CN1132221A - 耐磨蚀性高密度聚乙烯/弹性体组合物及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高密度聚乙烯/弹性体组合物及其制备方法，其技术特征是用机械共混方法在高密度聚乙烯主体树脂中共混入弹性体以改进现有高密度聚乙烯的耐腐蚀性。本发明提供的制备方法简单易行，制备的组合物的磨蚀速率为改性前高密度聚乙烯的60～92％，为钢的0.5～17％，可广泛用于制作浆体输送管或钢塑复合管的内衬管，也可用于制作替换浆体处理设备中遭受浆体磨蚀的机械部件。
Description
本发明涉及一种耐磨蚀性高密度聚乙烯/弹性体组合物及制备方法。
工业上有大量浆体需要输送，如来自金属选矿厂的精矿浆体和尾矿浆体，来自煤炭输送需要的煤炭浆体、来自热电厂的灰碴浆体、来自河流疏浚的泥沙浆体等。浆体是固体小颗粒悬浮在液体中形成的非均相流体。在输送时，浆体中固体粒子会不断冲刷输送管道管壁，导致管壁处的质量损失和厚度损失，最终影响管路的使役寿命。浆体造成的这种磨损方式通常叫做磨蚀。
浆体造成的磨蚀是一种特殊的磨损破坏方式，与通常遇到的固体——固体摩擦磨损破坏方式有很大的不同。前者是在接近自由磨粒条件下进行的，每个磨粒的动量和能量是有限的。后者则是在强制施加正压力并可充分供应磨损所需能量条件下进行的。在承受摩擦磨损的破坏显示出优异性能的钢铁材料，在浆体造成的磨蚀破坏下则承受力大大降低。据《矿冶工程》杂志(1989(4)P10～14)报导，在某些条件下，浆体对钢铁的磨蚀是很严重的，可达10毫米/年。因而，人们力图从高分子材料领域寻找一种替代钢铁的理想材料，以制作输送浆体的管道。
高密度聚乙烯以其优异的耐磨蚀性能，而成为目前具有发展前途的浆体输送管用材料。据文献(《现代塑料加工应用》，1992(2)P24～28)报导，它的耐磨蚀性是钢管的4倍以上，使用寿命相当于钢管的2～6倍。但该文献所列数据也表明，若能对高密度聚乙烯进行改性，提高其耐磨蚀性，就可以进一步提高管路的使用寿命，带来更好的经济效益和社会效益。
对于改进高密度聚乙烯耐磨蚀性的方法，目前尚未见报导。
本发明的任务是对现有高密度聚乙烯进行改性，以为浆体输送领域提供一种耐磨蚀性更好的管用材料及其制备方法。
本发明的任务是通过这样一种技术方案完成的：即在高密度聚乙烯主体树脂中，加入弹性体，并采用机械共混的方法，在共混温度150～170℃下，熔融共混10～20分钟，然后拉片、切粒，使之生成高密度聚乙烯/弹性体组合物。该组合物中含有高密度聚乙烯60～95份，弹性体5～40份(质量份)。
本发明所用的高密度聚乙烯可为乙烯的均聚物、乙烯与碳原子3～12的α-烯烃的共聚物中的任一种或两种以上组合。
本发明所用的弹性体为橡胶弹性体，可为天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶中的任一种或两种以上组合。
本发明共混采用的机械设备可为双滚筒炼塑机、密炼机、单螺杆或双螺杆共混挤出机。
为了克服一次熔融共混时弹性体粒子自粘不易分散的缺点，可采取两次分步熔融共混，即先将配比为30～70份的高密度聚乙烯和30～70份(质量份)的弹性体进行熔融共混制成母料；再将制得的母料与高密度聚乙烯进行熔融共混制成前述配比的组合物。
当考虑改善本发明提供的组合物在制成浆体输送管道时的其它实用性能，可在制备高密度聚乙烯/弹性体组合物时加入交联剂。交联剂可选用过氧化二异丙苯等有机过氧化物，或溴代酚醛树脂等树脂型交联剂，其用量为0.2～2.0份(以高密度聚乙烯质量为100份计)。
用本发明提供的方法制备出高密度聚乙烯/弹性体组合物后，可在自制的旋臂式磨蚀试验仪上进行磨蚀试验。自制的旋臂式磨蚀试验仪结构示意见附图，它主要由一个内装浆体的浆体槽4和置入其中带有六只旋臂2的一根旋转轴1构成。每只旋臂2上有一个样条座3，可安放一个样条。样条厚4毫米，有效磨蚀面积为32×24毫米。旋转轴1转速可在150～600转/分范围内调节。旋转轴1旋转切线方向的逆方向为浆体冲击样条的方向。该方向与样条平面法线夹角的余角为浆体与样条的相对冲击角度。改变样条座3的方向，可在0～90度内调整相对冲击角度。
本发明提供的制备高密度聚乙烯/弹性体组合物的方法简单易行；以攀枝花尾矿矿砂为磨料时，本法制备的高密度聚乙烯/弹性体组合物的磨蚀速率为改性前的高密度聚乙烯磨蚀速率的60～92％，为钢的0.5～17％，可广泛用于制作浆体输送管或钢塑复合管的内衬管，也可以用于制作替代浆体处理设备中遭受浆体磨蚀的机械部件。
实施例1
制备：
将90千克高密度聚乙烯(齐鲁石化公司产品，牌号6098)、10千克顺丁橡胶、0.6千克溴代酚醛树脂加入密炼机中密炼熔融混合20分钟。密炼机温度控制165±5℃。密炼产物在双滚筒炼塑机上拉片，然后用切粒机切粒即得高密度聚乙烯/弹性体组合物。
磨蚀试验：
先将以上制得的组合物产物取一定量在压力成形机上压制成厚度为4毫米，有效磨蚀面积为32×24毫米的片，然后安放在自制的旋臂式磨蚀试验仪的样条座中进行磨蚀试验。
磨蚀试验所用浆体用我国攀枝花铁矿尾矿矿砂加自来水配制。矿砂粒度分布如表1。
表1
| 粒度(毫米) | 小于0.13 | 0.13～0.15 | 0.15～0.18 | 0.18～0.25 | 0.25～0.30 | 0.30～0.42 | 0.42～0.59 | 0.59～0.84 | 大于0.84 |
| 质量(千克) | 14.0 | 5.7 | 14.5 | 5.3 | 14.5 | 32.5 | 8.7 | 3.8 | 1.0 |
浆体配制成不同浓度(质量百分浓度)。磨蚀时间100小时。样条在磨蚀前、后称重，根据磨蚀造成的质量损失换算为厚度损失，计算出以毫米/年(1年＝8000小时)表示的磨蚀率。
对照样为改性前的高密度聚乙烯(牌号6098)和45钢。
磨蚀结果如表2。
表2
| 转 速(转/分) | 相对冲击角度(度) | 浆体浓度(％) | 磨蚀速率 (毫米/年) | ||
| 组合物 | 高密度聚乙烯 | 45钢 | |||
| 180240240240360420 | 201020602060 | 202020502020 | 0.030.180.160.311.475.33 | 0.050.280.210.431.605.85 | 5.5610.159.809.0918.2331.30 |
实施例2
制备：
按表4所列的配比将高密度聚乙烯、顺丁橡胶在双滚筒炼塑机上熔融混炼20分钟后拉片，滚筒温度控制155±5℃。然后用切粒机切粒。
磨蚀试验：
将在压力成形机上压制的样片装入自制的旋臂式磨蚀试验仪中。试验条件控制为：转速240转/分，相对冲击角度60度，浆体浓度20％，磨蚀时间100小时。以改性前高密度聚乙烯和A3钢为对照样。
浆体用我国太和铁矿铁精矿矿砂与自来水配成。矿砂粒度分布见表3。
表3
| 粒度(毫米) | 小于0.13 | 0.13～0.15 | 0.15～0.18 | 0.18～0.25 | 0.25～0.30 | 0.30～0.42 | 0.42～0.59 | 0.59～0.84 | 大于0.84 |
| 重量(千克) | 9.5 | 6.1 | 6.8 | 9.2 | 15.7 | 14.2 | 21.0 | 13.1 | 4.4 |
磨蚀试验结果见表4。
表4
| 组合物2-1 | 组合物2-2 | 组合物2-3 | 高密度聚乙烯 | A3钢 | |
| 高密度聚乙烯/顺丁橡胶(千克/千克) | 95/5 | 80/20 | 60/40 | 100/0 | |
| 磨蚀速率(毫米/年) | 0.18 | 0.13 | 0.06 | 0.22 | 10.21 |
实施例3
本实施例按照表5所列配比将高密度聚乙烯(牌号6098)和丁基橡胶或乙丙橡胶，分别用实施例2所述的方法制备和进行磨蚀试验。试验结果见表5。
表5
| 组合物3-1 | 组合物3-2 | 高密度聚乙烯 | A3钢 | |
| 高密度聚乙烯(千克)丁基橡胶 (千克)乙丙橡胶 (千克) | 9010 | 9010 | 100 | |
| 磨蚀速率(毫米/年) | 0.11 | 0.16 | 0.22 | 10.21 |
实施例4
本实施例为两次分步熔融共混制备高密度聚乙烯/弹性体组合物。
第一步：制备母料。将50千克高密度聚乙烯(牌号6098)、50千克顺丁橡胶在密炼机中密炼熔融混合20分钟，密炼机温度控制165±5℃；然后将密炼产物在双滚筒炼塑机上拉片，用切粒机切粒即得母料。
第二步：制备组合物。将上述母料20千克，高密度聚乙烯(牌号6098)80千克按照实施例2所述方法、条件制备组合物和进行磨蚀试验，结果见表6。
表6
| 组合物 | 高密度聚乙烯 | A3钢 | |
| 磨蚀速率(毫米/年) | 0.17 | 0.22 | 10.21 |
实施例5
本实施例按照实施例1所述配方、制备方法，进行高密度聚乙烯/弹性体组合物的制备，然后对样条进行长周期磨蚀试验。
磨蚀时间800小时，每100小时更换一次浆体。浆体浓度20％，浆体用攀枝花尾矿矿砂加自来水配制，矿砂粒度分布同实施例1。试验时相对冲击角度20度，转速240转/分。
磨蚀试验结果见表7。
表7
| 组合物 | 高密度聚乙烯 | 45钢 | |
| 磨蚀速率(毫米/年) | 0.13 | 0.17 | 7.26 |
Claims (6)
1、一种耐磨蚀性高密度聚乙烯/弹性体组合物，其特征在于该组合物中含有高密度聚乙烯60～95份，弹性体5～40份(质量份)。
2、根据权利要求1所述的耐磨蚀性高密度聚乙烯/弹性体组合物，其特征在于还含有交联剂，该交联剂或为过氧化二异丙苯等有机过氧化物，或为溴代酚醛树脂等树脂型交联剂，其含量为0.2～2.0份(以高密度聚乙烯质量为100份计)。
3、根据权利要求1或2所述的耐磨蚀性高密度聚乙烯/弹性体组合物，其特征在于所含高密度聚乙烯为乙烯的均聚物、乙烯与碳原子数3～12的α-烯烃的共聚物中的任一种或两种以上组合。
4、根据权利要求1或2所述的耐磨蚀性高密度聚乙烯/弹性体组合物，其特征在于所含弹性体为橡胶弹性体，可为天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶中的任一种或两种以上的组合。
5、一种制备耐磨蚀性高密度聚乙烯/弹性体组合物的方法，其特征在于将高密度聚乙烯和弹性体或高密度聚乙烯、弹性体和交联剂，用双滚筒炼塑机、密炼机、单螺杆或双螺杆共混挤出机，在共混温度150～170℃下进行一次熔融共混或两次分步熔融共混，共混时间10～20分钟，然后拉片、切粒。
6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于两次分步熔融共混是：先将配比为30～70份(质量份)的高密度聚乙烯和30～70份(质量份)的弹性体制成母料；再将制得的母料与高密度聚乙烯进行共混。
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