CN112574490A - 高密度聚乙烯阻燃子管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高密度聚乙烯阻燃子管，由以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯100份、增塑剂3‑6份、1010型抗氧化剂0.1‑0.8份、168型抗氧化剂0.2‑1份、硬脂酸钙0.3‑2份、58#石蜡0.2‑3份、二氧化钛8‑15份、2000目的轻质碳酸钙4‑8份、卤代烃3‑6份。本发明的聚乙烯管材具有较佳抗紫外线能力，有效延缓聚乙烯管材的老化速度，同时兼具有较佳的阻燃性能，适应高层建筑、煤矿等场所的使用需求。本发明还提出一种高密度聚乙烯阻燃子管的制备方法，能够提高管材的制备速度，且原料在反应釜中混合均匀，化学反应平稳。

Description

高密度聚乙烯阻燃子管及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乙烯管材技术领域，特别是涉及一种高密度聚乙烯阻燃子管及其制备方法。
背景技术
目前，在国家电网基础设施以及5G设备安装过程中，聚乙烯管材具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，广泛应用于电线或电缆的布线埋设、电力和光缆护套等场所。
随着社会的发展，单纯的聚乙烯管材已不能完全满足社会的需要，人们对聚乙烯管材的性能提出了更高的要求，往往需要通过物理或者化学方法进行改性来提高其性能。
目前的聚乙烯管材露天使用时，在紫外光线的作用下，易发生老化，变色、变脆甚至粉化，从而丧失其力学性能，影响了聚乙烯管材的使用，因而需要对聚乙烯管材通过物理或者化学方法进行改良，使其具有较好的抗老化性能，延长使用年限和扩展使用范围。此外，根据客户的要求，也需要聚乙烯管材具有较佳的阻燃性能，以满足特殊作业场所的需求。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提出了一种高密度聚乙烯阻燃子管，具有较佳抗紫外线能力，有效延缓管材的老化速度，同时兼具有较佳的阻燃性能，适应国家电网设备安装、5G设施建设等场所的使用需求。
本发明的二个目的是：提出一种高密度聚乙烯阻燃子管的制备方法，能够提高管材的制备速度，且原料在反应釜中混合均匀，化学反应平稳。
本发明的技术解决方案是这样实现的：一种高密度聚乙烯阻燃子管，由以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯100份、增塑剂3-6份、1010型抗氧化剂0.1-0.8份、168型抗氧化剂0.2-1份、硬脂酸钙0.3-2份、 58#石蜡0.2-3份、二氧化钛8-15份、2000目的轻质碳酸钙4-8份、卤代烃3-6 份。
进一步的，所述高密度聚乙烯、1010型抗氧化剂、增塑剂按照先后顺序混合。
进一步的，所述硬脂酸钙为1200目。
进一步的，所述卤代烃为二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷中的一种。
一种高密度聚乙烯阻燃子管的制备方法，使用上述的高密度聚乙烯阻燃子管的原料制备而成；示制备方法包括如下步骤：
S1、按照各原料的重量份数称重配料；
S2、将二分之一重量份的高密度聚乙烯、1010型抗氧化剂、增塑剂按照先后顺序投入反应釜中，控制反应釜温度在60-80℃，并控制反应釜的搅拌时间不少于30min；
S3、将剩余二分之一重量份的高密度聚乙烯、硬脂酸钙、168型抗氧化剂、卤代烃按照先后顺序投入反应釜中；控制反应釜温度在80-100℃，并控制反应釜的搅拌时间不少于30min；
S4、将58#石蜡、轻质碳酸钙和二氧化钛投入反应釜中，并将反应釜升温至100-120℃，并控制搅拌时间不少于2h。
进一步的，所述步骤S3中的搅拌时间为45min。
进一步的，在所述步骤S4之后还包括如下步骤：
S5、经由S4步骤混合后的原料通过双螺杆挤出机挤出，并冷却真空定型；双螺杆挤出机在挤出方向上具有第一区段、第二区段和机头；第一区段温度为 120℃；第二区段温度为125℃；机头温度为130℃。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明的子管以高密度聚乙烯为主料，配合添加了卤代烃、轻质碳酸钙和硬脂酸钙对其进行改性，卤代烃对轻质碳酸钙和硬脂酸钙表面改性，不仅可以提高碳轻质碳酸钙和硬脂酸钙在聚乙烯中的相容性，而且还可以提高轻质碳酸钙和硬脂酸钙表面化学活性。轻质碳酸钙和硬脂酸钙与高密度聚乙烯发生交联反应，一方面可以提高轻质碳酸钙和硬脂酸钙在聚乙烯中的分散性及相容性，另一方面还可以提高高密度聚乙烯的抗撕裂、抗拉伸等力学强度。成型后的管材因含有较多的钙组分，管材在燃烧的过程中能够形成坚硬致密的钙化层，以降低管材的热释放速率，减慢管材的热分解速率，有效降低聚乙烯的分解温度，赋予管材较佳的阻燃性能。通过加入二氧化钛粉末，二氧化钛和高密度聚乙烯共聚物结合后，纳米二氧化钛具有优异的紫外线屏蔽效果，可以赋予聚乙烯优异的耐紫外线性能。
2、在本发明的子管的制备方法中，摒弃了传统的各原料集中混合的方式，采用分份量、分批次的方式进行混合反应。高密度聚乙烯分两次进入反应釜中，通过先后顺序添加不同型号的抗氧化剂，能够有效防止高密度聚乙烯被氧化，提高其改性后的性能。如此同时，反应釜的温度以阶梯上升的方式提高，使得反应釜内部的各原料的混合反应速率维持在一个较佳的平稳区间，各原料的混合反应速率不会发生较大波动，有效提高各原料在反应釜中混合程度，间接提高聚乙烯管材的制备速度。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
本实施例的高密度聚乙烯阻燃子管具有以下原料：高密度聚乙烯100份、增塑剂、1010型抗氧化剂、168型抗氧化剂、硬脂酸钙、58#石蜡、二氧化钛、2000目的轻质碳酸钙、卤代烃。其中，增塑剂为选用氯化聚乙烯。卤代烃选用二氯乙烷，硬脂酸钙选用1200目。
上述的原料的含量配比为：高密度聚乙烯100份、增塑剂3份、1010型抗氧化剂0.1份、168型抗氧化剂0.2份、硬脂酸钙0.3份、58#石蜡0.2份、二氧化钛8份、2000目的轻质碳酸钙4份、卤代烃3份。
上述子管的制备步骤：
S1、按照各原料的重量份数称重配料；
S2、将二分之一重量份的高密度聚乙烯、1010型抗氧化剂、增塑剂按照先后顺序投入反应釜中，控制反应釜温度在70℃，并控制反应釜的搅拌时间 45min；
S3、将剩余二分之一重量份的高密度聚乙烯、硬脂酸钙、168型抗氧化剂、卤代烃按照先后顺序投入反应釜中；控制反应釜温度在85℃，并控制反应釜的搅拌时间为45min；
S4、将58#石蜡、轻质碳酸钙和二氧化钛投入反应釜中，并将反应釜升温至105℃，并控制搅拌时间2h；该步骤中，58#石蜡、轻质碳酸钙和二氧化钛的投放顺序不作要求，可以混合投放，也可以分开投放；
S5、经由S4步骤混合后的原料通过双螺杆挤出机挤出，并冷却真空定型；双螺杆挤出机在挤出方向上具有第一区段、第二区段和机头；第一区段温度为 120℃；第二区段温度为125℃；机头温度为130℃。
上述的反应釜的温度和搅拌时间通过程序控制，其中，反应釜的搅拌时间越长，各原料的搅拌也越充分。通过综合考虑加工成本因素和质量因素，步骤 S2、步骤S3和步骤S4中的温度数值和搅拌时间数值为最优数值。其中双螺杆挤出机为常规设备，反应釜与双螺杆挤出机的进料口相连接，其温度按照步骤 S5中的数值通过程序控制。
上述制备方法中，摒弃了传统的各原料集中混合的方式，采用分份量、分批次的方式进行混合反应。高密度聚乙烯分两次进入反应釜中，通过先后顺序添加不同型号的抗氧化剂，能够有效防止高密度聚乙烯被氧化，提高其改性后的性能。如此同时，反应釜的温度以阶梯上升的方式提高，使得反应釜内部的各原料的混合反应速率维持在一个较佳的平稳区间，各原料的混合反应速率不会发生较大波动，有效提高各原料在反应釜中混合程度，间接提高本实施例子管的制备速度。
上述的增塑剂、58#石蜡为聚乙烯管材制备过程中的常规配料，其作用和效果不作赘述。
实施例二
本实施例的各原料种类与实施例一相同，其制备方法与实施例一相同，但是具有不同的配比。
其中，本实施例原料的含量配比为：高密度聚乙烯100份、增塑剂4份、 1010型抗氧化剂0.2份、168型抗氧化剂0.3份、硬脂酸钙0.6份、58#石蜡0.5 份、二氧化钛12份、2000目的轻质碳酸钙6份、卤代烃5份。
实施例三
本实施例的各原料种类与实施例一相同，其制备方法与实施例一相同，但是具有不同的配比。
其中，本实施例原料的含量配比为：高密度聚乙烯100份、增塑剂6份、 1010型抗氧化剂0.8份、168型抗氧化剂1份、硬脂酸钙2份、58#石蜡3份、二氧化钛15份、2000目的轻质碳酸钙8份、卤代烃6份。
对比试验
在对比试验中，对比的管材选用目前市面上的广泛使用的普通聚乙烯管材。实施例一、实施例二和实施例三中所成型的子管各选用若干根，并裁切至2米长度。选用的管材与各实施例中成型的子管具有相同外径、壁厚等尺寸。
1、阻燃试验
本试验采用企业标准中的火焰蔓延试验，其中聚乙烯管材燃烧时间≤30s, 被烧掉的长度≤75mm即为合格。
对比管材 实施例一 实施例二 实施例三
燃烧时间(s) 30 30 30 30
燃烧长度(mm) 65 52 46 51
燃烧速率(mm/s) 2.2 1.7 1.5 1.7
燃烧时间(s) 20 20 20 20
燃烧长度(mm) 43 35 31 34
燃烧速率(mm/s) 2.2 1.8 1.6 1.7
燃烧时间(s) 10 10 10 10
燃烧长度(mm) 22 17 16 17
燃烧速率(mm/s) 2.2 1.7 1.6 1.7
由上表格可知，对比管材和各实施例中的成型管材的燃烧速率维持在一个较为稳定的数值范围，且各实施例的管材的燃烧速率明显低于对比管材，阻燃性能明显。其中，以实施例二的阻燃性能最佳。
2、抗老化试验
在封闭的空间中采用紫外线照射管材的方式，以模拟紫外线照射对管材性能的影响。紫外线波长为300nm,辐射强度为2W/㎡。试验结果如下表所示：
Figure RE-GDA0002936030490000061
由上表格可知，各实施例中的成型管材的初始拉伸屈服强度和断裂伸长率均高于对比管材。各实施例中的成型管材的拉伸屈服强度和断裂伸长率的衰减速率在不同时长的紫外光照下均低于对比管材，抗紫外线能力佳，耐老化能力强。其中，以实施例二的耐老化能力最佳。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高密度聚乙烯阻燃子管，其特征在于：由以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯100份、增塑剂3-6份、1010型抗氧化剂0.1-0.8份、168型抗氧化剂0.2-1份、硬脂酸钙0.3-2份、58#石蜡0.2-3份、二氧化钛8-15份、2000目的轻质碳酸钙4-8份、卤代烃3-6份。
2.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯阻燃子管，其特征在于：所述高密度聚乙烯、1010型抗氧化剂、增塑剂按照先后顺序混合。
3.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯阻燃子管，其特征在于：所述硬脂酸钙为1200目。
4.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯阻燃子管，其特征在于：所述卤代烃为二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷中的一种。
5.一种高密度聚乙烯阻燃子管的制备方法，使用权利1-4中任意一项所述的高密度聚乙烯阻燃子管的原料制备而成；其特征在于：所示制备方法包括如下步骤：
S1、按照各原料的重量份数称重配料；
S2、将二分之一重量份的高密度聚乙烯、1010型抗氧化剂、增塑剂按照先后顺序投入反应釜中，控制反应釜温度在60-80℃，并控制反应釜的搅拌时间不少于30min；
S3、将剩余二分之一重量份的高密度聚乙烯、硬脂酸钙、168型抗氧化剂、卤代烃按照先后顺序投入反应釜中；控制反应釜温度在80-100℃，并控制反应釜的搅拌时间不少于30min；
S4、将58#石蜡、轻质碳酸钙和二氧化钛投入反应釜中，并将反应釜升温至100-120℃，并控制搅拌时间不少于2h。
6.根据权利要求5所述的高密度聚乙烯阻燃子管的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的搅拌时间为45min。
7.根据权利要求5所述的高密度聚乙烯阻燃子管的制备方法，其特征在于：在所述步骤S4之后还包括如下步骤：
S5、经由S4步骤混合后的原料通过双螺杆挤出机挤出，并冷却真空定型；双螺杆挤出机在挤出方向上具有第一区段、第二区段和机头；第一区段温度为120℃；第二区段温度为125℃；机头温度为130℃。
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