CN114561059A - 用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，该管材使用接枝料和催化母粒交联制成主管体；接枝料按重量份计包括高密度聚乙烯，抗氧剂，辅助抗氧剂，引发剂，硅烷，辅助剂，催化母粒按重量份计，由高密度聚乙烯，抗氧剂，辅助抗氧剂，二月桂酸二丁基锡，硅油，改性剂，交联剂组成，所述接枝料和催化母粒投入双螺旋设备，通过双螺旋设备混合挤出，并在90度水温下进行12小时以上的慢交联制成主管体。
Description
技术领域
本发明涉及管道加工，具体涉及一种用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法。
背景技术
交联聚乙烯即是利用化学或物理方法，将聚乙烯的分子结构从直链状改变为三维空间的网状结构。聚乙烯经过交联以后，不仅保持了聚乙烯原有的优良特性，还能够改善聚乙烯的机械性能、耐热性能、耐腐蚀及抗蠕变性能。
当前聚乙烯交联一般采用物理交联和化学交联的方式，物理交联的交联均匀度较高，但是物理交联需要使用高能粒子射线作用于绝缘层，受到辐射能量的的影响，管材厚度较大时，物理交联一般不理想，故通常采用化学交联；当前化工输送管网建设过程中，普遍使用的是钢骨架塑料管、玻璃钢管；由于钢骨架塑料管、玻璃钢管构件的管道都存在不同程度的不耐腐蚀、韧性差、易折损、单管长度短、接头多、对温度的适应性和气密性差的缺点，导致管网的安装和维护过程中需要进行焊接、探伤、补口以及防腐补充等工序，使得管网的建设和维护成本非常高；因此如何优化现有管材，填补钢骨架塑料管、玻璃钢管在化工管网上引用的不足，是值得研究及改进研发的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，以期望填补现有的钢骨架塑料管、玻璃钢管在应用于石油、天然气开采时，在高温、高压、高腐蚀环境中的维护成本较高，且安装繁琐的的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，该管材使用接枝料和催化母粒交联制成主管体；上述接枝料按重量份计，包括：高密度聚乙烯60-95份，抗氧剂0.1-0.5份，辅助抗氧剂0.2-1份，引发剂0.003-0.01份，硅烷1.0-2.5份，辅助剂0.1份；上述催化母粒按重量份计，由高密度聚乙烯99份，抗氧剂0.1-0.5份，辅助抗氧剂0.2-0.6份，二月桂酸二丁基锡0.02-0.08份，硅油0.1-0.5份，改性剂0.3-2份，交联剂0.06-0.1份组成；上述接枝料和催化母粒投入双螺旋设备，通过双螺旋设备混合挤出，并在90度水温下进行12小时以上的慢交联制成主管体。
作为优选，上述枝接料的高密度聚乙烯为两种以上聚乙烯混合物，且选用的聚乙烯密度具有偏差。
作为优选，上述改性剂为硅酮改性剂，上述硅烷为复配的硅烷偶联剂，上述辅助剂为润滑试剂。
作为优选，上述改性剂为含氟改性剂，上述辅助剂为纳米二氧化硅。
作为优选，上述主管体外壁设有包裹防护管，上述防护管为高密度聚乙烯薄膜缠绕在主管体外壁。
本发明的还公开了用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法的作步骤，包括步骤A，接枝料挤出设置，选用现有的挤出机，并对挤出机进行配模设置，确定拉伸比为3至4，配模系数为1.1，再模套口的光洁程度，其挤出机的螺杆转速设置为40至50转/分，上述挤出机采用四段加热，分别为加料段、压缩段、熔融段和均化段，且四段加热温度逐步递增；上述加料段温度为172-177摄氏度，压缩段温度为177—182摄氏度，熔融段温度为182—187摄氏度，均化段温度为187—192摄氏度。步骤B，接枝料制备，将密度聚乙烯、抗氧剂、辅助抗氧剂、引发剂、硅烷和辅助剂投入挤出机，通过硅烷交联的方式得到接枝料。步骤C，催化母粒制备，将高密度聚乙烯、抗氧剂、辅助抗氧剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、改性剂和交联剂一并加入到螺杆挤出机中挤出造粒，得到催化母粒。步骤D，产物交联，将接枝粒料和催化剂粒料投入双螺旋设备进行混合挤压，利用双螺旋设备的螺杆挤出主管体，挤出的主管体放入到90摄氏度的恒温水浴锅中，进行交联。
与现有技术相比，本发明的有益效果是至少是：本发明制备的主管体具有良好的耐腐蚀、韧性，同时采用挤出方式进行生产，其单管长度可以根据需求扩大，在安装过程中不需要多个接头对接、同时使得聚乙烯材料的耐温强度达到85摄氏度，能够良好适应性油开采和天然气输的高温高压和腐蚀性环境中的输送需求。
附图说明
图1为微交联样品的储能模量损耗曲线图。
图2为微交联样品的拉伸流变曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本发明的一个实施是，一种用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，该管材使用接枝料和催化母粒交联制成主管体；包括：取高密度聚乙烯95千克、抗氧剂5千克、辅助抗氧剂1千克，引发剂10克，硅烷2500克，辅助剂100克；
其中，抗氧剂为现有的含磷抗氧剂，其中辅助抗氧剂也为含磷抗氧剂，可以是亚磷酸酯抗氧剂。从单独使用抗氧剂会对接枝率产生一定影响，为了消除抗氧剂对接枝率的影响，通过辅助抗氧剂改善抗氧剂对接枝率影响风险。
其中，引发剂主要用于控制凝胶率，利用引发剂确保致接枝料的凝胶率稳定，从而保证材料的交联性能。在接枝反应温度下,聚乙烯大分子链上引发产生游离基的化合物均可做自由基引发剂,其引发剂在反应温度下的半衰期通常小于5分钟, 由于引发剂用量少,难以控制,用量过大极易造成基料过度降解或交联，并且温度升高时,过氧化物与聚乙烯的反应速率会提高，表现为自由基之间会产生交联,使得自由基与硅烷之间的反应速率就会降低。导致整个材料脆性增大或流动性下降。为了提高接枝效果,并避免早期固化,其引发剂可以选用复配引发剂，例如二叔丁基过氧化物（DTBP）和叔丁基过氧基己烷(DHBP)复配的混合物。当硅烷浓度一定时,随着引发剂浓度的增加,接枝效率和接枝程度增大,当引发剂浓度超过这一极限值时,不再对接枝反应产生更大的影响。
上述催化母粒由高密度聚乙烯99千克，抗氧剂500克，辅助抗氧剂600克，二月桂酸二丁基锡80克，硅油500克，改性剂2千克，交联剂100克组成。
其中，二月桂酸二丁基锡作为催化体系，其二月桂酸二丁基锡的使用主要用于调控交联的时间，通过二月桂酸二丁基锡的成分，在催化母粒与接枝料挤塑过程中，能够有效避免因接枝料与催化母粒的聚乙烯成分在成型时出现预交联，使得在枝接料和催化母粒在混合挤出后，在较长时间的慢交联过程中，不会出现分散性的预交联，不会影响熔体流动性，避免交联后管材的表面粗糙度大。
其交联剂为现有商品，主要用于使线型支链型的大分子转变成三维网状结构，以提高以此提高强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性等性能；故交联剂可以是现有的三乙氧基硅烧， 以提高交联过程中的硅含量。值得注意的是，若交联剂选用其他的有机过氧化物；需要避免添加酸性物，对于抗氧剂的添加需要慎重而精确，以避免交联剂对交联效果产生不良影响。
上述接枝料和催化母粒投入双螺旋设备，通过双螺旋设备混合挤出，并在90度水温下进行12小时以上的慢交联制成主管体。由于高密度聚乙烯支链少，接枝困难，因此，双螺旋设备的双螺杆在接枝过程中需要使用高扭矩变速箱，以满足挤压性能。
其中，硅烷的枝接会阻碍大分子之间的规整排列，具体表现在结晶速率下降，一方面降低结晶速率在一定程度上影响了交联的效率，恰巧满足缓慢交联的腔体，因此，硅烷对交联的利影响能够在温度90摄氏度的水作用下，使硅氧基能够逐渐水解成不稳定的羟基，同时在催化剂的作用下使聚乙烯缓慢且稳定的交联；从而保证相对完全的交联。
一般为了确定管材在准静态加载和静态加载下的力学行为。采用不同应变率和不同温度下的单向拉伸测试、蠕变和应力松弛测试；其中，单向拉伸试验的目的首先在于研究应变率和温度对交联后的管材的弹性模量，屈服应力，拉伸曲线等力学特性影响，其次观测材料在相应测试下的失效模式，并且通过对比轴向拉压试验结果判断管材的拉压特性是否一致。其中，蠕变反应表示恒定应力下，应变随时间的逐渐增加；应力松弛对应于恒定应变，其应力随时间的逐渐衰减并最终稳定。通过蠕变和应力松弛的测试，能够了解高密度聚乙烯的管材的流变特性以及静态载荷作用下的耐久性能，并且通过上述测试，能够为后续循环载荷作用下的失效和疲劳研究提供试验依据和方法数据指导。
高温试验时，需要恒定目标温度，将试件放置在温控箱里夹持好，然后将温度调节至目标温度。通过热电偶配合读数器控制试件表面温度，待试件表面温度达到目标温度并且至少恒温保持1小时以上，即可进行相应试验。
熔体流动速率测试按照 GB/T 3682—2000 进行测试，一般的测试温度取200摄氏度，测试载荷为5kg。对于动态流变性能测试：将试样在190摄氏度进行频率扫描，其扫描至少两次以上，测试条件分别为：应变为1%，角频率扫描范围0.01-100 rad/s；以及应变为1%，角频率扫描范围0.1-650rad/s。拉伸流变测试：测试温度分别为 170摄氏度、180摄氏度、190摄氏度、200摄氏度，拉伸应变速率统一为0.1 s，拉伸时间统一为30秒。
其中，为控制交联剂的使用，参见图1和图2所示，取样进行微交联实验，随着交联剂含量的增加，微交联样品的熔体强度逐渐增大0.20%的交联剂的拉伸黏度较纯料提高数倍。判断为枝接料的分子链间发生了轻度的交联，使得枝接料的相对分子质量增大并含有更多长支链结构，导致在分子链受拉过程中,分子链间发生了缠结作用，从而表达为拉伸黏度上升。同时，聚合物的分子量及其分布是聚合物链结构的基本参数，直接影响材料的物理力学性能和加工性能；色谱微交联样品的相对分子质量及其分布曲线；微交联样品的色谱曲线随着交联剂含量的增加，逐渐向较高相对分子质量方向移动，相对分子质量分布变宽，但当交联剂含量低于0.15%时，重均分子量交联变化缓慢。分析认为，当交联剂含量较低时，由于枝接料的分子量分布较宽，存在较多的超低分子量短链消耗交联剂，使得交联剂在基体中产生的有效交联较少，而当交联剂含量超过 0.15% 时，聚合物分子链间的有效交联增多，使得枝接料的交联效率快速增长，其变化趋势与熔融指数的变化趋势相对应。参见图1，随着交联剂含量的增加，储能和损耗的交点向低方向倾斜，体现微交联样品的分子链所需的松弛时间增加；由于微交联样品中长支链含量增加，分子链间的缠结增多。因此，交联剂的加入使聚合物的相对分子质量增大并含有更多长支链结构，使得分子链间的相互缠结增多，分子链解取向受到抑制，导致所需解取向时间增加。
实施例2：
本发明的一个实施例是，上述枝接料的高密度聚乙烯为两种以上聚乙烯混合物，且选用的聚乙烯密度具有偏差；其偏差需要满足高密度聚乙烯的结晶度吸收峰为多峰分布，具体的说，上述枝接料的高密度聚乙烯为两种以上的聚乙烯混合物，且混合物的密度不同，高密度聚乙烯取用的均为市面上的现有聚乙烯原料，具体选用聚乙烯的熔体流动速率MFR大于0.9g/10min，满足材料加工流动性。
其中，高密度聚乙烯本身的抗快速龟裂的脆性、断裂性能相比于中密度聚乙烯更加优越，然而高密度聚乙烯的更为线性，且分支相对较少，在结晶度的吸收上，主要表达为单峰分布，因此在高密度聚乙烯的选择时，在相对密度为0.941以上的范围内，可以选用多种密度的高密度聚乙烯混合，使用于枝接的高密度聚乙烯的结晶度吸收峰存在多峰分布，从而结晶度，使得交联反应更为良好，有利于后期产品进行可长期输送温度液体或气体。其高密度聚混的聚乙烯可以是以下牌号的混合物HDPE-HMCRP100N、HDPE-TR480、HDPE-QHE系列、HDPE-HM5010T2N。
实施例3：
本发明的一个实施例是，上述改性剂为硅酮改性剂，上述硅烷为复配的硅烷偶联剂，上述辅助剂为润滑试剂；其中润滑试剂可以是现有的氮化硼润滑剂，一方面能够提高枝接料的抗化侵蚀性，避免后续使用被无机酸侵蚀。
其硅烷偶联剂自身的反亲水型聚合物以及无机材料要求增黏时进行使用，由于异种材料间的黏接可度受到一系列因素的影响，诸如润湿、表面能、界面层及极性吸附、酸碱的作用及共价键反应等，考虑到硅烷偶联剂与聚合物所含官能团的反应活性；其中，改性剂需要适配硅酮改性剂，通过提高熔融树脂的流动性，从而保证物质的粘合度，同时能够提高接枝料表面的光滑性，从而易于在双螺旋设备中进行充模和脱模。
实施例4：
本发明的一个实施例是，上述改性剂为含氟改性剂，上述辅助剂为纳米二氧化硅；其中，上述改性剂为含氟改性剂，其含氟改性剂在挤出机中混入熔体中,在表面张力的作用下含氟改性剂在持续挤出过程中，具有向熔体表面移动并附着在挤出机螺杆表面的趋势；使得含氟改性剂在熔体流经时，能够形成一层良好的润滑层；并且含氟改性剂能够在一定程度上调高聚乙烯阻燃性；
值得注意的是，由于该过程需要保持湿度相对的动态平衡，否者会出现含氟改性剂在聚乙烯材料上效果不佳的情况，因此通过纳米二氧化硅作为辅助剂，利用纳米二氧化硅动态吸释可控制溶液湿度，从而有利于设备内部环境处于相对平衡的状态。以便于挤出过程中，通过提高挤出机转速，保证管材表面的光泽、着色以及平整度水平。反之动态平衡不平衡可能使熔体表观粘度等下降，导致管材表面性能影响。
实施例5：
本发明的另一个实施例是，上述主管体外壁设有包裹防护管，上述防护管为高密度聚乙烯薄膜缠绕在主管体外壁。其中防护管的高密度聚乙烯薄膜可以是现有的DHPE-P301KUBL。
将螺杆转速放在 10rpm, 将料斗插板打开排料；将主管体穿过模具，固定在牵引绳上，调节好放线张力，后调动牵引调速器使主管体在牵引力下保持水平放置，待料到达机头后 , 将主管体的牵引移动速度稳定在 4m/min，随后根据推出的料调节偏芯；相应最薄的一面将螺丝逆时针拧松 , 然后再在厚的一面顺时针拧紧进行调整，待偏心调好以后才能正式开车生产，使高密度聚乙烯薄膜持续性的附着在主管体外壁。
值得注意的是，推料时必须检查绝缘料是否有残留物以及表面是否光滑、圆整；推料时保证各区温度正常，低速下排料，同时注意观察主机电流表和电压表指针的示值，防止主机负荷过大而损坏，需要等待至排出的防护管塑化正常后，再调节螺杆速；上述防护管塑化过程中可能出现废弃段，则将废弃段统一收集，并使用机械锻压将废弃段粉碎，得到报废的交联聚乙烯粉碎块，可通过混合高密度聚乙烯并加入增强剂，再通过双螺杆挤出机塑化并混合均匀挤出造粒，使造粒依旧可以用于二次利用。其增强剂可以是蒙脱土。
实施例6：
本发明的一个实施例是，用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，包括如下操作步骤：步骤A，接枝料挤出设置，选用现有的挤出机，并对挤出机进行配模设置，确定拉伸比为3至4，配模系数为1.1，再模套口的光洁程度，其挤出机的螺杆转速设置为40至60转/分，转速太慢会增加在机筒内的停留时间，导致物料过早交联，转速太快将剪切力和熔体的摩擦热增大从而也加大过早交联的可能性。
上述挤出机采用四段加热，分别为加料段、压缩段、熔融段和均化段，且四段加热温度逐步递增；上述加料段温度为172-177摄氏度，压缩段温度为177—182摄氏度，熔融段温度为182—187摄氏度，均化段温度为187—192摄氏度。因此通过加料段进行预热，如果机身压缩段及均化段温度太低，将会导致剪切过度、熔化不充分，太高则先期交联。
步骤B，接枝料制备，将密度聚乙烯、抗氧剂、辅助抗氧剂、引发剂、硅烷和辅助剂投入挤出机，通过硅烷交联的方式得到接枝料；在接枝过程中，聚合物在游离引发剂及热解成的自由基作用下，失去H原子产生自由基，该自由基与乙烯基硅烷的 -CH=CH2 基反应生成含有三氧基硅酯基的接枝聚合物。
步骤C，催化母粒制备，将高密度聚乙烯、抗氧剂、辅助抗氧剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、改性剂和交联剂一并加入到螺杆挤出机中挤出造粒，得到催化母粒；步骤D，产物交联，将接枝粒料和催化剂粒料投入双螺旋设备进行混合挤压，利用双螺旋设备的螺杆挤出主管体，挤出的主管体放入到90摄氏度的恒温水浴锅中，进行交联。即混合催化母粒和接枝高密度聚乙烯混合挤出，所生产出的管材通90度的水经12小时交联后，生产出的管材，重量轻、耐高温,完全能满足SY/T6662.2-2020标准要求，同时用它制成的输油输气管采用GB/T1633-2000标准中B50法测试，维卡温度可达85摄氏度，适用多种高温高压和腐蚀性环境中的液体及气体输送。
实施例7：
本实施例为检测实施例，以B50法对产品进行测量维卡软化温度，即使用50N的力，按照GB/T8802-2201的标准进行测定。取产品横截面为产品试样，取三个方向的式样进行独立检测，横截面可为圆形、方形或长方形，其产品直径或对角线长度10mm，且试样表面平整、平行、无飞边。硬度按照GB/T2411-2008标准进行检测，冲击强度按照GB/T1843-2008检测，抗拉伸使用GB/T8804-2003标准进行，交联度按照GB/T18474标准进行；其中，受试材料的维卡软化温度以试样维卡软化温度的算术平均值来表示。如果每个方向的试样的试验结果偏差范围超过2摄氏度，记下单个试验结果并用另一组剩下的至少两个试样重复进行一次试验。并通过三方检测产品参数如下：
| 编号 | 性能 | 检测指标 | 备注 |
| 1 | 屈服强度 | 24.8MPa | |
| 2 | 断裂伸长率 | 520% | |
| 3 | 冲击强度 | 78KJ/m<sup>2</sup> | |
| 4 | 维卡软化温度 | 85.8℃ | B<sub>50</sub>法 |
| 5 | 邵氏硬度 | 62HD | |
| 6 | 交联度 | 66.2% | |
| 7 | 密度 | 0.950g/cm<sup>3</sup> | |
| 8 | 氧化诱导期 | 95min | 检测温度200℃ |
| 9 | 40%NaOH溶液94小时浸泡屈服强度变化率 | -0.8% | 外观无龟裂、变粘、异状 |
| 10 | 30%HCL溶液94小时浸泡屈服强度变化率 | -0.82% | 外观无龟裂、变粘、异状 |
| 11 | 30%H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>溶液94小时浸泡屈服强度变化率 | -0.46% | 外观无龟裂、变粘、异状 |
由此经过检测主管体的屈服强度为24.8MPa；断裂伸长率520%；冲击强度78KJ/m2；按照B50法进行测定，其维卡软化温度85.8℃；邵氏硬度62HD；交联度66.2%；密度0.950g/cm3；检测温度为200℃的情况下，氧化诱导期为95min；随后样品试用如下溶液进行浸泡观察：
使用40%NaOH溶液浸泡94小时后，屈服强度变化率为-0.8%，主管体的样品外观无龟裂、变粘、异状。
使用30%HCL溶液浸泡94小时后，屈服强度变化率-0.82%；主管体的样品外观无龟裂、变粘、异状。
使用30%H2SO4溶液浸泡94小时后，屈服强度变化率-0.46%；主管体的样品外观无龟裂、变粘、异状。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、 “实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (6)
1.一种用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，其特征在于：该管材使用接枝料和催化母粒交联制成主管体；所述接枝料按重量份计，包括：高密度聚乙烯60-95份，抗氧剂0.1-0.5份，辅助抗氧剂0.2-1份，引发剂0.003-0.01份，硅烷1.0-2.5份，辅助剂0.1份；
所述催化母粒按重量份计，由高密度聚乙烯99份，抗氧剂0.1-0.5份，辅助抗氧剂0.2-0.6份，二月桂酸二丁基锡0.02-0.08份，硅油0.1-0.5份，改性剂0.3-2份，交联剂0.06-0.1份组成；
所述接枝料和催化母粒投入双螺旋设备，通过双螺旋设备混合挤出，并在90度水温下进行12小时以上的慢交联制成主管体。
2.根据权利要求1所述的用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，其特征在于：所述枝接料的高密度聚乙烯为两种以上聚乙烯混合物，且选用的聚乙烯密度具有偏差。
3.根据权利要求1所述的用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，其特征在于：所述改性剂为硅酮改性剂，所述硅烷为复配的硅烷偶联剂，所述辅助剂为润滑试剂。
4.根据权利要求1所述的用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，其特征在于：所述改性剂为含氟改性剂，所述辅助剂为纳米二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，其特征在于：所述主管体外壁设有包裹防护管，所述防护管为高密度聚乙烯薄膜缠绕在主管体外壁。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的用于石油开采和天然气输送聚乙烯管材制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：步骤A，接枝料挤出设置，选用现有的挤出机，并对挤出机进行配模设置，确定拉伸比为3至4，配模系数为1.1，再模套口的光洁程度，其挤出机的螺杆转速设置为40至50转/分，所述挤出机采用四段加热，分别为加料段、压缩段、熔融段和均化段，且四段加热温度逐步递增；所述加料段温度为172-177摄氏度，压缩段温度为177—182摄氏度，熔融段温度为182—187摄氏度，均化段温度为187—192摄氏度；
步骤B，接枝料制备，将密度聚乙烯、抗氧剂、辅助抗氧剂、引发剂、硅烷和辅助剂投入挤出机，通过硅烷交联的方式得到接枝料；
步骤C，催化母粒制备，将高密度聚乙烯、抗氧剂、辅助抗氧剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、改性剂和交联剂一并加入到螺杆挤出机中挤出造粒，得到催化母粒；
步骤D，产物交联，将接枝粒料和催化剂粒料投入双螺旋设备进行混合挤压，利用双螺旋设备的螺杆挤出主管体，挤出的主管体放入到90摄氏度的恒温水浴锅中，进行交联。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109438808A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-08 | 江苏德威新材料股份有限公司 | 发热电缆用硅烷交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法和应用 |
| CN112409675A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-02-26 | 威远凤凰高新材料有限责任公司 | 高压柔性复合管材料及其制备方法 |
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-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109438808A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-08 | 江苏德威新材料股份有限公司 | 发热电缆用硅烷交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法和应用 |
| CN113956400A (zh) * | 2020-07-21 | 2022-01-21 | 中国石化扬子石油化工有限公司 | 一种管材用硅烷交联聚乙烯树脂组合物及制备管材的方法 |
| CN112409675A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-02-26 | 威远凤凰高新材料有限责任公司 | 高压柔性复合管材料及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115785552A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-14 | 天津泰达滨海清洁能源集团有限公司 | 一种输送氢气的聚乙烯管材及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220531 |