非開挖專用pe燃氣管的製作方法

2023-12-03 03:55:41 2

專利名稱：：非開挖專用pe燃氣管的製作方法
技術領域：
：本發明涉及管材領域，特別是涉及採用聚乙烯(PE)製備的埋地式非開挖專用PE燃氣管。
背景技術：
：隨著社會、經濟的持續發展，建築規模日益增長，尤其是城鎮基礎設施建設、環保設施建設和住宅建設增長較快，用於排水、輸氣、輸水的埋地式管材用量越來越大。.,.目前的埋地式管材主要採用開挖式技術，對於抗拉及彎曲強度不高、韌性較差的開挖式埋地式管材，在無法施工或不允許開挖施工的場合，如穿越河流、湖泊、重要交通幹線、重要建築物等表現出很大的局限性和明顯的不足，難以滿足更高的要求。因此，對技術更高，又不會破壞城市環境和設施的非開挖埋地式管材的要求口益顯現。在非開挖埋地式應用中，要求非開挖埋地式管材具有較高的韌性和強度。目前聚乙烯管材在非開挖埋地式應用中有所採用。但是，現有技術聚乙烯管材也存在韌性差(特別是缺口衝擊強度低)、高溫強度剛度不足、耐熱等級不高等缺點，無法很好滿足非開挖禪地式的苛刻應用。在一些公開的技術文獻中，有利用"後改性"的方法，通過添加各類改性材料並輔以適當的化學、物理改性，以獲取低成本高性能的、可應用於非開挖埋地領域的聚乙烯管材。具體方法是在高分子基體中填充碳酸4丐、玻璃纖維等無機"填料"，試圖改善高分子材料的強度、剛性、熱變形溫度及尺寸穩定性等。但是，目前對這些在高分子基體中填充增剛增韌助劑製備高分子複合材料的研究尚不成熟。比如，對於埋地式燃氣管，在使用多少增剛增韌助劑能達到最佳材料強度、剛度、模量和耐熱性，使用何種添加劑方面可增加材料強度、剛度、模量和耐熱性等方面並無令人滿意的成果。某些配方的聚乙烯混合物在提高塑料韌性的同時，材料強度、剛度、模量和耐熱性卻大幅下降，某些配方的聚乙烯混合物卻相反，無法達到同時增強增韌及提高耐熱等級的目標。而且，燃氣管在埋地時需要一根根熔接，現有技術採用增剛增韌助劑的聚乙烯配方無法得到高強度的熔接部分，使得熔接後的管材容易拉斷，出現漏氣甚至供氣中斷等事故，管材的熔接部分成為進行增剛增韌後管材的短板。
發明內容為解決現有技術配方的PE管材無法同時實現較高韌性和較高強度的技術缺陷，本發明提供一種非開挖專用PE燃氣管，其管材同時具有較高的韌性和較高強度，可以應用於非開挖等要求苛刻的領域中a本發明的一個方面是提供一種非開挖專用PE燃氣管，其製備材料中包括以下重量份材料中密度聚乙烯90~95;增剛增韌助劑3~5;相容劑3-5。較優實施方式中，所述增剛增韌助劑的重量4分是5。較優實施方式中，所述增剛增韌助劑是有機或無機材料增剛增韌助劑，所述無機材料是氧化鋅、碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鉻、二氧化矽、二氧化鈦、蒙脫土或苯曱酸鈉或至少以上成分之一的納米材料。較優實施方式中，所述相容劑是聚丙烯接枝馬來酸酐(PEgMAH)。較優實施方式中，進一步包括以下重量份的封料抗氧劑2~3;顏料2~3。較優實施方式中，所述抗氧劑是2，4，6-三叔丁基苯酚。本發明的有益效果是區別於現有技術配方的PE管材無法同時實現較高韌性和較高強度的技術缺陷，本發明提供的非開挖專用PE燃氣管，其管材製備混合材料中的增剛增韌助劑含量較為適當，可以有效地誘導聚乙烯材料生成結晶體，為顆粒填料與PE聚合物基質之間形成良好的物理纏結打下基礎，克服通常PE材料韌性差、耐熱等級不高等"瓶4頸"問題，製備得到的管材同時具有較高的韌性和較高強度，其主要性能指標對比現有4支術如下本發明非開挖專用PE燃氣管的主要技術性能指標與現有標準的對比項目賄技術極明原驗測項目液壓實驗(80。C45MPa)h脆,柳、頓5合樹165h滿扭皮夠熱穩定性(200。C)min>2053斷裂伸長率％2350594(190°C5kg)g!Qmin力口工前後MFR變化<20%6.6%原冉0.76管材0.81新增檢測項目本糾立伸劍W嫂MPa222(原絲有敗樹示)24.6焊口拉伸敗MPa222(原絲有敗樹示)輛度KN/m220(原絲有艦樹示)24彎曲^t(MPa)22028因性能優異，特別是新增檢測項目中環剛度、拉伸屈服強度以及彎曲強度都較高，本發明可以應用於非開挖等要求苛刻的領域中。圖1是本發明非開挖專用PE燃氣管的製備方法實施方式的原理框圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。發明人經過長期試驗得出，需要在無機或有機改性劑增強增剛的基礎上，採取其它既能提高PE韌性和耐熱特性，又不降低材料剛性和耐熱性能的方法，才能獲得強度和韌性更高、性能更為均衡的PE改性材料。發明人還發現，PE作為一種高度結晶的半結晶聚合物，結晶性能在5一定程度上決定著其物理機械性能。通過減少PE結晶體的顆粒體積，可以增加這些結晶顆粒與PE聚合物的界面粘接強度；再進一步使結晶顆粒微細化，則越能增加這些顆粒填料與PE聚合物基質的接觸面積，為形成良好的物理纏結提供保證，最終克服通常PE材料韌性差、耐熱等級不高等"瓶頸，，問題。而且，在管材製備混合材料中控制增剛增韌助劑使其含量到合適程度，可以有效地誘導PE形成良好的結晶結構，為顆粒填料與PE聚合物基質之間形成良好的物理纏結打下基礎。'因此，本發明提出一種非開挖專用PE燃氣管，其製備材料中包括以下重量份材料中密度聚乙烯卯95;增剛增韌助劑3~5%;相容劑3~5。上述實施方式的^支術效果可參見下面表一。表一本發明非開挖專用PE燃氣管的主要技術性能指標與現有標準的對比'tableseeoriginaldocumentpage6可以看出，本發明非開挖專用PE燃氣管通過採用合適份量的增剛增韌助劑，可以有效地誘導PE形成良好的結晶結構，為顆粒填料與PE聚合物基質之間形成良好的物理纏結打下基礎，克服通常PE材料韋刃性差、耐熱等級不高等"瓶頸，，問題，具有抗拉及彎曲強度高、剛性好、韌性佳、耐熱點高、耐腐蝕性強；抗低溫沖擊好、重量輕、施工方便、連接方便等特點。由於全部主要指標超過現有技術標準，特別是拉伸強度、彎曲強度均大大超過標準，因此本發明非開挖專用PE燃氣管非常適合於應用在非開挖
技術領域：
。與開挖施工法相比，非開挖施工技術具有不影響交通、不破壞環境、施工周期短、可廣泛用於穿越公路、鐵路、建築物、河流，以及鬧市區、古蹟保護區、農作物和植被保護區等不允許開挖的場合，是市政供水的新一代環保管材。特別是，體現熔接效果的焊口拉伸強度也大大超過現有技術標準，因此應用本發明非開挖專用PE燃氣管在埋地環境中時，可以採用熱熔連接方式連接，其熔接縫不會由於土壤移動或活栽荷的作用而斷開，避免現有技術非開挖專用PE燃氣管熔接處強度不高造成易於拉斷、滲水的技術問題，保證在苛刻環境中也能正常工作不出事故。本發明還具有其他效果如下A、耐寒性PE管的線性膨脹係數為1.5xl(T4mm/m°C，其長度幾乎不受溫度變化影響，即便在-80。C時也不發生物理性變化，尤其適合用於嚴寒地區。B、耐腐蝕性、耐酸耐酸常溫下浸入鹽酸、硫酸(^70%)、硝酸(^25%)、磷酸、氫氟酸、鉻酸(^10%)等溶液中，PE管不受影響。鹼、無機鹽在60。C下將PE管浸入多種鹼液、無機鹽及海水中，PE管不會發生腐蝕。有機物常溫下PE管可耐雙氧水、甲醛汽油等有機溶劑，PE管不會發生腐蝕。C、熔接性PE管可用電熔或熱熔方式連接，其連接部完整、緊密、不會洩露。D、柔初性PE管的斷裂延伸率為500%以上，在不同地沉和地震等地殼變動下，也不會破裂，具有高安全性。彎曲半徑(R230D)，不必使用彎管接頭，4更於施工。E、作業性PE管重量輕(只為鋼管的1/7)、柔軟性好，Del6-De75管可纏繞，便於運輸、施工。F、長期壽命安全使用50年以上。由於採用聚乙烯的非開挖專用PE燃氣管道質輕，因此焊接工藝簡單、施工方便、工程綜合造價低。其中，可以採用專用的對接焊機將各個非開挖專用PE燃氣管連接，方式包括熱熔連接和電熔連接等。在其他實施方式中，所述增剛增韌助劑的重量份是5,或接近5，以達到較高的韌性。所述增剛增韌助劑是有機或無機材料增剛增韌助劑，所述無機材料是氧化鋅、碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鉻、二氧化矽、二氧化鈦、蒙脫土或苯甲酸鈉或至少以上成分之一的納米材料。其中，無機材料的增剛增韌助劑可以為無機改性劑。對於常用的無機改性劑，一般而言，尺寸越小，所得到的複合材料性能越均衡長徑比越大越有利於增強增剛和提高熱變形溫度，但增韌效果正好相反。通過添加具有大長徑比的片狀、針狀無機物，特別是無機纖維等可以製得各種高分子增強材料。因此，近年來，隨著納米科學和納米技術的發展，一系列無機納米改性劑特別是納米碳管等，以其巨大的長徑比、很小的尺寸和所謂"納米效應，，而受到人們的重視，本發明也可以採用納米材料作為增剛增韌助劑。採用納米材料增剛增韌助劑，對PE的結晶有明顯的誘導作用，達到異相成核的效果，可以大大提高PE的結晶度。納米級材料粒徑小，因此比表面積大、表層原子數多、表面活性高，使得PE結晶體顆粒小。由於納米級材料與PE聚合物的界面粘接程度高，可以很好地改善PE管材的抗衝擊強度和聚合物的力學性能。由於納米材料增剛增韌助劑比一般材料增剛增韌助劑更細微，粒子越細微，粒子表面原子數目越大，可以導致粒子表面的電子和晶體結構都發生變化。粒子到了納米級水平，粒子稱為有限個原子的集合體，使8納米材料增剛增韌助劑具有一系列優良的理化性能。最明顯最有代表性地體現在比表面積和表面能的變化上。粒子越小，單位質量的比表面能越大，同時粒子與聚合物基質的接觸面積也越大，為增剛增韌助劑粒子與PE聚合物基質之間形成良好的物理纏結提供保證。根據粒子在聚合物中的增剛增韌理論，一個必要條件是分散粒子與樹脂界面接觸良好。這樣，在樹脂受到外力作用時，剛性納米粒子能引起基體樹脂4艮紋化，以吸收能量，從而提高增剛增韌效果。另外，晶須也可以作為增剛增韌助劑。晶須是一種在特殊條件下以單晶形式生長形成的纖維，其直徑極小，達亞微米或納米級，具有高度有序的原子排列，因而沒有大的晶體缺陷，可接近材料原子問價鍵的理論強度，在目前工業化應用的眾多增強纖維中，具有最高的強度和模量，因而用作增強材料有可能賦予複合材料極高的強度。與玻纖相比，晶須容易與樹脂複合、加工容易、材料各向同性且外觀質量優良，因而非常適合於製造形狀複雜、尺寸精度高、表面光潔的製品。特別是晶須具有長徑比很大(可達數十至數百)且尺寸微細(長度僅相當於玻纖的直徑)的特點，完全有可能在良好分散的情況下，既保持顯著的增強效果，又同時具有較好的增韌效果。本發明中的增剛增韌助劑，可以是無機物，—般是具有較大形狀比(指不同方向上尺寸差別較大，如長徑比)的無機物，如纖維狀的玻璃纖維等，針狀的矽灰石、凹凸棒等，片狀的滑石粉、雲母粉、蒙脫土等。特別是各種晶須，無機須晶如無機鈥酸鉀、硼酸鋁、氧化鋅、硫酸鎂、硫^^、碳酸釣、碳^ffef圭、^#^々晶須，^"才幾晶^^ro斧維素^^;或各種納米尺寸的增強材料，如納米碳管、納米晶、剝離處理的層狀納米片層等。或者可以是某一種無機物單獨使用，也可以是幾種並用的混合物，並且可以經過表面處理或表面修飾，如用表面活性劑、偶聯劑處理、等離子體處理、通過各種化學反應對其表面劑進行修飾等，也可以用橡膠類彈性體進行包裹處理等。本發明中的增剛增韌助劑還可以是某一種單獨使用，也可以是幾種並用的混合物。可以是用於實現增韌的無機粒子，可以是各種微細、超9細或納米粉體，如超細碳酸鉤、納米碳酸鉀、二氧化矽等，這些先機粒子可以經過表面處理或表面改性，可以是某一種單獨使用，也可以是幾種並用的混合物。本發明中的增剛增韌助劑還可以是用於實現增韌的橡膠，可以是各種橡膠，特別是三元乙丙膠(EPDM)、乙丙膠(EPR)、丁苯膠、順丁膠、丁腈膠等。也可以是各種熱塑性彈性體，如苯乙烯一丁二烯.苯乙烯(SBS)、氫化SBS(SEBS)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯。醋酸乙烯共聚物(EVA)等。橡膠或熱塑性彈性體，可以單獨一種，也可以是幾種並用。對於各種增韌劑，可以是其中任意一種，也可以是其中幾種或多種的並用。本發明的材料中，還可以用到各種其它助劑，如加工助劑、分散劑、填料等，不影響本發明非開挖專用PE燃氣管的性能，並且根據實際情況使用。在改性方法上，本發明可以選擇尺寸小、長徑比大、高強高衝莫的無機物，如無機晶須、納米材料、微細粉體等無機物或它們的複合物為主增強劑，通過對增強劑進行適當的表面處理，或用橡膠類彈性體對無機物進行適當包裹處理，改善其在高分子基體中的分散性，並與基體形成適當的界面作用，解決目前無機改性劑增強高分子通常所面臨的強度提高幅度大而其它性能如衝擊、外觀、加工性能提高幅度不大甚至大幅降低等共性問題，在一定程度上實現無機改性劑大幅增強的同時不致劣化其它性能。^^^HW^睹抓T^^^n^拔絲讖^f^EgMAmo在上述材料配方的基礎上，還可以進一步包括以下重量份的材料抗氧劑2~3;顏料2~3。其中，所述抗氧劑可以是2，4，6-三叔丁基苯酚。參閱圖1，本發明還提供一種非開挖專用PE燃氣管的製備方法，包括1、將重量份為中密度聚乙烯90~95、增剛增韌助劑3~5、相容劑35的材泮牛混合；2、採用擠出、模壓或注射方式處.理上述混合材料；.3、對所述擠出、模壓或注射方式得到的管材進行冷卻成型。其中，冷卻成型的所述非開挖專用PE燃氣管在使用時採用熱熔連接方式相接。所述混合材料中還可以包括以下重量份的材料抗氧劑2~3;顏料2~3。本發明中使用到的製備方法，均可以為通用的高分子材料改性或製品加工方法，如擠出、模壓、注射等，沒有特殊要求。例如，以從晶須等商品化增強劑中選擇一種或多種作為主改性劑，針對無機改性劑結構上的特點，選擇適當的表面處理劑，對增強劑進行表面改性處理。然後，處理好的增強劑與增韌劑、高分子基體混合均勻，在雙螺杆擠出機上擠出造粒，即可製得改性材料。本發明提出的材料和製備方法，可獲得可協同實現聚烯烴大幅增強、增韌、提高耐熱等級等高性能化材料。值得說明的是，本發明中聚乙烯的重量份可以是90、91、92、93、94或95，同理，增剛增韌助劑的重量份還可以是3或4，相容劑的重量^分可以是3、4或5。以上對本發明所提供的一種非開挖專用PE燃氣管進行了詳細介紹，施方^^明只是舟^#^^^^^^"^#^7附封，才#領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。權利要求1.一種非開挖專用PE燃氣管，其特徵在於，其製備材料中包括以下重量份材料中密度聚乙烯90～95；增剛增韌助劑3～5；相容劑3～5。2.根據權利要求1所述的非開挖專用PE燃氣管，其特徵在於所述增剛增韌助劑的重量l分是5。3.根據權利要求1所述的非開挖專用PE燃氣管，其特徵在於所述增剛增韌助劑是有機或無機材料增剛增韌助劑，.,所述無機材料是氧化鋅、碳酸4丐、碳酸鋇、碳酸鉻、二氧化矽、二氧化鈥、蒙脫土或苯曱酸鈉或至少以上成分之一的納米材料。4.根據權利要求1至3任一項所述的非開挖專用PE燃氣管，其特徵在於所述相容劑是聚丙烯接枝馬來酸酐(PEgMAH)。5.根據權利要求1至3任一項所述的非開挖專用PE燃氣管，其特徵在於進一步包括以下重量份的材料抗氧劑2~3;顏料2~3。6.根據權利要求5所述的非開挖專用PE燃，管，其特徵在.於所述抗氧劑是2,4,6-三di丁基苯酚。全文摘要本發明公開一種非開挖專用PE燃氣管。所述非開挖專用PE燃氣管其製備材料中包括以下重量份材料中密度聚乙烯90～95；增剛增韌助劑3～5；相容劑3～5。所述非開挖專用PE燃氣管的製備方法包括將重量份為中密度聚乙烯90～95、增剛增韌助劑3～5、相容劑3～5的材料混合；採用擠出、模壓或注射方式處理上述混合材料；對所述擠出、模壓或注射方式得到的管材進行冷卻成型。本發明非開挖專用PE燃氣管可有效增加PE管材的韌性和強度，特別適合於非開挖領域的應用。文檔編號C08K3/26GK101514770SQ20091011081公開日2009年8月26日申請日期2009年1月6日優先權日2009年1月6日發明者王存奇申請人:福建恆傑塑業新材料有限公司