一種改性的雙壁波紋管制備方法研究

于長輝

摘 要：本文介紹一種利用新型超細(xì)化固體納米級顆粒及無機(jī)粒子改性的聚乙烯專用料制備方法。該專用料主要用于生產(chǎn)高強(qiáng)度、低成本聚乙烯雙壁波紋管材。

關(guān)鍵詞：改性;雙壁波紋管;制備方法

0 引言

聚乙烯雙壁波紋管材主要適用于埋地排水，亦可用于工業(yè)排水、排污。隨著市場要求的增大和對管材技術(shù)性能要求的不斷提高，特別是在滿足管材長期使用可靠性的要求下，對其環(huán)剛度和韌性有更高的要求。埋地排水管在正常工作時管內(nèi)的排放物成分復(fù)雜，管材要承受靜載荷（土壤重量）和動載荷（車輛行人）的共同作用。基于埋地排水管的工作特點，該管道應(yīng)具有極佳的承受外壓載荷并保持形狀穩(wěn)定性的能力;具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和沖擊韌性以保持管材整體性;還應(yīng)具有優(yōu)良耐磨性和適當(dāng)?shù)哪蛻?yīng)力開裂能力。

作為生產(chǎn)埋地排水管的主要原料聚乙烯樹脂，主要有純樹脂、純樹脂加碳酸鈣母料、純樹脂加功能專用料、專用的樹脂改性復(fù)合材料。目前，市場上這些埋地排水管材專用料存在著強(qiáng)度低（尤其是環(huán)剛度、彎曲強(qiáng)度和彈性模量），抗沖擊性能、環(huán)柔性差等缺點。同時一些成本低的專用料因配方問題使得其加工特性不好、塑化慢，管材成型性和外觀不佳。

本文選用聚乙烯樹脂為基材，通過加入成本低的無機(jī)粒子和采用最新共混技術(shù)，制備具有較好綜合性能的埋地排水管專用料。

1 研究內(nèi)容及制備方法

為了解決聚乙烯埋地排水管專用料剛性低、環(huán)柔性差等問題，提供了一種埋地用聚乙烯結(jié)構(gòu)壁管道專用料的制備方法。

1.1 專用料的組成

專用料按重量百分比由聚乙烯（一定比例本廠回用料）

60～75%、經(jīng)活化改性的粉煤灰10～15%、納米混合碳酸鈣5～15%、硫酸鈣晶須8～15%、馬來酸酐接枝聚乙烯3～5%、潤滑劑0.5～1%、吸水劑、炭黑母粒組成。

1.2 埋地用聚乙烯結(jié)構(gòu)壁管道專用料制備方法

①混合：按重量百分比粉煤灰10～15%、納米混合碳酸鈣5～15%、硫酸鈣晶須8～15%放入高混機(jī)中經(jīng)5～10min的冷混后，獲得分散均勻的粉末;②高混：按重量百分比將HDPE聚乙烯60～75%、馬來酸酐接枝聚乙烯3～5%、潤滑劑0.5～1%在高混機(jī)中攪拌，攪拌的同時將聚乙烯加熱到100～120℃，按重量百分比將步驟①經(jīng)高混機(jī)冷混后獲得分散均勻的粉末加入高混機(jī)中，在高混機(jī)中高速預(yù)混5～10min后獲得粒狀混合物;③混煉：將步驟②獲得的粒狀混合物料送到雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)料口溫度為150～160℃，熔體溫度為200～220℃，口模溫度為200～210℃的溫度范圍擠出專用料。

原材料埋地排水管具有良好的剛性、柔性，管材的抗開裂性能、耐壓性、穩(wěn)定性都有所改善、耐腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長的特點，并且管材的成本明顯的降低。

2 具體實施方式

專用料配方中各組分采用的產(chǎn)品及性能參數(shù)：

聚乙烯：選用中國石油化工股份有限公司大慶石化產(chǎn)

80級聚乙烯，牌號為HDPE2480，其主要性能為：密度：

0.947，熔體流動指數(shù)：12.53（21.6kg），拉伸強(qiáng)度>25.5MPa，

斷裂伸長率：>890.8%，環(huán)境應(yīng)力開裂>500h，屈服拉伸強(qiáng)度（23℃）>30MPa。

回用料：采用本廠生產(chǎn)的同種管材、清潔的上海石化YGH041或吉林石化JHMGC100S。

粉煤灰：由硅烷偶聯(lián)劑KH590改性研制;將篩選的粉煤灰（粒度在0.001mm～0.1mm）烘干，加入到高速混合機(jī)內(nèi)，邊攪拌邊噴入硅烷偶聯(lián)劑KH590（以乙醇稀釋），高速攪拌10～15min，使之充分混合活化，在95～100℃烘干即得活化的粉煤灰。

納米混合碳酸鈣：新型超細(xì)化固體納米級的顆粒材料。以石灰石為原材料，采用沉淀法制備納米粉體。其顆粒直徑一般小于100nm，特點是粒徑小，表面活性高。

硫酸鈣晶須：無水硫酸鈣晶須，其長度（um）：50～ 200;直徑（um）：0.2～4.0。

馬來酸酐接枝聚乙烯：采用馬來酸酐接枝高密度聚乙烯（MAH-g-HDPE），主要作用是對無機(jī)粒子增容。

潤滑劑：潤滑劑采用牌號為BB潤滑劑。

炭黑母粒：其主要性能為：熔體流動速率40.0（190℃ 21.6kg），炭黑含量2.0～2.5%，炭黑分散≤3級，顏料分散≤3級。

具體實施方式一：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料的制備方法的步驟如：①混合：按重量百分比粉煤灰10～15%、硫酸鈣晶須5～10%、硫酸鈣晶須8～15%放入高混機(jī)中經(jīng)5～10min的冷混后，獲得分散均勻的粉末;②高混：按重量百分比將HDPE聚乙烯60～75%、馬來酸酐接枝聚乙烯2～3%、潤滑劑0.5～1%、吸水劑、炭黑母粒在高混機(jī)中攪拌，攪拌的同時將聚乙烯加熱到100～120℃，按重量百分比將步驟①經(jīng)高混機(jī)冷混后獲得分散均勻的粉末加入高混機(jī)中，在高混機(jī)中高速預(yù)混5-10min后獲得粒狀混合物;③混煉：將步驟②獲得的粒狀混合物料送到雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)料口溫度為150～160℃，溶體溫度為200～220℃，口模溫度為200～210℃的溫度范圍擠出專用料。

具體實施方式二：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料按重量百分比由聚乙烯60%、經(jīng)活化改性的粉煤灰10%、納米混合碳酸鈣15%、硫酸鈣晶須12%、馬來酸酐接枝聚乙烯2.5%、潤滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實施方式三：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料按重量百分比由聚乙烯65%、經(jīng)活化改性的粉煤灰12%、納米混合碳酸鈣10%、硫酸鈣晶須10%、馬來酸酐接枝聚乙烯2.5%、潤滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實施方式四：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料按重量百分比由聚乙烯64.5%、經(jīng)活化改性的粉煤灰15%、納米混合碳酸鈣5%、硫酸鈣晶須12%、馬來酸酐接枝聚乙烯3%、潤滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實施方式五：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料按重量百分比由聚乙烯62%、經(jīng)活化改性的粉煤灰10%、納米混合碳酸鈣10%、硫酸鈣晶須15%、馬來酸酐接枝聚乙烯2%、潤滑劑1%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實施方式六：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料按重量百分比由聚乙烯72.5%、經(jīng)活化改性的粉煤灰10%、納米混合碳酸鈣5%、硫酸鈣晶須10%、馬來酸酐接枝聚乙烯2.%、潤滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實施方式七：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料按重量百分比由聚乙烯69.5%、經(jīng)活化改性的粉煤灰10%、納米混合碳酸鈣10%、硫酸鈣晶須8%、馬來酸酐接枝聚乙烯2%、潤滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實施方式八：本實施方式的埋地排水管聚乙烯專用料按重量百分比由聚乙烯60%、經(jīng)活化改性的粉煤灰10%、納米混合碳酸鈣15%、硫酸鈣晶須11%、馬來酸酐接枝聚乙烯3%、潤滑劑1%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實施方式中二至八采用具體實施方式一的制備方法得到的專用料。對上述專用料采用下列測試方法檢測;熔體指數(shù)采用GB/T3682-2000規(guī)定的方法測定，拉伸性能按GB/T1040-92規(guī)定的方法測定，拉伸速度為50mm/min;彎曲性能按GB/T9431-2000規(guī)定的方法測定，測得的各項性能參數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3 應(yīng)用效果

專用料制備的埋地排水管具有良好的剛性，環(huán)柔性，抗沖擊性，管材的抗開裂性能、耐壓性、穩(wěn)定性都有所改善，具有耐腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長的特點，并且管材的成本明顯的降低。

在達(dá)到相同環(huán)剛度的情況下，使用本發(fā)明后埋地排水管材每米可節(jié)約成本8%以上，按年生產(chǎn)700t計算，年節(jié)約成本70萬以上，降低成本同時必定提升埋地排水管的市場競爭力，推動產(chǎn)品銷售。