一种能提高PE管材应力特性的炭黑母粒的制作方法

本发明涉及塑料着色
技术领域：
，具体涉及了一种能提高pe管材应力特性的炭黑母粒。
背景技术：
：pe(聚乙烯)管道是最常见的管道之一，由于其特有的性能优势，广泛地运用在给水、排水等众多领域中。但是由于聚乙烯分子结构特性，使聚乙烯管道在大气、阳光和氧的作用下，会发生老化、变色、龟裂、变脆或粉化，甚至丧失其力学性能。因此在聚乙烯管材生产中添加抵抗紫外线的炭黑色母是一个防止聚乙烯管道老化可行的办法。但是由于成本和技术的限制，目前添加炭黑色母生产的聚乙烯管材存在很多问题，首先，炭黑色母配方成分中过多的小分子会造成管材耐压强度下降；其次，炭黑在管材中分散不均造成管道性能缺陷；最后，炭黑与基体的界面处理不好，影响管材的综合性能，这几种情况尤其会造成管材后期出现大范围的应力开裂破坏。技术实现要素：本发明的目的之一是提供一种能提高pe管材应力特性的炭黑母粒，以解决因管材中炭黑分散不均匀而造成的管材后期开裂的问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种能提高pe管材应力特性的炭黑母粒，由以下重量份数的成分组成：载体40-60、炭黑40-45、分散剂5-20、偶联剂0.5-2、加工助剂0.5-2、促进剂0.5-2、抗氧剂1.2-1.6。与现有技术相比，本发明的原理及有益效果：本发明利用载体作为原料，其中加入炭黑，以增加管材抵抗紫外线的能力，有效地防止了管材的老化；由于炭黑本身以团聚，因此加入分散剂，利用分散剂将炭黑包裹，通过分散剂的分散性能，使炭黑在载体原料内均匀分散，防止炭黑发生团聚；由于炭黑为无机物，而载体通常为有机物，如聚乙烯等，因此为了使两者更好地相容，加入偶联剂，利用偶联剂的亲油亲水性质对炭黑表面进行处理，即偶联剂一端与炭黑连接，另一端与其他有机组分连接，使炭黑能够在组分中均匀分散，提高最终管材的质量；同时为了更好地促进炭黑分散，加入加工助剂和促进剂，使炭黑能够更好地进行分散；加入抗氧剂，增加管材的抗氧化性能，降低管材老化的速度，从而延长管材的使用寿命。进一步，所述载体为高密度聚乙烯。无毒、无味，且简单、易得。进一步，所述载体为聚乙烯粒料和聚乙烯粉料的混合物，其中聚乙烯粒料与聚乙烯粉料的重量份数比例为2:1。通过粒料和粉料的混合，能够保证混合的均匀性，防止下料不均匀、搅拌结块的问题。进一步，所述炭黑为槽法炭黑，粒径为20-40mm。槽法工艺制得的炭黑质量更优，且在该粒径下炭黑能够更好地进行分散。进一步，所述分散剂为聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、酯蜡、eva蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种。此类分散剂分子量相对比较集中，融程分布较窄，性能稳定，对管材质量有提升作用。进一步，所述偶联剂为钛酸酯、乙烯基硅烷中的一种。该类偶联剂能够很好地起到偶联的作用，促进炭黑与其他成分之间的混合，从而达到混合均匀的效果。进一步，所述加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的一种或多种。利用该类加工助剂能够促进炭黑分散均匀，提高管材的质量。进一步，所述促进剂为滑石粉、云母、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钙、二氧化硅中的一种或多种。该类促进剂成本较低，且能够有效地促进炭黑分散，防止炭黑发生团聚。进一步，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂330、或抗氧剂168中的一种或两种。该类抗氧剂具有优良的抗氧化性能，能够有效地提高管材的抗氧化性，从而延缓管材老化。本发明的目的之二是提供一种炭黑母粒的加工工艺，包括以下步骤：(1)预分散：将炭黑、分散剂、偶联剂、加工助剂、促进剂和抗氧剂混合；首先在20-25℃、300-450rpm下搅拌3-8分钟，然后在20-25℃、900-1200rpm下搅拌2-5分钟，接着在100-120℃、900-1200rpm下搅拌2-5分钟，最后加入载体，在100-120℃、900-1200rpm下搅拌5-8分钟后下料；(2)密炼：将预分散后的母料加入到密炼机中进行密炼；(3)造粒：将密炼完成后的产物传递至造粒机中进行造粒。采用该工艺生产炭黑母粒，首先将载体以外的其他成分进行混合，先常温低速搅拌，然后再常温高速搅拌，接着再高温高速搅拌，使各成分之间充分混合；然后再缓慢加入载体原料进行高温高速搅拌，使原料与其他成分充分混合，尤其是使其中的炭黑能够均匀地分散，防止炭黑发生团聚而影响管材的质量。混合后将母料加入到密炼机中，通过密炼机对母料进行密炼塑化，最后将密炼好的产物加入到造粒机中进行造粒，完成炭黑母粒的生产制备。整个加工工艺过程简单，易于操作，且能够生产出均匀分散的炭黑母粒，为后续生产管材提供了优良品质的原料。附图说明图1为本发明实施例中密炼机的主视局部剖面图。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细说明：说明书附图中的附图标记包括：密炼箱1、进料箱2、混炼转子3、伺服电机4、联轴器5、推料板6、液压缸7、加料箱8、搅拌叶9、导料管10、出料口11、挡板12、铁块13、第一弹簧14、齿条15、电磁铁16、触碰延时开关17、第一扇齿轮18、气孔19、过滤器20、缸体21、无杆腔22、有杆腔23、三通阀24、第一单向阀25、第二单向阀26、第二弹簧27、活塞板28、活塞杆29、第二扇齿轮30。一、实施例数据如表1所示：表1(单位：kg)实施例载体炭黑分散剂偶联剂加工助剂促进剂抗氧剂1404050.50.50.51.22404170.60.70.81.23454290.61.01.11.345043120.91.21.31.455543151.31.51.51.566044181.61.71.71.676045202221.6以实施例1为例，具体说明表1中形成的能提高pe管材应力特性的炭黑母粒，由以下重量份数的成分组成：载体40kg、炭黑40kg、分散剂5kg、偶联剂0.5kg、加工助剂0.5kg、促进剂0.5kg、抗氧剂1.2kg。上述实施例1至7中，载体为高密度聚乙烯，且由聚乙烯粒料和聚乙烯粉料的混合物，其中聚乙烯粒料与聚乙烯粉料的重量份数比例为2:1。上述实施例1至7中，炭黑为槽法工艺炭黑，粒径为20-40mm。上述实施例1至7中，分散剂为聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、酯蜡、eva蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种。其中聚乙烯蜡选用聚合工艺蜡，其优点是分子量相对比较集中，融程分布较窄，性能稳定。上述实施例1至7中，所述偶联剂为钛酸酯、乙烯基硅烷中的一种。上述实施例1至7中，加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的一种或多种的混合物。上述实施例1至7中，促进剂为滑石粉、云母、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钙、二氧化硅中的一种或多种的混合物。上述实施例1至7中，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂330、或抗氧剂168中的一种或两种混合物。二、以表1中实施例4为例，具体说明本发明炭黑母粒的制备过程：实施例4中采用聚乙烯蜡作为分散剂，钛酸酯作为偶联剂，硬脂酸钙作为加工助剂，纳米碳酸钙作为促进剂，以及抗氧剂168作为抗氧剂。1、预分散将43kg炭黑、12kg聚乙烯蜡、0.9kg钛酸酯、1.2kg硬脂酸钙、1.3kg纳米碳酸钙以及1.4kg抗氧剂168加入到混合机中，调节温度为20-25℃、转速为300-450rpm低速搅拌3-8分钟；然后在保持温度不变的情况下，将转速调制900-1200rpm搅拌2-5分钟；接着在保持转速不变的情况下，将温度升至100-120℃搅拌2-5分钟；期间通过常温低速搅拌、常温高速搅拌以及高温高速搅拌使上述成分充分混合。最后在100-120℃、900-1200rpm下，缓慢加入50kg载体(其中聚乙烯粒料为40kg、聚乙烯粉料为10kg)，继续搅拌5-8分钟，均匀混合后形成混合母料。2、密炼将预分散后的混合母料加入到密炼机中进行密炼。3、造粒将密炼完成后的产物传递至造粒机中进行造粒，得到产品。上述制备过程使用到的密炼机，其结构如图1所示，该密炼机包括机架，机架上固接有密炼箱1以及与密炼箱1连通的进料箱2，密炼箱1内转动连接有一对混炼转子3，机架上固接有驱动混炼转子3转动的伺服电机4，混炼转子3与伺服电机4之间连接有联轴器5；进料箱2内滑动连接有推料板6，进料箱2上固接有驱动推料板6的液压缸7。机架上固接有加料箱8，加料箱8上开有出料口11，加料箱8中转动连接有搅拌叶9，机架上固接有驱动搅拌叶9转动的电机，加料箱8的出料口11与进料箱2之间连通有导料管10，加料箱8上滑动连接有用于封闭出料口11的挡板12，挡板12上固接有铁块13，铁块13与加料箱8之间焊接有第一弹簧14；机架上竖向滑动连接有齿条15，齿条15与机架之间的摩擦力能够克服齿条15的重力，以防止齿条在不受其他外力作用下向下滑动，齿条15上端固接有电磁铁16，电磁铁16的重量大于铁块13，两者产生相互作用时，电磁铁16将带动铁块13移动，而铁块13则无法带动电磁铁16移动，机架上安装有触碰延时开关17，本实施例中，选用家恩型号为af86的触碰延时开关，齿条15向下滑动可与触碰延时开关17相抵，使其启动；其中一个混炼转子3上同轴连接有用于与齿条15啮合的第一扇齿轮18。进料箱2上开有上、下两个气孔19，上侧的气孔19处连通有过滤器20，本实施例中，选用型号为af2000-01的空气过滤器，机架上固接有缸体21，缸体21通过活塞分成了无杆腔22和有杆腔23，无杆腔22通过软管24与过滤器20连通，无杆腔22与过滤器20之间安装有向无杆腔22单向导通的第一单向阀25，有杆腔23通过软管24与下侧的气孔19连通，且有杆腔23与下侧的气孔19之间安装有向进料箱2单向导通的第二单向阀26，缸体21上安装有连通无杆腔22与外界的单向出气阀以及连通有杆腔23与外界的单向进气阀；活塞板28与缸体21之间焊接有第二弹簧27，活塞杆29上一体成型有轮齿，其中一个混炼转子3上同轴连接有用于与活塞杆29啮合的第二扇齿轮30。密炼时，将预分散后的混合母料加入到加料箱8中，启动电机，电机将带动搅拌叶9转动，对母料进行搅拌，防止母料长时间结块。启动伺服电机4，伺服电机4先将带动混炼转子3正向转动，使设备先运行预热一段时间；过程中第一扇齿轮18将随混炼转子3正转，第一扇齿轮18每转动一圈将带动齿条15向下移动一定距离；当齿条15移动至与触碰延时开关17相抵时，触碰延时开关17启动，给电磁铁16通电，电磁铁16将对铁块13磁吸力，此时挡板12将随铁块13向下滑动，出料口11与导料管10连通，第一弹簧14被拉伸，加料箱8中的母料将沿导料管10快速进入到进料箱2中，掉落到密炼箱1内，与此同时，伺服电机4将带动混炼转子3反向转动，第一扇齿轮18将逐渐带动齿条15向上移动，使齿条15与触碰延时开关17分离，由于触碰延时开关17具有延时功能，分离后的一段时间里触碰延时开关17仍处于启动状态；一段时间后触碰延时开关17将自动关闭，电磁铁16将被断电，第一弹簧14将带动铁块13向上复位，使挡板12将出料口11封闭，停止加料，此时密炼箱1中已加入了一定母料。启动液压缸7，液压缸7将驱动推料板6向下移动，将可能粘附在加料箱8内壁上的母料推入到密炼箱1中，以减少原料损失；随后液压缸7将驱动推料板6向上复位，通过混炼转子3对母料进行密炼。过程中，由于母料与混炼转子3的相互作用，密炼箱1和进料箱2中温度和压强将会不断升高，为了保证其中的温度和压强在一定范围内，防止意外发生，通过混炼转子3转动带动第二扇齿轮30转动，通过第二扇齿轮30和第二弹簧27带动活塞进行往复滑动，从而改变无杆腔22与有杆腔23之间的压强，使密炼箱1和进料箱2中的空气与外界空气进行交换，即：当活塞向上滑动，即活塞板28和活塞杆29向上滑动，第二弹簧27被拉伸，此时无杆腔22中压强增大，有杆腔23中压强减小，无杆腔22中的空气经单向出气阀排出，外界空气将经单向进气阀进入到有杆腔23中。；当第二扇齿轮30与活塞杆29分离后，第二弹簧27将拉动活塞板28向下滑动复位，过程中无杆腔22内压强减小，有杆腔23内压强增大，因此，密炼箱1和进料箱2中的空气将经上侧的气孔19、过滤器20、软管24进入到无杆腔22中，而有杆腔23内的空气将经软管24、下侧的气孔19进入到密炼箱1和进料箱2中，从而实现内外空气的交换。过程中，从箱内经上侧的气孔19排出的空气都需经过滤器20进行过滤，然后再排放，以防止带来环境污染以及对工人健康的损害。通过该密炼机对母料进行密炼，利用混炼转子3的转动，能够实现间歇性地自动加料，无需人工手动加料，提高了生产的效率，还降低了塑料原料对人体健康的损害；密炼过程中，利用缸体21与混炼转子3配合，对密炼箱1内的空气进行置换，防止箱内温度和压强过高而带来的隐患；通过结构设计的配合，完成密炼的同时，提高了密炼的效率，还达到了节能的效果。以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。当前第1页12