高密度聚乙烯合金管及其製造方法
2023-06-08 16:06:01 4
專利名稱：高密度聚乙烯合金管及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種高密度聚乙烯合金管及其製造方法。
背景技術：
現有聚乙烯樹脂，由於具有密度低，脆化溫度低，韌性好，耐腐蝕絕緣性能好，易於 施工和安裝等特點，被廣泛用於製作給水管、燃氣管且發展較快。但由於聚乙烯軟化溫度 低，HDPE熔點為130°C，LDPE熔點稍高於100°C，拉伸強度低、剛性差，耐磨性、耐化學藥品 性、耐環境應力開裂性及耐熱性等性能不佳，對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，嚴重影響產品的使用壽命。
發明內容
針對上述情況，本發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，且組織結構緊密，耐熱性和抗衝擊性明顯改善，還製造工藝簡單可靠，原材料 來源廣泛豐富，成本低，環保，節能，無環境汙染，便於普及推廣。為實現上述目的，一種高密度聚乙烯合金管，它選用高密度聚乙烯HDPE100為基 礎樹脂，使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入超細微粉碳酸鈣CaCO3與低密度聚乙烯樹脂LDPE， 再與改性劑PA6進行共混製成改性PE合金產品。為實現上述目的進一步措施，製造一種高密度聚乙烯合金管的方法，它的操作步 驟如下(I)製備HDPE改性粒料①選用聚乙烯PE原料高密度聚乙烯樹脂HDPE71-76 %，低密度聚乙烯樹脂 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進行高速混合，製成共混料；③共混料經雙螺旋輸送裝置輸入擠壓機，經熔融混合擠出成條狀物料；④條狀物料輸出至切粒機，製成半成品-造粒；(II)擠壓成型①於上述半成品-造粒中添加改性劑PA6高速混合成改性PE混合料；②在擠壓機上安裝產品模具；③將改性PE混合料輸入擠壓機模具內擠壓製成改性PE合金產品。本發明採用HDPE100為基礎樹脂，使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入CaCO3與LDPE， 再與PA進行共混合金製成改性PE合金成品的技術方案，克服了現有聚乙烯樹脂拉伸強度 低、剛性差，耐磨性、耐化學藥品性、耐環境應力開裂性及耐熱性等性能不佳，對烴類溶劑和 燃料油阻隔性不足，在日光照射下易被紫外線破壞，嚴重影響產品的使用壽命等缺陷。本發明相比現有技術的有效果是(一)以HDPE為主體樹脂，加入CaCO3,LDPE,選用HDPE-g-MAH為相容劑，進行改性造粒，再與改性劑PA進行共混合金，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管材的應用範圍；(二)工藝簡單可靠，不需投入貴重設備，且利用現有設備就能實施，操作、維護方 便，生產效率高；(三)無廢水廢渣排放，無粉塵、無氣味、無汙水汙染，環保，節能，便於普及推廣；(四)原材料來源廣泛豐富，性價比好，成本低；(五)組織結構緊密，界面層彈性好，相容效果增強，從而大大擴展了HDPE管材的 應用領域，便於普及推廣。本發明適合作各種耐熱、耐磨、耐溫的管材之用，特別適合給排水，燃氣、燃油輸送 及化學化工等特殊行業的管道輸送。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明高密度聚乙烯合金管及其製造方法的流程圖。圖2為本發明反應過程式的性能結構示意圖。圖3為本發明HDPE-g-MAH，CaCO3改性HDPE擠出工藝參數表。圖4為本發明HDPE-g-MAH用量為3%對材料性能的影響表。圖5為本發明HDPE-g-MAH用量為5%對材料性能的影響表。圖6為本發明HDPE-g-MAH用量為7%對材料性能的影響表。圖7為本發明CaCO3用量為8. 0%對材料性能的影響表。圖8為本發明CaCO3用量為12. 0%對材料性能的影響表。圖9為本發明LDPE用量為8. 0%對材料性能的影響表。圖10為本發明LDPE用量為12. 0%對材料性能的影響表。圖11為本發明改性HDPE/PA6擠出管材工藝參數表。圖12為本發明改性HDPE/PA6與純HDPE管材耐有機溶劑滲透性對比試驗結果表。圖13為本發明機械性能檢測結果表。圖14為本發明純HDPA管材與改性HDPE/PA合金管材料性能比較表。圖15為本發明HDPE/PA6 (92. 4/7)合金管材的SEM照片。圖16為本發明HDPE/PA6 (90. 4/9)合金合金管材的SEM照片。圖17為本發明HDPE/PA6 (88. /11)合金合金管材的SEM照片。
具體實施例方式參見附圖，本發明的工作原理與工藝過程為了提高聚乙烯的綜合性能和擴大它的應用範圍。本發明選用以HDPE100為基礎 樹脂，選用HDPE-g-MAH作為相容劑，再加入超細微粉CaC03、LDPE與改性劑PA6進行混合改 性成改性PE合金管。一、配方高密度聚乙烯樹脂HDPE71 _76 %，低密度聚乙烯樹脂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041上海石化2. LDPE北京燕山3. HDPE-g-MAH 上海日之升4.超細微粉CaCO3江西辰宇粉體製品有限公司5.PA6德國進口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.分散劑上海大場化工廠三、製備方法分兩步進行，第一步製備HDPE改性粒料，第二步製備HDPE/PA合金管材。它的操作步驟如下(I)製備HDPE改性粒料①選用聚乙烯PE原料高密度聚乙烯樹脂HDPE71-76 %，低密度聚乙烯樹脂 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進行高速混合，製成共混料；③共混料經雙螺旋輸送裝置輸入擠壓機，經熔融混合擠出成條狀物料；④條狀物料輸出至切粒機，製成半成品-造粒；(II)擠壓成型①於上述半成品-造粒中添加改性劑PA6高速混合成改性PE混合料；②在擠壓機上安裝產品模具；③將改性PE混合料輸入擠壓機模具內擠壓製成改性PE合金產品。四、配方試驗(1)確定HDPE-g-MAH在配方中的最佳用量。基礎樹脂與CaC03及其它助劑用量不變，只改變相容劑的用量，觀察其對材料性 能的影響實施例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工藝按上述配方準確稱取各種物料重量，按圖3工藝參數進行擠出造粒。③注塑性能檢測樣條注塑樣條工藝參數烘料溫度85°C，注塑溫度1區190°C，2區210°C，3區220°C ； 注射壓力1區80MPa，2區40MPa，3區15MPa，注射時間15S，保壓時間10S，冷卻時間15S。④性能分析見圖4。實施例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按實施例1的工藝參數進行擠出造粒和注塑性能檢測樣條。③性能檢測結果見圖5。實施例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按實施例1的工藝參數擠出造料和注塑性能檢測樣條。③性能檢測結果見圖6。④性能分析採用高分子界面相容劑HDPE-g-MAH對PE/CaC03填充體系有明顯的相容效果， 當體系中加入界面相容劑HDPE-g-MAH後，衝擊性能發生較大變化，其原因是界面相容劑 HDPE-g-MAH在其中發揮核心作用，它作為界面改性物質，在體系中主要發揮了三個作用 一是偶聯作用，HDPE-g-MAH是帶有極性的高分子材料，其極性基團可以和無機填充料表面 富含「端羧基」產生較強的相互作用，其非極性的柔性鏈又可以和聚乙烯樹脂發生纏結，由 此改善了兩相間的表面性質，提高了相界面粘結，促進了 CaCO3的分散。其反應過程如圖2 所示。二是界面層作用，HDPE-g-MAH成一彈性界面層，能夠與無機填料良好「嫁接」的彈性 層傳遞應力，誘發基體屈服，阻止裂紋的進一步擴展；三是協調作用，HDPE-g-MAH與聚乙烯 樹脂的主鏈結構雖然相同，但引入極性基團後，其熔體黏度、結晶性能、力學性能均發生了 一定程度的變化，如結晶度降低，韌性提高可使體系屈服強度增大。再則，接枝聚乙烯大分 子鏈上的馬來酸酐基團在熔融填充過程中與CaCO3填料表面形成了一定的化學結合，改善 了樹脂與填料之間的界面親合性，改進了拉伸、衝擊與耐熱性能。經性能檢測其最佳用量為 5%。(2)確定CaCO3在配方中的最佳用量。基礎樹脂、相容劑及其它助劑用量不變，改變CaCO3的用量，觀察其對材料性能的影響。實施例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與注塑性能檢測樣條工藝參數參照實施例1。③性能檢測結果見圖7。實施例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與注塑性能檢測樣條工藝參數參照實施例1。③性能檢測結果見圖8。從附圖5、7、8可以看出CaCO3用量對材料性能的影響。當加入量為12%時，彎曲 強度，缺口衝擊強度及斷裂伸長率都有所下降。尤其是斷裂伸長率降低較多，但拉伸強度與 彎曲強度變化不大。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與注塑性能檢測樣條工藝參數參照實施例1③.性能檢測結果見圖9。實施例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與注塑性能檢測樣條工藝參數參照實施例1。③性能檢測結果見圖10。④性能分析從附圖4、9、10可以看出以HDPE為基礎的主體樹脂的複合材料中，LDPE能增加材 料伸長率，但會影響HDPE的結晶性能，使材料強度降低，趨於柔軟，彎曲強度、拉伸強度及 缺口衝擊強度有所降低。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管材雖然有很多優點，但由於HDPE對碳氫化合物和有機溶劑的阻 滲性差，限制了它在化工管道、燃油輸送管道等重要行業的應用。為了提高HDPE的阻隔性 與其綜合性能，用改性PE粒料與PA6進行共混來進一步改善HDPE的綜合性能。因為PA是 極性聚合物，而HDPE是非極性聚合物，由於兩者的分子極性鏈結構、粘彈比差異較大，共混 時會因共混體系之間作用力差，相界面光滑而發生嚴重的相分離，導致分散相顆粒粗大，從 而難以在混煉時形成層片狀分散。為了改善HDPE與PA的相容性，本發明事先在HDPE中加 入HDPE-g-MAH相容劑，進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 混煉時形成層片狀結構。如附圖15、圖16、圖17。B、製備方法實施例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製備工藝按上配方準確稱取各種物料重量，按圖11工藝參數擠出C 63X5. 8mm，壓力等級 為1. OMPa的管材。③阻隔性試驗取0 63X5. 8mm管材，長100mm，兩端密封好，放入裝有苯、甲苯、二甲苯的有機溶 劑裡，常溫下放置對天，測得其滲透率見圖12。實施例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製備工藝按上配方準確稱取各種物料重量，按實施例8工藝參數擠出C 63X5. 8mm，壓力等 級為1. OMPa的管材。
③阻隔性試驗取0 63X5. 8mm管材，長100mm，兩端密封好，放入裝有苯、甲苯、二甲苯的有機溶 劑裡，常溫下放置對天，測得其滲透率見圖12。實施例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製備工藝按上配方準確稱取各種物料重量，按實施例8工藝參數擠出C 63X5. 8mm，壓力等級為1. OMPa的管材。③阻隔性試驗取0 63X5. 8mm管材，長100mm，兩端密封好，放入裝有苯、甲苯、二甲苯的有機溶 劑裡，常溫下放置對天，測得其滲透率見圖12。C、機械物理性能試驗①注塑性能檢測樣條實施例8、9、10配方分別按下面注塑工藝參數工注塑樣條烘料溫度90°C，注塑 溫度1 區 210°C，2 區 230°C，3 區 250°C ；注射壓力1 區 90MPa，2 區 95MPa，3 區 105MPa，注 射時間18S ；保壓時間16S，冷卻時間20S。分別進行物理性能檢測，其結果見圖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論見圖14。以HDPE為基礎主體樹脂，加入CaCO3, LDPE,選用HDPE-g-MAH為相容劑，進行改性 造粒，再與PA進行共混合金，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，從而大大擴展HDPE管材的應用領，改性HDPE/PA合金管材料，不僅可作為給水管、燃 氣管，也可以用於化工產品、燃油輸送管道等重要特殊行業。
權利要求
1.一種高密度聚乙烯合金管，其特徵在於它選用高密度聚乙烯HDPE100為基礎樹脂， 使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入超細微粉碳酸鈣CaCO3與低密度聚乙烯樹脂LDPE，再與改 性劑PA6進行共混製成改性PE合金產品。
2.製造權利要求1所述的高密度聚乙烯合金管的方法，其特徵在於它的操作步驟如下(I)製備HDPE改性粒料①選用聚乙烯PE原料高密度聚乙烯樹脂HDPE71-76%，低密度聚乙烯樹脂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進行高速混合，製成共混料；③共混料經雙螺旋輸送裝置輸入擠壓機，經熔融混合擠出成條狀物料；④條狀物料輸出至切粒機，製成半成品-造粒；(II)擠壓成型①於上述半成品-造粒中添加改性劑PA6高速混合成改性PE混合料；②在擠壓機上安裝產品模具；③將改性PE混合料輸入擠壓機模具內擠壓製成改性PE合金產品。
全文摘要
一種高密度聚乙烯合金管及其製造方法，它選用聚乙烯HDPE100為基礎樹脂，使用HDPE-g-MAH作相容劑，加入碳酸鈣CaCO3與聚乙烯樹脂LDPE，再與改性劑PA6進行共混製成改性PE合金產品；它的主要操作步驟有(I)製備HDPE改性粒料；(II)添加改性劑PA6再次高速混合成改性PE混合料於擠壓機擠壓成產品的技術方案，它克服了現有聚乙烯樹脂拉伸強度低、剛性差，耐磨性、耐化學藥品性、耐環境應力開裂性及耐熱性等性能不佳，對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，嚴重影響產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，燃氣、燃油輸送及化學化工等特殊行業的管道輸送。
文檔編號C08L23/06GK102040757SQ20091004452
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者羅安民, 肖和飛, 龍柳媛 申請人:湖南振輝管業有限公司