，使排水管材能够长期在60℃下使用，短期应对90℃的高温环境，避免在生活污水和企业废水排放的过程中，由于废水温度高引起的普通高密度聚乙烯缠绕结构壁B型管材变形，提高管材的最高使用温度。
本发明的第一目的是提供一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，包括主体管、设置在主体管外侧的加强管，所述主体管的生产原料为复配的PE-RT料，所述加强管中的PP波纹管管材料为PPR或者PPB，所述主体管由下列重量份数的各种原材料组成：复配的PE-RT料80～90份、分散剂1～3份、抗氧剂0.1～0.5份、耐热填料10～20份、表面处理剂0.1～0.5份，适量硅油。
进一步的，所述复配的PE-RT管材料参数为密度为0.9～944kg/m3，熔体流动速率为0.5～2.0g/10min，拉伸模量为800～1500MPa，拉伸断裂伸长率为>800％，拉伸屈服应力为20～35MPa，断裂拉伸应力为20～40MPa，氧化诱导时间为≥20minutes。
进一步的，所述分散剂为聚乙烯蜡、酰胺蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸中的一种或者几种混合物。
进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的一种或者两种混合物。
进一步的，所述耐热填料为玻璃纤维增强母粒、滑石粉、云母、炭黑中的一种或者两种物质以任意比例复配；所述滑石粉、云母的目数为1000-4000目，炭黑为炉法炭黑，尺寸为微米级。
进一步的，所述表面处理剂为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂及硬脂酸中的任意两种偶联剂以任意比例对无机耐热填料表面进行处理。
进一步的，所述复配的PE-RT料外层包覆聚丙烯内层，加强管一沿主体管轴向缠绕，所述主体管的管口预埋有电熔丝，所述加强管一外侧设有PE-RT聚乙烯表层。
本发明的第二目的是提供一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材的制备方法，其具体制备步骤为：
1)将复配PE-RT管材料、抗氧剂、无机耐热填料、分散剂、表面处理剂按比例称量后，在高速混合机中充分混合，混合器的温度控制在25±2℃，混合时间3-10分钟后备用；
2)将步骤1中的配混物直接吸入到单螺杆挤出机进行挤出生产，挤出机设定温度由加料口到口模共分12段，由机筒区和流道区组成，整个挤出机的加工温度控制在180℃-230℃，挤出机的主机转速控制物料在挤出机中的停留时间，挤出机的长径比大于44:1。
本发明的有益效果：
本发明采用复合PE-RT复配料，搭配无机填料体系，用表面处理剂处理无机填料表面，能与耐热高密度聚乙烯形成均一体系，具有很好的相容性。在高速挤出机挤出成型，高密度聚乙烯缠绕结构B型管材有优异的耐热性能，能在60℃温度下长期使用，短期应对90℃高温环境，管材纵向回缩率低，管材氧化诱导时间长，管材环刚度大。与现有的普通排水管，具备得天独厚的耐热优势。
附图说明
图1为本发明中的结构示意图。
图中：1、主体管，2、加强管，3、电熔丝。
具体实施方式
以下结合说明书和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
1)配方：复配PE-RT料100份，抗氧剂10100.1重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例2
1)配方：复配PE-RT料70重量份数，玻璃玻纤增强母粒30重量份数，抗氧剂1680.05重量份数，抗氧剂10760.05重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例3
1)配方：复配PE-RT料80重量份数，玻璃玻纤增强母粒20重量份数，抗氧剂1680.05重量份数，抗氧剂10760.05重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例4
1)配方：复配PE-RT料90重量份数，玻璃玻纤增强母粒10重量份数，抗氧剂1680.05重量份数，抗氧剂10100.05重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例5
1)配方：复配PE-RT料80重量份数，活化处理过的滑石粉20重量份数，目数为1250目，抗氧剂1680.05重量份数，抗氧剂10100.05重量份数，分散剂聚乙烯蜡2重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例6
1)配方：复配PE-RT料80份重量份数，活化处理过的云母粉20重量份数，目数为1250目，抗氧剂10100.1重量份数，酰胺蜡1重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例7
1)配方：复配PE-RT料85重量份数，活化处理过的硅灰石粉10重量份数，目数为1250目，炭黑5重量份数，抗氧剂10100.05重量份数，抗氧剂1680.05重量份数，聚丙烯蜡3重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例8
1)配方：复配PE-RT料80重量份数，活化处理过的硅灰石粉10重量份数，目数为1250目，云母粉10重量份数，目数为1250目，抗氧剂10100.05重量份数，抗氧剂1680.05重量份数，聚丙烯蜡3重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
实施例9
1)配方：复配PE-RT料85重量份数，炭黑15重量份数，抗氧剂10100.05重量份数，抗氧剂1680.05重量份数，聚丙烯蜡3重量份数，适量硅油。
2)制备工艺：将上述配方称量后加入高速混合机中，在25℃下搅拌5min后出料待用。
本发明的管材结构具体技术方案：如图1所示，包括主体管1，用料为实施例中的混合料，主体管1外侧设有加强管2，加强管2由包括上述实施例中的混合料和聚丙烯内层，实施例中的混合料包覆聚丙烯内层，加强管2沿主体管轴向缠绕，主体管2的管口预埋有电熔丝3。
所述主体管的生产原料为复配的PE-RT料，其复配的PE-RT材料性能指标如表1所示：
表1：复配的PE-RT材料性能指标
Figure BDA0002653745450000041
Figure BDA0002653745450000051
由以下表2给出了DN800mm管径测试数据，可以看出，按本发明的配方，混合物料具有适中的熔融指数，能够保持较好的强度和加工流动性，有利于挤出成型为管材，有利于提高聚乙烯热变形温度。制备的高密度聚乙烯缠绕结构壁B型管具有非常优越的耐热性能，制造成本低廉，工艺简单；管材纵向回收率低、氧化诱导时间(OIT)高、管材环刚度大，长期静液压性能良好。
表2：DN800管材性能指标
Figure BDA0002653745450000052
Figure BDA0002653745450000061
本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，其特征在于：包括主体管(1)、设置在主体管(1)外侧的加强管(2)，所述主体管(1)的生产原料为复配的PE-RT料，所述加强管(2)中的PP波纹管管材料为PPR或者PPB，所述主体管(1)由下列重量份数的各种原材料组成：复配的PE-RT料80～90份、分散剂1～3份、抗氧剂0.1～0.5份、耐热填料10～20份、表面处理剂0.1～0.5份，适量硅油。
2.根据权利要求1所述的一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，其特征在于：所述复配的PE-RT管材料参数为密度为0.9～944kg/m3，熔体流动速率为0.5～2.0g/10min，拉伸模量为800～1500MPa，拉伸断裂伸长率为>800％，拉伸屈服应力为20～35MPa，断裂拉伸应力为20～40MPa，氧化诱导时间为≥20minutes。
3.根据权利要求1所述的一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯蜡、酰胺蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸中的一种或者几种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的一种或者两种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，其特征在于：所述耐热填料为玻璃纤维增强母粒、滑石粉、云母、炭黑中的一种或者两种物质以任意比例复配；所述滑石粉、云母的目数为1000-4000目，炭黑为炉法炭黑，尺寸为微米级。
6.根据权利要求1所述的一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，其特征在于：所述表面处理剂为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂及硬脂酸中的任意两种偶联剂以任意比例对无机耐热填料表面进行处理。
7.根据权利要求1所述的一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材，其特征在于：所述复配的PE-RT料外层包覆聚丙烯内层，加强管(2)沿主体管(1)轴向缠绕，所述主体管(1)的管口预埋有电熔丝(3)，所述加强管(2)外侧设有PE-RT聚乙烯表层。
8.根据权利要求1-7所述的一种耐热高密度聚乙烯结构壁B型管材的制备方法，其特征在于：其具体制备步骤为：
1)将复配PE-RT管材料、抗氧剂、无机耐热填料、分散剂、表面处理剂按比例称量后，在高速混合机中充分混合，混合器的温度控制在25±2℃，混合时间3-10分钟后备用；
2)将步骤1中的配混物直接吸入到单螺杆挤出机进行挤出生产，挤出机设定温度由加料口到口模共分12段，由机筒区和流道区组成，整个挤出机的加工温度控制在180℃-230℃，挤出机的主机转速控制物料在挤出机中的停留时间，挤出机的长径比大于44:1。
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