CN119081271B - 一种耐候抗老化聚乙烯管道及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐候抗老化聚乙烯管道及其制备方法，属于高分子材料技术领域，管道采用高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、聚苯并咪唑纤维、鼠尾草酸、甘草亭酸锌、抗氧剂1010、受阻胺光稳定剂、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3‑甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷为原料；其中，将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在300℃～350℃进行改性30min～60min，得到改性物，能够较好的提高管道的耐候性、抗老化性。各成分互相配伍，采用特殊改性制备方法，更好的发挥成分协同增效作用，大幅提高聚乙烯管道的耐候性、抗老化性。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐候抗老化聚乙烯管道及其制备方法。
背景技术
聚乙烯是一种由乙烯单体聚合而成的高分子材料，能够应用于制备管道。聚乙烯管道以其良好的化学稳定性、耐腐蚀性、低摩擦系数、良好的柔韧性和易加工性等优点，被广泛应用于城市给排水、燃气输送、农业灌溉、化工流体输送等领域。在给排水领域，聚乙烯管道能够承受一定的水压，并且不会像金属管道那样容易生锈和腐蚀，从而保证了供水的质量和安全性。在燃气输送方面，聚乙烯管道具有良好的密封性和耐腐蚀性，能够有效地防止燃气泄漏，保障了居民的生命财产安全。在农业灌溉领域，聚乙烯管道的柔韧性使得它能够适应不同地形的铺设要求，并且其耐腐蚀性也能够保证长期使用。
但聚乙烯管道在长期暴露于阳光下时，会受到紫外线的辐射。紫外线会使聚乙烯分子链发生断裂，导致管道的强度和韧性下降。尤其是在户外使用的聚乙烯管道，如用于灌溉的管道和露天铺设的燃气管道等，更容易受到紫外线的影响。长期的紫外线照射会使管道表面变脆，出现裂纹，甚至会导致管道破裂，影响其正常使用。温度的变化也会对聚乙烯管道的耐候性产生影响。在高温环境下，聚乙烯管道的强度会降低，而在低温环境下，管道会变得脆硬，容易破裂。例如，在炎热的夏季，暴露在阳光下的聚乙烯管道温度会升高到较高水平，从而影响其性能。而在寒冷的冬季，特别是在北方地区，聚乙烯管道如果没有采取适当的保温措施，会因为低温而变得脆弱，容易损坏。
聚乙烯管道在空气中会与氧气发生氧化反应，随着时间的推移，氧化会使管道的性能逐渐下降。氧化会导致管道的颜色变深，表面出现粗糙现象，并且会降低管道的强度和韧性。特别是在一些含有腐蚀性气体或液体的环境中，氧化作用会更加明显。
在使用过程中，聚乙烯管道会受到各种应力的作用，如内部压力、外部压力、弯曲应力等。这些应力会加速管道的老化过程。长期的应力作用会使聚乙烯分子链发生取向，导致管道的性能不均匀。当应力超过一定限度时，管道可能会出现破裂或泄漏等问题。
综上所述，聚乙烯管道虽然具有许多优点，但在耐候性和抗老化方面仍存在一些不足。为了提高聚乙烯管道的性能和使用寿命，通常是添加抗紫外线剂、抗氧化剂等；但在长期暴露于阳光下时，或者高低温变化大环境中，还是存在质量和稳定性的不足，容易导致流体泄露。
发明内容
针对现有聚乙烯管道在耐候性和抗老化方面仍存在不足，添加抗紫外线剂、抗氧化剂在长期暴露于阳光下时，或者高低温变化大环境中，还是存在质量和稳定性的不足，容易导致流体泄露问题。本发明提供一种耐候抗老化聚乙烯管道及其制备方法，管道采用高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、聚苯并咪唑纤维、鼠尾草酸、甘草亭酸锌、抗氧剂1010、受阻胺光稳定剂、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷为原料。各成分互相配伍，采用特殊改性制备方法，更好的发挥成分协同增效作用，大幅提高聚乙烯管道的耐候性、抗老化性。其具体技术方案如下：
一种耐候抗老化聚乙烯管道，聚乙烯管道包括以下质量份数的原料：40份～50份高密度聚乙烯树脂、20份～30份线性低密度聚乙烯树脂、5份～10份聚酰亚胺树脂微粉、5份～10份纳米二氧化硅、2份～5份纳米六方氮化硼、0.5份～1份聚苯并咪唑纤维、0.5份～1.5份鼠尾草酸、0.1份～0.5份甘草亭酸锌、0.1份～0.5份抗氧剂1010、2份～4份受阻胺光稳定剂、1份～3份聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、0.5份～2份3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷。
上述技术方案中，所述聚酰亚胺树脂微粉的粒度范围为250目以下，所述聚酰亚胺树脂微粉为热塑性树脂。
上述技术方案中，所述纳米二氧化硅的粒度范围为200nm以下；所述纳米六方氮化硼的粒度范围为200nm以下。
上述技术方案中，所述聚苯并咪唑纤维的直径范围为50μm以下，长度范围为0.5mm～2mm。
上述技术方案中，所述鼠尾草酸和甘草亭酸锌的粒度范围为250目以下。
上述一种耐候抗老化聚乙烯管道的制备方法，包括如下步骤：
S1：按质量份数准备原料；
S2：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在60℃～80℃干燥4h～6h；
S3：将纳米二氧化硅和纳米六方氮化硼进行气流混合均匀，得到混合物A；
S4：将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在300℃～350℃进行改性30min～60min，冷却后，粉碎，过200目筛，取筛下物，得到改性物B；
S5：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚苯并咪唑纤维、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷加入密炼机，在140℃～160℃进行密炼5min～10min，之后加入混合物A、抗氧剂1010和受阻胺光稳定剂，继续在140℃～160℃密炼5min～10min，最后加入改性物B，在160℃～180℃密炼5min～10min，得到密炼料；密炼料经挤出机，进行挤出成型，风冷，得到定型管道。
上述制备方法的S5中，所述密炼的转速为100r/min～120r/min。
上述制备方法的S5中，所述挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
上述制备方法的S5中，所述挤出机分为进料区、压缩区、计量区和机头区：进料区的温度为150℃～170℃，压缩区的温度为170℃～190℃，计量区的温度为190℃～210℃，机头区的温度为210℃～220℃。
上述制备方法的S5中，所述挤出机的螺杆转速为30r/min～50r/min，挤出压力为10MPa～15MPa。
本发明提供的一种耐候抗老化聚乙烯管道及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、本发明管道采用高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、聚苯并咪唑纤维、鼠尾草酸、甘草亭酸锌、抗氧剂1010、受阻胺光稳定剂、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷为原料。各成分互相配伍，采用特殊改性制备方法，更好的发挥成分协同增效作用，大幅提高聚乙烯管道的耐候性、抗老化性。
二、本发明采用高密度聚乙烯树脂和线性低密度聚乙烯树脂复配，高密度聚乙烯具有较高的硬度和机械强度，能为管道提供基本的结构支撑；线性低密度聚乙烯树脂具有良好的韧性和耐环境应力开裂性，与高密度聚乙烯树脂共混能够提高管道的整体韧性，降低裂纹产生的可能性。但聚乙烯在自然环境下，易受紫外线、氧气、温度变化等因素影响而发生老化，因此设计了各种辅料成分，提高耐候性、抗老化性。聚酰亚胺树脂具有极高的耐热性、耐化学腐蚀性和机械强度，能够提高管道的耐高温性能，减少因高温引起的老化。纳米二氧化硅能够提高材料的硬度和耐磨性，具有一定的紫外线阻隔作用，减少紫外线对管道的破坏，增强材料的致密性，降低氧气和水分的渗透。纳米六方氮化硼提高材料的热稳定性，减少因温度变化引起的老化，具有一定的阻隔性能，能够阻挡外部环境中的氧气、水分等进入管道内部，减缓老化进程。聚苯并咪唑纤维增强材料的机械强度，减少因外力作用导致的材料损伤和老化，具有较高的耐热性和化学稳定性，能够提高管道在恶劣环境下的耐老化性能。鼠尾草酸能有效抑制自由基的产生，减缓聚乙烯的氧化老化过程。甘草亭酸锌具有一定的抗菌和抗紫外线性能，减少微生物侵蚀和紫外线对管道的破坏，从而提高耐候性和耐老化性能。抗氧剂1010是人工合成的抗氧化剂，能阻止氧化反应的发生，延长管道的使用寿命。受阻胺光稳定剂是专门针对紫外线的稳定剂，能够吸收或猝灭紫外线激发产生的自由基，防止紫外线对管道的破坏。
三、 聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物能够改善材料的柔韧性和弹性，减少因应力集中而产生的裂纹和老化。聚二甲基硅氧烷部分具有良好的耐候性和防水性，能够保护管道免受外部环境的侵蚀。3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷是偶联剂，增强各成分之间的结合力，提高材料的整体性能和稳定性。
四、聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌具有协同增效作用。抗氧化协同：鼠尾草酸作为天然抗氧化剂，与甘草亭酸锌共同作用，更有效地抑制自由基的产生和氧化反应，聚酰亚胺树脂微粉则通过提高材料的整体稳定性，进一步增强抗氧化效果，共同延缓聚乙烯的老化。抗紫外线协同：甘草亭酸锌的抗紫外线性能与聚酰亚胺树脂微粉的耐高温和耐紫外线特性相结合，更好地保护管道免受紫外线的破坏；鼠尾草酸也在一定程度上增强抗紫外线效果。抗菌协同：甘草亭酸锌的抗菌性能与聚酰亚胺树脂微粉的化学稳定性共同作用，减少微生物对管道的侵蚀，延长管道使用寿命。聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌配合使用能够大幅提高聚乙烯管道的耐候性、抗老化性。
五、聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸、甘草亭酸锌和聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物的配合使用具有协同增效作用。耐候性综合提升：聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物的耐候性和防水性与聚酰亚胺树脂微粉的耐高温、耐化学腐蚀性能以及鼠尾草酸和甘草亭酸锌的抗氧化、抗紫外线、抗菌性能相结合，全方位提高管道的耐候性和耐老化性能。防护协同：聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物在管道表面形成一层保护膜，阻挡外部环境因素的侵入，而聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌则从内部增强材料的稳定性和抗氧化能力，共同为管道提供更强大的防护。性能互补：各成分在不同方面发挥优势，相互补充，例如聚酰亚胺树脂微粉提供机械强度和耐高温性能，聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物改善柔韧性和防水性，鼠尾草酸和甘草亭酸锌提供抗氧化和抗菌性能，共同提升管道的综合性能。
六、本发明方法设计将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在300℃～350℃进行改性，使聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌结合性更好，协同增效作用更好，能够进一步提高聚乙烯管道的耐候性、抗老化性。
七、本发明方法将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂在60℃～80℃干燥4h～6h，去除原料中的水分，防止在加工过程中产生气泡或水解等问题，提高聚乙烯管道的质量。
八、本发明方法将、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在60℃～80℃干燥4h～6h，以去除其表面的吸附水和挥发杂质，提高各材料的分散性。尤其是能够提高鼠尾草酸、甘草亭酸锌与聚酰亚胺树脂微粉混合效果，进而提高结合均一性，更加均匀的提高聚乙烯管道的耐候性、抗老化性。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种耐候抗老化聚乙烯管道，聚乙烯管道包括以下质量份数的原料：45份高密度聚乙烯树脂、25份线性低密度聚乙烯树脂、7.5份聚酰亚胺树脂微粉、7.5份纳米二氧化硅、3.5份纳米六方氮化硼、0.8份聚苯并咪唑纤维、1份鼠尾草酸、0.3份甘草亭酸锌、0.3份抗氧剂1010、3份受阻胺光稳定剂、2份聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、1份3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷。
上述一种耐候抗老化聚乙烯管道的制备方法，包括如下步骤：
S1：按质量份数准备原料；
S2：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在70℃干燥5h；
S3：将纳米二氧化硅和纳米六方氮化硼进行气流混合均匀，得到混合物A；
S4：将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在320℃进行改性50min，冷却后，粉碎，过200目筛，取筛下物，得到改性物B；
S5：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚苯并咪唑纤维、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷加入密炼机，在150℃进行密炼8min，转速为100r/min，之后加入混合物A、抗氧剂1010和受阻胺光稳定剂，继续在150℃密炼6min，转速为100r/min，最后加入改性物B，在170℃密炼8min，转速为120r/min，得到密炼料；密炼料经双螺杆挤出机，进行挤出成型，风冷，得到定型管道；
其中，挤出机分为进料区、压缩区、计量区和机头区：进料区的温度为160℃，压缩区的温度为180℃，计量区的温度为200℃，机头区的温度为215℃；挤出机的螺杆转速为40r/min，挤出压力为12MPa。
实施例2
一种耐候抗老化聚乙烯管道，聚乙烯管道包括以下质量份数的原料：40份高密度聚乙烯树脂、20份线性低密度聚乙烯树脂、5份聚酰亚胺树脂微粉、5份纳米二氧化硅、2份纳米六方氮化硼、0.5份聚苯并咪唑纤维、0.5份鼠尾草酸、0.1份甘草亭酸锌、0.1份抗氧剂1010、2份受阻胺光稳定剂、1份聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、0.5份3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷。
上述一种耐候抗老化聚乙烯管道的制备方法，包括如下步骤：
S1：按质量份数准备原料；
S2：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在60℃干燥4h；
S3：将纳米二氧化硅和纳米六方氮化硼进行气流混合均匀，得到混合物A；
S4：将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在300℃进行改性30min，冷却后，粉碎，过200目筛，取筛下物，得到改性物B；
S5：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚苯并咪唑纤维、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷加入密炼机，在140℃进行密炼5min，转速为100r/min，之后加入混合物A、抗氧剂1010和受阻胺光稳定剂，继续在140℃密炼5min，转速为100r/min，最后加入改性物B，在160℃密炼5min，转速为100r/min，得到密炼料；密炼料经双螺杆挤出机，进行挤出成型，风冷，得到定型管道；
其中，挤出机分为进料区、压缩区、计量区和机头区：进料区的温度为150℃，压缩区的温度为170℃，计量区的温度为190℃，机头区的温度为210℃；挤出机的螺杆转速为30r/min，挤出压力为10MPa。
实施例3
一种耐候抗老化聚乙烯管道，聚乙烯管道包括以下质量份数的原料：42份高密度聚乙烯树脂、22份线性低密度聚乙烯树脂、6份聚酰亚胺树脂微粉、6份纳米二氧化硅、2.5份纳米六方氮化硼、0.6份聚苯并咪唑纤维、0.8份鼠尾草酸、0.2份甘草亭酸锌、0.2份抗氧剂1010、2.5份受阻胺光稳定剂、1.5份聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、0.8份3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷。
上述一种耐候抗老化聚乙烯管道的制备方法，包括如下步骤：
S1：按质量份数准备原料；
S2：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在65℃干燥4.5h；
S3：将纳米二氧化硅和纳米六方氮化硼进行气流混合均匀，得到混合物A；
S4：将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在320℃进行改性40min，冷却后，粉碎，过200目筛，取筛下物，得到改性物B；
S5：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚苯并咪唑纤维、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷加入密炼机，在145℃进行密炼6min，转速为100r/min，之后加入混合物A、抗氧剂1010和受阻胺光稳定剂，继续在145℃密炼6min，转速为100r/min，最后加入改性物B，在165℃密炼6min，转速为100r/min，得到密炼料；密炼料经双螺杆挤出机，进行挤出成型，风冷，得到定型管道；
其中，挤出机分为进料区、压缩区、计量区和机头区：进料区的温度为155℃，压缩区的温度为175℃，计量区的温度为195℃，机头区的温度为210℃；挤出机的螺杆转速为35r/min，挤出压力为12MPa。
实施例4
一种耐候抗老化聚乙烯管道，聚乙烯管道包括以下质量份数的原料：50份高密度聚乙烯树脂、30份线性低密度聚乙烯树脂、10份聚酰亚胺树脂微粉、10份纳米二氧化硅、5份纳米六方氮化硼、1份聚苯并咪唑纤维、1.5份鼠尾草酸、0.5份甘草亭酸锌、0.5份抗氧剂1010、4份受阻胺光稳定剂、3份聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、2份3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷。
上述一种耐候抗老化聚乙烯管道的制备方法，包括如下步骤：
S1：按质量份数准备原料；
S2：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在80℃干燥6h；
S3：将纳米二氧化硅和纳米六方氮化硼进行气流混合均匀，得到混合物A；
S4：将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在350℃进行改性60min，冷却后，粉碎，过200目筛，取筛下物，得到改性物B；
S5：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚苯并咪唑纤维、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷加入密炼机，在160℃进行密炼10min，转速为120r/min，之后加入混合物A、抗氧剂1010和受阻胺光稳定剂，继续在160℃密炼10min，转速为120r/min，最后加入改性物B，在180℃密炼10min，转速为120r/min，得到密炼料；密炼料经单螺杆挤出机，进行挤出成型，风冷，得到定型管道；
其中，挤出机分为进料区、压缩区、计量区和机头区：进料区的温度为170℃，压缩区的温度为190℃，计量区的温度为210℃，机头区的温度为220℃；挤出机的螺杆转速为50r/min，挤出压力为15MPa。
实施例5
一种耐候抗老化聚乙烯管道，聚乙烯管道包括以下质量份数的原料：48份高密度聚乙烯树脂、28份线性低密度聚乙烯树脂、8份聚酰亚胺树脂微粉、9份纳米二氧化硅、4份纳米六方氮化硼、0.8份聚苯并咪唑纤维、1.3份鼠尾草酸、0.4份甘草亭酸锌、0.4份抗氧剂1010、3.5份受阻胺光稳定剂、2.5份聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、1.5份3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷。
上述一种耐候抗老化聚乙烯管道的制备方法，包括如下步骤：
S1：按质量份数准备原料；
S2：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在75℃干燥5.5h；
S3：将纳米二氧化硅和纳米六方氮化硼进行气流混合均匀，得到混合物A；
S4：将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在340℃进行改性55min，冷却后，粉碎，过200目筛，取筛下物，得到改性物B；
S5：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚苯并咪唑纤维、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷加入密炼机，在155℃进行密炼8min，转速为120r/min，之后加入混合物A、抗氧剂1010和受阻胺光稳定剂，继续在155℃密炼10min，转速为120r/min，最后加入改性物B，在175℃密炼8min，转速为120r/min，得到密炼料；密炼料经单螺杆挤出机，进行挤出成型，风冷，得到定型管道；
其中，挤出机分为进料区、压缩区、计量区和机头区：进料区的温度为165℃，压缩区的温度为185℃，计量区的温度为205℃，机头区的温度为220℃；挤出机的螺杆转速为45r/min，挤出压力为14MPa。
上述各实施例中：采用的高密度聚乙烯树脂为中石化的HDPE，TR210耐高低温高刚性抗紫外线挤出管材级聚乙烯。采用的线性低密度聚乙烯树脂为茂名石化的LLDPE，DFDA-7042薄膜级挤出管材级低密度线型聚乙烯，密度0.92g/cm3。采用的聚酰亚胺树脂微粉的粒度范围为250目以下，聚酰亚胺树脂微粉为热塑性树脂，来源于黄山聚鑫新材料有限公司。采用的纳米二氧化硅的粒度范围为200nm以下。采用的纳米六方氮化硼的粒度范围为200nm以下，来源于安徽科润纳米科技有限公司。采用的聚苯并咪唑纤维的直径范围为50μm以下，长度范围为0.5mm～2mm，来源于上海益昌盛新材料有限公司。采用的鼠尾草酸的粒度范围为250目以下，鼠尾草酸含量60%，来源于陕西丹尼斯生物科技有限公司。采用的甘草亭酸锌的粒度范围为250目以下，来源于嶅稞新材料科技（上海）有限公司。采用的受阻胺光稳定剂型号为UV-770，来源于东莞市康锦新材料科技有限公司。采用的抗氧剂1010来源于东莞市星原化工有限公司。采用的聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物来源于溧阳市瑞普新材料有限公司。采用的3-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷来源于山东钠镁新材料有限公司。
对比例1
聚乙烯管道中不添加纳米六方氮化硼，纳米六方氮化硼的质量份数由高密度聚乙烯树脂替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例2
聚乙烯管道中不添加聚苯并咪唑纤维，聚苯并咪唑纤维的质量份数由高密度聚乙烯树脂替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例3
聚乙烯管道中不添加聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物，聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物的质量份数由高密度聚乙烯树脂替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例4
聚乙烯管道中不添加鼠尾草酸，鼠尾草酸的质量份数由高密度聚乙烯树脂替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例5
聚乙烯管道中不添加甘草亭酸锌，甘草亭酸锌的质量份数由高密度聚乙烯树脂替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例6
聚乙烯管道中不添加聚酰亚胺树脂微粉，聚酰亚胺树脂微粉的质量份数由高密度聚乙烯树脂替代；制备方法中省略S4，S5中的改性物B由鼠尾草酸和甘草亭酸锌替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例7
聚乙烯管道中不添加聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌，聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌的质量份数均由高密度聚乙烯树脂替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例8
聚乙烯管道中同时不添加聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸、甘草亭酸锌和聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物，各成分的质量份数均由高密度聚乙烯树脂替代；其他参数和方法同实施例1。
对比例9
制备方法中，省略S4，不制备改性物B；S5中改性物B直接由聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌的混合物替代；其他参数和方法同实施例1。
将上述各实施例和对比例的材料制备成检测试样进行如下性能检测。
聚乙烯管道样品：试样规格为外直径32mm、厚度3.5mm的管道，表面清洁、无明显缺陷。
一、取部分样品检测（初始值）：观察外观合格；使用电子万能试验机进行拉伸强度和断裂伸长率测试；采用压力试验机检测抗压变形强度；使用硬度计测量管道的硬度；外直径32mm。检测结果如下表1所示。
表1管道初始值性能检测结果
由上述结果可知，实施例1至实施例5管道具有良好的力学性能。由对比例1的结果可知，不添加纳米六方氮化硼会降低拉伸强度、抗压强度和硬度。由对比例2的结果可知，不添加聚苯并咪唑纤维会降低拉伸强度、抗压强度，提高断裂伸长率。由对比例3的结果可知，不添加聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物使成分结合度差，会降低拉伸强度、抗压强度和硬度。由对比例4的结果可知，不添加鼠尾草酸对管道的各项初始力学性能影响不大。由对比例5的结果可知，不添加甘草亭酸锌对管道的各项初始力学性能影响不大。由对比例6的结果可知，不添加聚酰亚胺树脂微粉，会降低拉伸强度、抗压强度和硬度。由对比例7的结果可知，聚乙烯管道中不添加聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌，管道力学性能与对比例6的管道力学性能相当。由对比例8的结果可知，不添加聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸、甘草亭酸锌和聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物，管道力学性能下降相对较大。由对比例9的结果可知，不制备改性物B；S5中改性物B直接由聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌的混合物替代；管道力学性能与对比例6和对比例7的管道力学性能相当，影响不大。
二、耐候性、抗老化检测实验：
1. 取部分样品放入氙灯老化试验箱中，光照强度：0.55W/m²/nm（340nm）；温度：60℃；湿度：50%；每隔2h喷水10min。
2. 进行不同时间的老化试验：30d、60d。
3. 在每个老化时间节点，取出部分样品进行以下检测（终值），外观检查：观察管道表面是否出现裂纹、变色、粉化等现象；力学性能测试：使用电子万能试验机进行拉伸强度和断裂伸长率测试；使用硬度计测量管道的硬度；尺寸测量：测量外直径尺寸是否有明显变化。
4.检测数据结果分析，记录出现裂纹、变色、粉化等现象的时间和程度；计算拉伸强度变化率、断裂伸长率变化率、硬度变化率、外直径尺寸变化率；变化率=（终值-初始值）/初始值×100%。检测结果如下表2所示。
表2管道耐候性、抗老化检测实验结果
“-”代表变小。
外观情况的评价等级标准：
裂纹等级标准：
1分-优秀：无任何裂纹出现；
2分-良好：有极细微裂纹，长度小于管道周长的1/10，且裂纹宽度极窄，几乎不可见；
3分-中等：裂纹长度为管道周长的1/10至1/5，裂纹宽度较窄，需要仔细观察才能发现；
4分-较差：裂纹长度为管道周长的1/5至1/3，裂纹宽度明显，能直接观察到；
5分-很差：裂纹长度超过管道周长的1/3，裂纹宽度较大，对管道结构完整性有明显影响。
变色等级标准：
1分-优秀：颜色与老化试验前基本无变化；
2分-良好：颜色略有变化，但不明显，在正常光照下难以察觉；
3分-中等：颜色变化较为明显，但仍在可接受范围内，不影响管道的整体外观；
4分-较差：颜色变化较大，与老化试验前相比有明显差异，对管道外观有一定影响；
5分-很差：颜色严重变化，与老化试验前相比完全不同，严重影响管道外观。
粉化等级标准：
1分-优秀：无粉化现象；
2分-良好：有极轻微粉化，用手触摸几乎感觉不到；
3分-中等：粉化程度较轻，用手触摸能感觉到轻微粉末，但不影响管道表面的平整度；
4分-较差：粉化程度较为明显，用手触摸有较多粉末，管道表面平整度受到一定影响；
5分-很差：严重粉化，用手触摸有大量粉末脱落，管道表面平整度严重受损。
外观评级：根据裂纹、变色、粉化三个方面的等级进行加权平均，裂纹的权重为40%、变色的权重为30%、粉化的权重为30%，根据各方面的等级得分计算出总体得分，再确定总体的外观等级。外观评级=裂纹平分×40%+变色平分×30%+粉化平分×30%。
由上述结果可知，实施例1至实施例5管道具有优异的耐候性、耐老化性。由对比例1的结果可知，纳米六方氮化硼能提高材料的热稳定性，减少因温度变化引起的老化，具有一定的阻隔性能，阻挡外部环境中的氧气、水分等进入管道内部，减缓老化进程；不添加纳米六方氮化硼会降低管道的耐候性、耐老化性。由对比例2的结果可知，聚苯并咪唑纤维具有较高的耐热性和化学稳定性，提高管道在恶劣环境下的耐老化性能；不添加聚苯并咪唑纤维会降低管道的耐候性、耐老化性。由对比例3的结果可知，聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物具有良好的耐候性和防水性，保护管道免受外部环境的侵蚀；不添加聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物会降低管道的耐候性、耐老化性。由对比例4的结果可知，鼠尾草酸作为一种天然抗氧化剂，能有效减缓聚乙烯的氧化老化过程；不添加鼠尾草酸会降低管道的耐候性、耐老化性。由对比例5的结果可知，甘草亭酸锌具有一定的抗菌和抗紫外线性能，减少紫外线对管道的破坏，从而提高耐候性和耐老化性能；不添加甘草亭酸锌会降低管道的耐候性、耐老化性。由对比例6的结果可知，聚酰亚胺树脂微粉具有极高的耐热性、耐化学腐蚀性和机械强度，能够提高管道的耐温性能和抗老化能力；不添加聚酰亚胺树脂微粉会降低管道的耐候性、耐老化性。由对比例7的结果可知，聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌的协同增效作用，大幅提高管道耐温性能和抗老化能力。鼠尾草酸作为天然抗氧化剂，与甘草亭酸锌共同作用，更有效地抑制自由基的产生和氧化反应，聚酰亚胺树脂微粉则通过提高材料的整体稳定性，进一步增强抗氧化效果，共同延缓聚乙烯的老化。甘草亭酸锌的抗紫外线性能与聚酰亚胺树脂微粉的耐高温和耐紫外线特性相结合，更好地保护管道免受紫外线的破坏。由对比例8的结果可知，聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物的耐候性和防水性与聚酰亚胺树脂微粉的耐高温、耐化学腐蚀性能以及鼠尾草酸和甘草亭酸锌的抗氧化、抗紫外线、抗菌性能相结合，全方位提高管道的耐候性和耐老化性能。聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物在管道表面形成一层保护膜，阻挡外部环境因素的侵入，而聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌则从内部增强材料的稳定性和抗氧化能力，共同为管道提供更强大的防护。各成分在不同方面发挥优势，相互补充，例如聚酰亚胺树脂微粉提供机械强度和耐高温性能，聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物改善柔韧性和防水性，鼠尾草酸和甘草亭酸锌提供抗氧化和抗菌性能，共同提升管道的综合性能；大幅提高管道耐温性能和抗老化能力。由对比例8的结果可知，省略S4，不制备改性物B；S5中改性物B直接由聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌的混合物替代；证明了，不进行改性会影响聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌的协同增效作用。
Claims (9)
1.一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，聚乙烯管道包括以下质量份数的原料：40份～50份高密度聚乙烯树脂、20份～30份线性低密度聚乙烯树脂、5份～10份聚酰亚胺树脂微粉、5份～10份纳米二氧化硅、2份～5份纳米六方氮化硼、0.5份～1份聚苯并咪唑纤维、0.5份～1.5份鼠尾草酸、0.1份～0.5份甘草亭酸锌、0.1份～0.5份抗氧剂1010、2份～4份受阻胺光稳定剂、1份～3份聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、0.5份～2份3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷；
所述聚乙烯管道的制备方法包括如下步骤：
S1：按质量份数准备原料；
S2：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚酰亚胺树脂微粉、纳米二氧化硅、纳米六方氮化硼、鼠尾草酸、甘草亭酸锌分别在60℃～80℃干燥4h～6h；
S3：将纳米二氧化硅和纳米六方氮化硼进行气流混合均匀，得到混合物A；
S4：将聚酰亚胺树脂微粉、鼠尾草酸和甘草亭酸锌进行混合均匀，然后在300℃～350℃进行改性30min～60min，冷却后，粉碎，过200目筛，取筛下物，得到改性物B；
S5：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚苯并咪唑纤维、聚二甲基硅氧烷钛酸酯交联聚合物、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷加入密炼机，在140℃～160℃进行密炼5min～10min，之后加入混合物A、抗氧剂1010和受阻胺光稳定剂，继续在140℃～160℃密炼5min～10min，最后加入改性物B，在160℃～180℃密炼5min～10min，得到密炼料；密炼料经挤出机，进行挤出成型，风冷，得到定型管道。
2.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，所述聚酰亚胺树脂微粉的粒度范围为250目以下，所述聚酰亚胺树脂微粉为热塑性树脂。
3.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒度范围为200nm以下；所述纳米六方氮化硼的粒度范围为200nm以下。
4.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，所述聚苯并咪唑纤维的直径范围为50μm以下，长度范围为0.5mm～2mm。
5.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，所述鼠尾草酸和甘草亭酸锌的粒度范围为250目以下。
6.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，S5中，所述密炼的转速为100r/min～120r/min。
7.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，S5中，所述挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
8.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，S5中，所述挤出机分为进料区、压缩区、计量区和机头区：进料区的温度为150℃～170℃，压缩区的温度为170℃～190℃，计量区的温度为190℃～210℃，机头区的温度为210℃～220℃。
9.根据权利要求1所述的一种耐候抗老化聚乙烯管道，其特征在于，S5中，所述挤出机的螺杆转速为30r/min～50r/min，挤出压力为10MPa～15MPa。
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