張慰峰，李統(tǒng)一，宋科明，王亭亭，周 平

(廣東聯(lián)塑科技實業(yè)有限公司，廣東 佛山 528318)

耐白蟻聚乙烯燃氣管道研究

張慰峰，李統(tǒng)一，宋科明，王亭亭，周 平

(廣東聯(lián)塑科技實業(yè)有限公司，廣東 佛山 528318)

研究了4種聚乙烯(PE)及2種聚丙烯(PP)材料管材的耐白蟻性能；探討了帶PP外保護層的耐白蟻PE燃氣管共擠工藝及黏附力改性劑對外保護層PP剝離強度的影響。結(jié)果表明，PE材料的蛀蝕等級均為3級，肖氏硬度(D)達到73.5 的PP材料蛀蝕等級為1級；采用分步共擠技術(shù)制備燃氣管材能更好地滿足其加工和使用要求；外保護層的剝離強度隨黏附力改性劑添加量的增加而增大，當其添加量在3份(質(zhì)量份，下同)以上時，剝離強度達到最佳控制范圍。

聚乙烯；聚丙烯；耐白蟻性能；分步共擠技術(shù)；剝離強度

0 前言

PE燃氣管具有使用壽命長、耐化學腐蝕性強、施工簡單可靠、氣密性好、韌性好、節(jié)約能耗、管道綜合成本低等優(yōu)勢，在燃氣輸送上得到了越來越多的應用[1-3]，有的地區(qū)已經(jīng)將PE燃氣管作為城鎮(zhèn)燃氣管道的首選。但隨著應用的不斷推廣，多地出現(xiàn)了PE燃氣管由于受到白蟻的蛀蝕而造成管道破壞泄漏的問題，PE燃氣管耐白蟻問題亟待解決[4-6]。

本文探討了幾種不同PE、PP管材的耐白蟻性能，并通過分步共擠法，以及在外保護層添加一定量黏附力改性劑制得了帶PP外保護層的耐白蟻PE燃氣管。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PE 80-1，密度為0.940 kg/m3，熔體流動速率為0.9 g/10 min(190 ℃，5 kg)，道達爾石化有限公司；

PE 80-2，密度為0.940 kg/m3，熔體流動速率為0.3 g/10 min(190 ℃，2.16 kg)，博祿化工公司；

PE 80-3，密度為0.939 kg/m3，熔體流動速率為0.2 g/10 min(190 ℃，2.16 kg)，中國石化茂名石化公司；

PE 100，密度為0.959 kg/m3，熔體流動速率為0.25 g/10 min(190 ℃，5 kg)，英力士集團控股有限公司；

PP-1，密度為0.910 kg/m3，熔體流動速率為0.2 g/10 min(230 ℃，2.16 kg)，韓國株式會社曉星；

PP-2，密度為0.900 kg/m3，熔體流動速率為0.3 g/10 min(230 ℃，2.16 kg)，博祿化工公司；

白蟻，中國臺灣乳白蟻；

乙丙橡膠，熔體流動速率為12.0 g/10 min(230 ℃，2.16 kg)，東莞市住友塑料有限公司。

1.2 主要設備及儀器

肖氏硬度儀，LX-D，無錫前洲測量儀器廠；

萬能材料試驗機，Z600Y，德國Zwick集團；

單螺桿擠出機，solEX75(PE、PP均適用)，巴頓菲爾辛辛那提。

1.3 樣品制備

耐白蟻燃氣管材的制備：將上述4種PE材料及2種PP材料制成公稱直徑為110 mm，標準尺寸比為11的管材，生產(chǎn)PE管材的工藝條件為：口模溫度為150～170 ℃；機身中部溫度為160～180 ℃；機身后部溫度為100～130 ℃；生產(chǎn)PP管材的工藝條件為： 口模溫度為190～200 ℃；機身中部溫度為190～210 ℃；機身后部溫度為180～190 ℃；并將所得PE、PP管材裁成長為100 mm的管段試樣，厚度以原管材為標準，且試樣的所有邊角應修平整，光滑；

帶PP外保護層的耐白蟻PE燃氣管的制備：擠出燃氣管材的內(nèi)層PE層，冷卻定型后，牽引前共擠上外保護層PP層，冷卻定型得到雙層復合燃氣管，其擠出工藝條件同上。

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

1—玻璃器皿 2—管段樣品 3—松木圖1 管材白蟻試驗示意圖Fig.1 Sketch of termite resistance tests for pipes

白蟻試驗：在玻璃器皿中先鋪上一層蛭石，然后放入管段樣品，接著放入15 g白蟻(兵蟻數(shù)量≤10 %)，最后如圖1所示放入2段松木(50 mm×20 mm×50 mm)；試驗分2組，第1組在試驗30天后移除松木；第2組在試驗30天后繼續(xù)添加2塊同樣大小的松木(試驗期間保證食物充足)；試驗時間為3個月，為防止試驗期間白蟻死亡而使得試驗失敗，每一組試樣都同時使用3個試樣分別裝進3個玻璃器皿中進行試驗，并另設一段做空白對比；3個月后將試樣取出，看是否遭到白蟻的蛀蝕；試驗裝置如圖1所示；

肖氏硬度(D)測試按GB/T 531.1—2008進行，測試溫度為室溫，彈簧試驗力保持時間為15 s；

剝離強度按GB/T 18997.1—2003進行，試驗機以(50±1) mm/min的速率進行剝離，讀取90 °～270 °之間的剝離力，并通過式(1)計算剝離強度：

(1)

式中σ——保護層剝離強度，N/mm

F——剝離力，N

B——試樣寬度，mm

2 結(jié)果與討論

2.1 材料硬度和其耐白蟻等級的關(guān)系

白蟻的分泌物并不會和PE、PP等樹脂發(fā)生化學反應，因此管材的表面硬度對管材防御白蟻的蛀蝕起到?jīng)Q定性的作用[6]。由表1中的數(shù)據(jù)可知，即便在食物充足的情況下，白蟻仍然會蛀蝕管材。以PE 80材料及硬度較高的PE 100材料制備的管材其白蟻蛀蝕等級均為3級(白蟻蛀蝕等級根據(jù)GB/T 2951.38—1986進行判定)，可見PE材料不耐白蟻蛀蝕。PP材料的硬度較高，均高于PE 材料，肖氏硬度(D)為68.9的PP-1材料，其蛀蝕等級為2；肖氏硬度(D)為73.5的PP-2材料，其蛀蝕等級為1，且試樣的表面及沿邊均未見白蟻蛀蝕齒痕，可見PP材料的耐白蟻蛀蝕性能較好。

因此，埋地的PE燃氣管材，若附近出現(xiàn)了白蟻，不管白蟻的食物情況如何，隨著時間的推移，管材極有可能被白蟻蛀蝕。而PP的硬度較高，能夠耐受白蟻的蛀蝕，若以PP作為PE燃氣管的外保護層，可抵御白蟻對PE燃氣管材的蛀蝕，提高燃氣管材的使用安全性能。

表1 材料的硬度及白蟻蛀蝕等級Tab.1 Shore hardness and damage level of the materials

2.2 共擠工藝對燃氣管保護層剝離強度的影響

為PE燃氣管添加PP外保護層，通?？赏ㄟ^共擠出技術(shù)來實現(xiàn)；然而，共擠工藝對保護層的剝離強度有顯著影響。如表2所示，當采用內(nèi)外層在一個模具中同時共擠出時，其保護層的剝離強度可達到46 N/mm，而采用分步共擠出工藝時，即先擠出內(nèi)層PE管材，在冷卻定型后，牽引之前共擠上外防護層PP層，其保護層剝離強度則為0.16 N/mm。帶PP保護層的PE燃氣管在連接時，須將外保護層剝離一定的長度，然后才能進行熱熔或者電熔連接。較高的保護層剝離強度，其保護層不易剝離，影響了燃氣管材的連接效率；但過低的剝離強度，復合管材可能在運輸或安裝過程中發(fā)生內(nèi)層和保護層分離現(xiàn)象。因此，合適的剝離強度對雙層復合管而言至關(guān)重要。實踐證明，當雙層復合管材在同一個模具中共擠出時，外保護層的剝離需要借助外力，而且對管材的表面影響較大，管材熔接后接頭的品質(zhì)下降；當采用分步共擠出時，外保護層的黏附力又太小，極易和內(nèi)PE層脫離。此外，燃氣管材對尺寸要求較高，雙層在同一個模具中共擠時很難準確控制內(nèi)層PE管的尺寸在標準范圍內(nèi)。因此，綜合來看，制備雙層復合管時采用分步共擠出工藝更合理，但仍需對外層的黏附力進行改性，以提高外保護層的剝離強度。

表2 共擠工藝對保護層剝離強度的影響Tab.2 Influence of co-extrusion technology on peel strength of the covering layer

2.3 黏附力改性劑對燃氣管保護層剝離強度的影響

PE和PP的相容性較差，分步共擠出時，其剝離強度較低，影響了PE燃氣管材的使用。黏附力改性劑可提高外保護層的黏附力，從而有效改善外保護層的剝離強度。如圖2所示，保護層的剝離強度隨黏附力改性劑添加量的增加而增大。這是因為黏附力改性劑乙丙橡膠中既含有大量的乙烯鏈段，和內(nèi)層PE鏈段間具有較強的范德華相互作用力；同時它又有大量的丙烯鏈段和外保護層PP鏈段間同樣也具有較強的相互作用，從而可有效改善PE和PP的相容性，增加界面層的相互作用，整體表現(xiàn)為剝離強度的上升。在實際應用過程中，可通過調(diào)節(jié)黏附力改性劑的用量得到合適的剝離強度。根據(jù)大量實踐證明，在運輸過程中，當剝離強度達到0.2 N/mm以上時，內(nèi)、外層出現(xiàn)滑脫的現(xiàn)象大為減少；而在安裝連接過程中，當剝離強度超過0.5 N/mm時，通過人力很難將內(nèi)、外層進行剝離。因此耐白蟻雙層復合燃氣管的適宜剝離強度應控制在0.2～0.5 N/mm之間。由圖2可知，黏附力改性劑添加3份以上為宜。

圖2 黏附力改性劑對保護層剝離強度的影響Fig.2 Influence of the adhesion strength modifier on peel strength of the covering layer

3 結(jié)論

(1)肖氏硬度(D)達到73.5的PP管材其白蟻蛀蝕等級為1，適合作為PE燃氣管材的外保護層；

(2)分步共擠法更適合用于PE/PP復合燃氣管的制備；

(3)當黏附力改性劑添加量為3份以上時，雙層復合燃氣管材的剝離強度滿足使用要求。

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[6] 張存森.埋地聚乙烯燃氣管道白蟻侵蝕研究[D].廣州：華南理工大學化學與化工學院,2013.

關(guān)于舉辦第五屆全國塑料顏色應用技術(shù)研討會的通知

各有關(guān)單位：

為了提高塑料行業(yè)配色人員的配色水平以及更好地應用顏色，促進行業(yè)技術(shù)交流，在成功舉辦了前四屆技術(shù)研討會的基礎(chǔ)上，應眾多企業(yè)的要求，中國塑料加工工業(yè)協(xié)會教育與培訓委員會將于2017年11月16-18日，在浙江臺州舉辦“第五屆全國塑料顏色應用技術(shù)研討會”。從這里，將帶你認識最新的顏色知識與理論，科學、優(yōu)化、經(jīng)濟、簡便的選用顏料，并使用相關(guān)技術(shù)與儀器創(chuàng)建顏色標準和測試及管理顏色，了解色母粒的改性技術(shù)及應用等，全面提升色彩管理人員的知識水平與應用能力，更好地對接和服務國際市場與用戶，降低公司產(chǎn)品因色差造成的損失，提高公司產(chǎn)品競爭力。

一、會議信息：

時間：2017年11月16-18日(11月16日報到，17-18日培訓，學員可根據(jù)自己在實際工作中遇到的難點問題，自帶樣品，通過和專家互動進行現(xiàn)場分析、探討、測試，給予解決方案。)

地點：浙江臺州羅曼國際大酒店(黃巖區(qū)勞動南路358號 - 勞動南路東側(cè) 酒店總機：0576-84239999)

主辦單位：中國塑料加工工業(yè)協(xié)會教育與培訓委員會、中國塑協(xié)多功能母料專業(yè)委員會

協(xié)辦單位：臺州蘇達山新材料有限公司、廣東彩虹塑膠顏料有限公司

二、會議主要內(nèi)容

(1)塑料著色及色母之生產(chǎn)應用：塑料著色的概述；原輔材料的選用(塑料著色劑、分散劑)；關(guān)于載體塑料；分散技術(shù)(粉體三態(tài)、顏料分散理論、熔體剪切分散原理)；色母的幾種主要生產(chǎn)工藝(干法生產(chǎn)工藝、濕法生產(chǎn)工藝)；母料在塑料包裝領(lǐng)域的應用(著色功能類、加工功能類、附加功能類)。

(2)顏(染)料的分類、應用及注意要點：著色用顏(染)料要求的主要性能指標；顏(染)料的命名；顏(染)料的索引號(C.I)；顏料的分類，有機、無機在高分子材料上合理應用和注意要點；染料的分類；在丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸脂、聚氮乙稀、聚酰胺中的應用和注意要點。

(3)影響著色劑選擇必須考慮因素的分析和歸類：顏色和色彩性能，加工成型工藝及條件，添加組分的影響(填充/增強，阻燃，功能性添加等)，制成品使用條件和年限等，安全環(huán)保。

(4)色母料的性能測式及老化評價。

(5)色母粒前沿技術(shù)的應用及計算機輔助配色技術(shù)應用。

(6)塑料顏色管理流程與案例分享：汽車、家電、電子等塑料制品生產(chǎn)顏色品控流程SOP建立；人造革、皮革生產(chǎn)顏色管理流程和方法；注塑生產(chǎn)顏色控制方法；汽車家電、電子等生產(chǎn)之全自動顏色測量和控制技術(shù)。

(7)塑料色母粒制備技術(shù)及色母粒對塑料性能的影響。

三、收費標準:

會務費：8月25日前報名2200元/人；8月25日-9月25日前報名2800元/人；10月1日后及現(xiàn)場繳費3500元/人(含餐費、資料費、專家費、場地費等)。

住宿自理：(298元/間/天/無電腦，328元/間/天/有電腦)。

會議期間企業(yè)產(chǎn)品展示：展臺2000元/個(1個展桌，2把椅子)。

會刊廣告：封面5000元，封底4000元，封二3000，彩插2000元。

會議論文：為便于大會交流和研討，現(xiàn)征集與會議主題有關(guān)的論文和交流材料，主辦單位將擇優(yōu)編入論文集，并推薦部分優(yōu)秀論文和典型案例在會上交流。

四、聯(lián)系方式

電話：13681261335(劉芳) 13439606287(褚金榮) 18600423869(高昕)

傳真：010-59732239

E-mail：gaoxinhorse@126.com或sczyliufang@126.com

Study on Termite-resistant Polyethylene Gas Pipes

ZHANG Weifeng, LI Tongyi, SONG Keming,WANG Tingting, ZHOU Ping

(Guangdong Lesso Technology Industrial Co, Ltd, Foshan 528318, China)

In this work, termite-resistant gas pipes were manufactured by using four types of polyethylene (PE) and two types of polypropylene (PP) and their resistance to termite damage was investigated intensively. Effects of coextrusion technology and adhesion modifiers on peel strength of PP protection layer were also evaluated. The results indicated that damage level of the pipes by termites reached 3 when being prepared by using PE, but it could reach 1 by using PP protection layer with a shore hardness of 73.5. The step-by-step coextrusion technology was considered as an optimum choice for the preparation of termite-resistant gas pipes. The peel strength of the protection layer increased with an increase of the content of the adhesion modifier, and it reached an optimum value when more than 3 phr of adhesion modifier was added into the protection layer.

polyethylene; polypropylene; termite resistance; step-by-step coextrusion technology; peel strength

2017-03-01

TQ325.1

B

1001-9278(2017)08-0052-04

10.19491/j.issn.1001-9278.2017.08.009

聯(lián)系人，420825771@qq.com