專利名稱：高密度聚乙烯合金管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度聚乙烯合金管及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有聚乙烯樹(shù)脂，由于具有密度低，脆化溫度低，韌性好，耐腐蝕絕緣性能好，易于 施工和安裝等特點(diǎn)，被廣泛用于制作給水管、燃?xì)夤芮野l(fā)展較快。但由于聚乙烯軟化溫度 低，HDPE熔點(diǎn)為130°C，LDPE熔點(diǎn)稍高于100°C，拉伸強(qiáng)度低、剛性差，耐磨性、耐化學(xué)藥品 性、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性及耐熱性等性能不佳，對(duì)烴類溶劑和燃料油阻隔性不足，在日光照射 下易被紫外線破壞，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種既有較好的相容效果，又能形成較好的 彈性界面層，且組織結(jié)構(gòu)緊密，耐熱性和抗沖擊性明顯改善，還制造工藝簡(jiǎn)單可靠，原材料 來(lái)源廣泛豐富，成本低，環(huán)保，節(jié)能，無(wú)環(huán)境污染，便于普及推廣。為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種高密度聚乙烯合金管，它選用高密度聚乙烯HDPE100為基 礎(chǔ)樹(shù)脂，使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入超細(xì)微粉碳酸鈣CaCO3與低密度聚乙烯樹(shù)脂LDPE， 再與改性劑PA6進(jìn)行共混制成改性PE合金產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)上述目的進(jìn)一步措施，制造一種高密度聚乙烯合金管的方法，它的操作步 驟如下(I)制備HDPE改性粒料①選用聚乙烯PE原料高密度聚乙烯樹(shù)脂HDPE71-76 %，低密度聚乙烯樹(shù)脂 LDPE8-12% 和接枝相容劑 HDPE-g-MAH3-7 %，填料 CaC038_12 %，抗氧劑 0. 3-0. 5 %，輔助抗 氧劑0. 3-0. 5 %，紫外線吸收劑0. 3-0. 5 %，分散劑0. 3-0. 5 % ；②將上述原料按比例投入共混機(jī)進(jìn)行高速混合，制成共混料；③共混料經(jīng)雙螺旋輸送裝置輸入擠壓機(jī)，經(jīng)熔融混合擠出成條狀物料；④條狀物料輸出至切粒機(jī)，制成半成品-造粒；(II)擠壓成型①于上述半成品-造粒中添加改性劑PA6高速混合成改性PE混合料；②在擠壓機(jī)上安裝產(chǎn)品模具；③將改性PE混合料輸入擠壓機(jī)模具內(nèi)擠壓制成改性PE合金產(chǎn)品。本發(fā)明采用HDPE100為基礎(chǔ)樹(shù)脂，使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入CaCO3與LDPE， 再與PA進(jìn)行共混合金制成改性PE合金成品的技術(shù)方案，克服了現(xiàn)有聚乙烯樹(shù)脂拉伸強(qiáng)度 低、剛性差，耐磨性、耐化學(xué)藥品性、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性及耐熱性等性能不佳，對(duì)烴類溶劑和 燃料油阻隔性不足，在日光照射下易被紫外線破壞，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用壽命等缺陷。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有效果是(一)以HDPE為主體樹(shù)脂，加入CaCO3,LDPE,選用HDPE-g-MAH為相容劑，進(jìn)行改性造粒，再與改性劑PA進(jìn)行共混合金，改善了 HDPE的阻隔性能，從而提高了 HDPE的耐熱性、 耐磨性、耐溫性等綜合物理性能，拓展了 HDPE管材的應(yīng)用范圍；(二)工藝簡(jiǎn)單可靠，不需投入貴重設(shè)備，且利用現(xiàn)有設(shè)備就能實(shí)施，操作、維護(hù)方 便，生產(chǎn)效率高；(三)無(wú)廢水廢渣排放，無(wú)粉塵、無(wú)氣味、無(wú)污水污染，環(huán)保，節(jié)能，便于普及推廣；(四)原材料來(lái)源廣泛豐富，性價(jià)比好，成本低；(五)組織結(jié)構(gòu)緊密，界面層彈性好，相容效果增強(qiáng)，從而大大擴(kuò)展了HDPE管材的 應(yīng)用領(lǐng)域，便于普及推廣。本發(fā)明適合作各種耐熱、耐磨、耐溫的管材之用，特別適合給排水，燃?xì)狻⑷加洼斔?及化學(xué)化工等特殊行業(yè)的管道輸送。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明高密度聚乙烯合金管及其制造方法的流程圖。圖2為本發(fā)明反應(yīng)過(guò)程式的性能結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明HDPE-g-MAH，CaCO3改性HDPE擠出工藝參數(shù)表。圖4為本發(fā)明HDPE-g-MAH用量為3%對(duì)材料性能的影響表。圖5為本發(fā)明HDPE-g-MAH用量為5%對(duì)材料性能的影響表。圖6為本發(fā)明HDPE-g-MAH用量為7%對(duì)材料性能的影響表。圖7為本發(fā)明CaCO3用量為8. 0%對(duì)材料性能的影響表。圖8為本發(fā)明CaCO3用量為12. 0%對(duì)材料性能的影響表。圖9為本發(fā)明LDPE用量為8. 0%對(duì)材料性能的影響表。圖10為本發(fā)明LDPE用量為12. 0%對(duì)材料性能的影響表。圖11為本發(fā)明改性HDPE/PA6擠出管材工藝參數(shù)表。圖12為本發(fā)明改性HDPE/PA6與純HDPE管材耐有機(jī)溶劑滲透性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表。圖13為本發(fā)明機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果表。圖14為本發(fā)明純HDPA管材與改性HDPE/PA合金管材料性能比較表。圖15為本發(fā)明HDPE/PA6 (92. 4/7)合金管材的SEM照片。圖16為本發(fā)明HDPE/PA6 (90. 4/9)合金合金管材的SEM照片。圖17為本發(fā)明HDPE/PA6 (88. /11)合金合金管材的SEM照片。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)附圖，本發(fā)明的工作原理與工藝過(guò)程為了提高聚乙烯的綜合性能和擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍。本發(fā)明選用以HDPE100為基礎(chǔ) 樹(shù)脂，選用HDPE-g-MAH作為相容劑，再加入超細(xì)微粉CaC03、LDPE與改性劑PA6進(jìn)行混合改 性成改性PE合金管。一、配方高密度聚乙烯樹(shù)脂HDPE71 _76 %，低密度聚乙烯樹(shù)脂LDPE8-12 %，接枝相容劑 HDPE-g-MAH3-7 %，填料 CaC038_12 %，抗氧劑 0. 3-0. 5 %，輔助抗氧劑 0. 3-0. 5 %，紫外線吸收劑 0.3-0. 5 %，分散劑 0. 3-0. 5 %。二、選材1. HDPE100型號(hào)041上海石化2. LDPE北京燕山3. HDPE-g-MAH 上海日之升4.超細(xì)微粉CaCO3江西辰宇粉體制品有限公司5.PA6德國(guó)進(jìn)口6.抗氧劑北京加成助劑研究所7.輔助抗氧劑 北京加成助劑研究所8.紫外線吸收劑北京加成助劑研究所9.分散劑上海大場(chǎng)化工廠三、制備方法分兩步進(jìn)行，第一步制備HDPE改性粒料，第二步制備HDPE/PA合金管材。它的操作步驟如下(I)制備HDPE改性粒料①選用聚乙烯PE原料高密度聚乙烯樹(shù)脂HDPE71-76 %，低密度聚乙烯樹(shù)脂 LDPE8-12% 和接枝相容劑 HDPE-g-MAH3-7 %，填料 CaC038_12 %，抗氧劑 0. 3-0. 5 %，輔助抗 氧劑0.3-0. 5 %，紫外線吸收劑0. 3-0. 5 %，分散劑0. 3-0. 5 % ；②將上述原料按比例投入共混機(jī)進(jìn)行高速混合，制成共混料；③共混料經(jīng)雙螺旋輸送裝置輸入擠壓機(jī)，經(jīng)熔融混合擠出成條狀物料；④條狀物料輸出至切粒機(jī)，制成半成品-造粒；(II)擠壓成型①于上述半成品-造粒中添加改性劑PA6高速混合成改性PE混合料；②在擠壓機(jī)上安裝產(chǎn)品模具；③將改性PE混合料輸入擠壓機(jī)模具內(nèi)擠壓制成改性PE合金產(chǎn)品。四、配方試驗(yàn)(1)確定HDPE-g-MAH在配方中的最佳用量。基礎(chǔ)樹(shù)脂與CaC03及其它助劑用量不變，只改變相容劑的用量，觀察其對(duì)材料性 能的影響實(shí)施例1①配方HDPE75%, LDPE 10%, HDPE-g-MAH 3%, CaCO3 10%,抗氧劑 0. 4%，輔助 抗氧劑0.4%，紫外線吸收劑0.4%，分散劑0.4%。②工藝按上述配方準(zhǔn)確稱取各種物料重量，按圖3工藝參數(shù)進(jìn)行擠出造粒。③注塑性能檢測(cè)樣條注塑樣條工藝參數(shù)烘料溫度85°C，注塑溫度1區(qū)190°C，2區(qū)210°C，3區(qū)220°C ； 注射壓力1區(qū)80MPa，2區(qū)40MPa，3區(qū)15MPa，注射時(shí)間15S，保壓時(shí)間10S，冷卻時(shí)間15S。④性能分析見(jiàn)圖4。實(shí)施例2①配方=HDPE73%, LDPE 10%, HDPE-g-MAH 5%, CaCO3 10%,抗氧劑 0· 4%輔助抗氧劑0. 4%紫外線吸收劑0. 4%，分散劑0. 4%。②按實(shí)施例1的工藝參數(shù)進(jìn)行擠出造粒和注塑性能檢測(cè)樣條。③性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5。實(shí)施例3①配方HDPE71%, LDPE 10%, HDPE-g-MAH 7%, CaCO3 10%，抗氧劑 0. 3%，輔助 抗氧劑0.3%，紫外線吸收劑0.3%，分散劑0.3%。②按實(shí)施例1的工藝參數(shù)擠出造料和注塑性能檢測(cè)樣條。③性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖6。④性能分析采用高分子界面相容劑HDPE-g-MAH對(duì)PE/CaC03填充體系有明顯的相容效果， 當(dāng)體系中加入界面相容劑HDPE-g-MAH后，沖擊性能發(fā)生較大變化，其原因是界面相容劑 HDPE-g-MAH在其中發(fā)揮核心作用，它作為界面改性物質(zhì)，在體系中主要發(fā)揮了三個(gè)作用 一是偶聯(lián)作用，HDPE-g-MAH是帶有極性的高分子材料，其極性基團(tuán)可以和無(wú)機(jī)填充料表面 富含“端羧基”產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，其非極性的柔性鏈又可以和聚乙烯樹(shù)脂發(fā)生纏結(jié)，由 此改善了兩相間的表面性質(zhì)，提高了相界面粘結(jié)，促進(jìn)了 CaCO3的分散。其反應(yīng)過(guò)程如圖2 所示。二是界面層作用，HDPE-g-MAH成一彈性界面層，能夠與無(wú)機(jī)填料良好“嫁接”的彈性 層傳遞應(yīng)力，誘發(fā)基體屈服，阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展；三是協(xié)調(diào)作用，HDPE-g-MAH與聚乙烯 樹(shù)脂的主鏈結(jié)構(gòu)雖然相同，但引入極性基團(tuán)后，其熔體黏度、結(jié)晶性能、力學(xué)性能均發(fā)生了 一定程度的變化，如結(jié)晶度降低，韌性提高可使體系屈服強(qiáng)度增大。再則，接枝聚乙烯大分 子鏈上的馬來(lái)酸酐基團(tuán)在熔融填充過(guò)程中與CaCO3填料表面形成了一定的化學(xué)結(jié)合，改善 了樹(shù)脂與填料之間的界面親合性，改進(jìn)了拉伸、沖擊與耐熱性能。經(jīng)性能檢測(cè)其最佳用量為 5%。(2)確定CaCO3在配方中的最佳用量?；A(chǔ)樹(shù)脂、相容劑及其它助劑用量不變，改變CaCO3的用量，觀察其對(duì)材料性能的影響。實(shí)施例4①配方HDPE75 % LDPE 10 %，HDPE-g-MAH 5 %，CaCO3 8 %，抗氧劑 0.5%，輔助抗 氧劑0.5%，紫外線吸收劑0.5%，分散劑0.5%。②其擠出造粒工藝參數(shù)與注塑性能檢測(cè)樣條工藝參數(shù)參照實(shí)施例1。③性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖7。實(shí)施例5①配方HDPE 71. 5%,LDPE 10%,HDPE-g-MAH 5%,CaCO3 12%，抗氧劑 0. 45%，輔 助抗氧劑0. 45%,紫外線吸收劑0. 45%,分散劑0. 45%.②其擠出造粒工藝參數(shù)與注塑性能檢測(cè)樣條工藝參數(shù)參照實(shí)施例1。③性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖8。從附圖5、7、8可以看出CaCO3用量對(duì)材料性能的影響。當(dāng)加入量為12%時(shí)，彎曲 強(qiáng)度，缺口沖擊強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率都有所下降。尤其是斷裂伸長(zhǎng)率降低較多，但拉伸強(qiáng)度與 彎曲強(qiáng)度變化不大。從材料性能及成本綜合考慮CaCO3的最佳用量為10%。(3)確定LDPE在配方中的最佳用量。
實(shí)施例6①配方HDPE76%, LDPE 8%, HDPE-g-MAH 5%, CaCO3 10%，抗氧劑 0. 5%，輔助 抗氧劑0.5%，紫外線吸收劑0.5%，分散劑0.5%。②其擠出造粒工藝參數(shù)與注塑性能檢測(cè)樣條工藝參數(shù)參照實(shí)施例1③.性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖9。實(shí)施例7①配方.HDPE71%, LDPE 12%, HDPE-g-MAH 5%, CaCO3 10%,抗氧劑 0. 5%，輔 助抗氧劑0.5%，紫外線吸收劑0.5%，分散劑0.5%。②其擠出造粒工藝參數(shù)與注塑性能檢測(cè)樣條工藝參數(shù)參照實(shí)施例1。③性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖10。④性能分析從附圖4、9、10可以看出以HDPE為基礎(chǔ)的主體樹(shù)脂的復(fù)合材料中，LDPE能增加材 料伸長(zhǎng)率，但會(huì)影響HDPE的結(jié)晶性能，使材料強(qiáng)度降低，趨于柔軟，彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及 缺口沖擊強(qiáng)度有所降低。因此綜合考慮LDPE的最佳用量為10%。五、改性PE粒料與PA合金A、原理純HDPE管材雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于HDPE對(duì)碳?xì)浠衔锖陀袡C(jī)溶劑的阻 滲性差，限制了它在化工管道、燃油輸送管道等重要行業(yè)的應(yīng)用。為了提高HDPE的阻隔性 與其綜合性能，用改性PE粒料與PA6進(jìn)行共混來(lái)進(jìn)一步改善HDPE的綜合性能。因?yàn)镻A是 極性聚合物，而HDPE是非極性聚合物，由于兩者的分子極性鏈結(jié)構(gòu)、粘彈比差異較大，共混 時(shí)會(huì)因共混體系之間作用力差，相界面光滑而發(fā)生嚴(yán)重的相分離，導(dǎo)致分散相顆粒粗大，從 而難以在混煉時(shí)形成層片狀分散。為了改善HDPE與PA的相容性，本發(fā)明事先在HDPE中加 入HDPE-g-MAH相容劑，進(jìn)行熔融高速混煉造粒，再將這種改性的PE粒料與PA6共混，這樣 大大改善了兩相的相容性，增加了兩相界面的親合力，可使分散相的顆粒減小，從而容易在 混煉時(shí)形成層片狀結(jié)構(gòu)。如附圖15、圖16、圖17。B、制備方法實(shí)施例8①配方HDPE改性粒料92. 4%，PA6 7%，抗氧劑0. 3%，輔助抗氧劑0. 3%。②制備工藝按上配方準(zhǔn)確稱取各種物料重量，按圖11工藝參數(shù)擠出C 63X5. 8mm，壓力等級(jí) 為1. OMPa的管材。③阻隔性試驗(yàn)取0 63X5. 8mm管材，長(zhǎng)100mm，兩端密封好，放入裝有苯、甲苯、二甲苯的有機(jī)溶 劑里，常溫下放置對(duì)天，測(cè)得其滲透率見(jiàn)圖12。實(shí)施例9①配方HDPE改性粒料90. 4%，PA6 9%，抗氧劑0. 3%，輔助抗氧劑0. 3%。②制備工藝按上配方準(zhǔn)確稱取各種物料重量，按實(shí)施例8工藝參數(shù)擠出C 63X5. 8mm，壓力等 級(jí)為1. OMPa的管材。
③阻隔性試驗(yàn)取0 63X5. 8mm管材，長(zhǎng)100mm，兩端密封好，放入裝有苯、甲苯、二甲苯的有機(jī)溶 劑里，常溫下放置對(duì)天，測(cè)得其滲透率見(jiàn)圖12。實(shí)施例10①配方=HDPE改性粒料88. 4%,PA6 11%,抗氧劑0. 3%,輔助抗氧劑0.3%。②制備工藝按上配方準(zhǔn)確稱取各種物料重量，按實(shí)施例8工藝參數(shù)擠出C 63X5. 8mm，壓力等級(jí)為1. OMPa的管材。③阻隔性試驗(yàn)取0 63X5. 8mm管材，長(zhǎng)100mm，兩端密封好，放入裝有苯、甲苯、二甲苯的有機(jī)溶 劑里，常溫下放置對(duì)天，測(cè)得其滲透率見(jiàn)圖12。C、機(jī)械物理性能試驗(yàn)①注塑性能檢測(cè)樣條實(shí)施例8、9、10配方分別按下面注塑工藝參數(shù)工注塑樣條烘料溫度90°C，注塑 溫度1 區(qū) 210°C，2 區(qū) 230°C，3 區(qū) 250°C ；注射壓力1 區(qū) 90MPa，2 區(qū) 95MPa，3 區(qū) 105MPa，注 射時(shí)間18S ；保壓時(shí)間16S，冷卻時(shí)間20S。分別進(jìn)行物理性能檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)圖13。(4)改性HDPE/PA合金管材最佳配方的確定從圖13可以看出改性HDPE與PA共混合金，PA在配方中的用量越多，阻隔性與物 理性能越好，但考慮PA成本太高，所以PA的用量確定為9%。六、純HDPA管材與改性HDPE/PA合金管材料性能比較及結(jié)論見(jiàn)圖14。以HDPE為基礎(chǔ)主體樹(shù)脂，加入CaCO3, LDPE,選用HDPE-g-MAH為相容劑，進(jìn)行改性 造粒，再與PA進(jìn)行共混合金，不僅改了 HDPE的阻隔性能，而且大大提高了 HDPE的綜合物理 性能，從而大大擴(kuò)展HDPE管材的應(yīng)用領(lǐng)，改性HDPE/PA合金管材料，不僅可作為給水管、燃 氣管，也可以用于化工產(chǎn)品、燃油輸送管道等重要特殊行業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種高密度聚乙烯合金管，其特征在于它選用高密度聚乙烯HDPE100為基礎(chǔ)樹(shù)脂， 使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入超細(xì)微粉碳酸鈣CaCO3與低密度聚乙烯樹(shù)脂LDPE，再與改 性劑PA6進(jìn)行共混制成改性PE合金產(chǎn)品。
2.制造權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯合金管的方法，其特征在于它的操作步驟如下(I)制備HDPE改性粒料①選用聚乙烯PE原料高密度聚乙烯樹(shù)脂HDPE71-76%，低密度聚乙烯樹(shù)脂LDPE8-12 % 和接枝相容劑HDPE-g-MAH3-7 %，填料CaC038_12 %，抗氧劑0. 3-0. 5 %，輔助抗氧劑 0. 3-0. 5 %，紫外線吸收劑0. 3-0. 5 %，分散劑0. 3-0. 5 % ；②將上述原料按比例投入共混機(jī)進(jìn)行高速混合，制成共混料；③共混料經(jīng)雙螺旋輸送裝置輸入擠壓機(jī)，經(jīng)熔融混合擠出成條狀物料；④條狀物料輸出至切粒機(jī)，制成半成品-造粒；(II)擠壓成型①于上述半成品-造粒中添加改性劑PA6高速混合成改性PE混合料；②在擠壓機(jī)上安裝產(chǎn)品模具；③將改性PE混合料輸入擠壓機(jī)模具內(nèi)擠壓制成改性PE合金產(chǎn)品。
全文摘要
一種高密度聚乙烯合金管及其制造方法，它選用聚乙烯HDPE100為基礎(chǔ)樹(shù)脂，使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入碳酸鈣CaCO3與聚乙烯樹(shù)脂LDPE，再與改性劑PA6進(jìn)行共混制成改性PE合金產(chǎn)品；它的主要操作步驟有(I)制備HDPE改性粒料；(II)添加改性劑PA6再次高速混合成改性PE混合料于擠壓機(jī)擠壓成產(chǎn)品的技術(shù)方案，它克服了現(xiàn)有聚乙烯樹(shù)脂拉伸強(qiáng)度低、剛性差，耐磨性、耐化學(xué)藥品性、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性及耐熱性等性能不佳，對(duì)烴類溶劑和燃料油阻隔性不足，在日光照射下易被紫外線破壞，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用壽命等缺陷；它適合作各種耐熱、耐磨、耐溫的管材之用，特別適合給排水，燃?xì)?、燃油輸送及化學(xué)化工等特殊行業(yè)的管道輸送。
文檔編號(hào)C08L23/06GK102040757SQ20091004452
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者羅安民, 肖和飛, 龍柳媛 申請(qǐng)人:湖南振輝管業(yè)有限公司