于長(zhǎng)輝

摘 要：本文介紹一種利用新型超細(xì)化固體納米級(jí)顆粒及無(wú)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(chǎng)要求的增大和對(duì)管材技術(shù)性能要求的不斷提高，特別是在滿足管材長(zhǎng)期使用可靠性的要求下，對(duì)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(shí)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(dòng)載荷（車輛行人）的共同作用。基于埋地排水管的工作特點(diǎn)，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(chǎng)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(diǎn)。同時(shí)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(wú)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?jī)?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(lái)酸酐接枝聚乙烯3～5%、潤(rùn)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(lái)酸酐接枝聚乙烯3～5%、潤(rùn)滑劑0.5～1%在高混機(jī)中攪拌，攪拌的同時(shí)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(zhǎng)的特點(diǎn)，并且管材的成本明顯的降低。

2 具體實(shí)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(guó)石油化工股份有限公司大慶石化產(chǎn)

80級(jí)聚乙烯，牌號(hào)為HDPE2480，其主要性能為：密度：

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

斷裂伸長(zhǎng)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(jí)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(diǎn)是粒徑小，表面活性高。

硫酸鈣晶須：無(wú)水硫酸鈣晶須，其長(zhǎng)度（um）：50～ 200;直徑（um）：0.2～4.0。

馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯：采用馬來(lái)酸酐接枝高密度聚乙烯（MAH-g-HDPE），主要作用是對(duì)無(wú)機(jī)粒子增容。

潤(rùn)滑劑：潤(rùn)滑劑采用牌號(hào)為BB潤(rùn)滑劑。

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

具體實(shí)施方式一：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯2～3%、潤(rùn)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(shí)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(shí)施方式二：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯2.5%、潤(rùn)滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯2.5%、潤(rùn)滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯3%、潤(rùn)滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯2%、潤(rùn)滑劑1%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯2.%、潤(rùn)滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯2%、潤(rùn)滑劑0.5%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)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(lái)酸酐接枝聚乙烯3%、潤(rùn)滑劑1%、吸水劑、炭黑母粒組成。

具體實(shí)施方式中二至八采用具體實(shí)施方式一的制備方法得到的專用料。對(duì)上述專用料采用下列測(cè)試方法檢測(cè);熔體指數(shù)采用GB/T3682-2000規(guī)定的方法測(cè)定，拉伸性能按GB/T1040-92規(guī)定的方法測(cè)定，拉伸速度為50mm/min;彎曲性能按GB/T9431-2000規(guī)定的方法測(cè)定，測(cè)得的各項(xiàng)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(zhǎng)的特點(diǎn)，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(jì)算，年節(jié)約成本70萬(wàn)以上，降低成本同時(shí)必定提升埋地排水管的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)產(chǎn)品銷售。