一种聚乙烯管道及其制备工艺的制作方法

本发明涉及管道生产加工的
技术领域：
，尤其是涉及一种聚乙烯管道及其制备工艺。
背景技术：
：pe材料即聚乙烯材料，塑料袋、保鲜膜等都是由pe材料制成。聚乙烯材料由于具有强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒、耐磨等特点，被广泛应用于管道制造领域。由聚乙烯材料制成的管道称为聚乙烯管，聚乙烯管根据壁厚分为sdr11和sdr17.6系列，前者适用于输送气态的人工煤气、天然气、液化石油气，后者主要用于输送天然气。和钢管比较，聚乙烯管施工工艺简单，有一定的柔韧性，更主要的是聚乙烯管具有良好的耐腐蚀性，不用额外在管道上作防腐处理，可节省大量的工序。聚乙烯管在长期使用的过程中，会发生脆性破坏。脆性破坏是由于聚乙烯管在较低应力条件下引起的慢速裂纹增长所致，是聚乙烯管在实际使用过程中发生破坏的主要形式。聚乙烯管的实地破坏是引起慢速裂纹增长的主要诱因，如管材在生产、运输和施工过程中造成的划痕、裂纹等损坏，或机械连接变型、压扁等。在聚乙烯管长期使用的过程中，这些裂纹在外部的弯曲或扭转载荷下慢慢扩展到整个管壁，并最终导致管道系统破坏。对于承受内压的聚乙烯管来说，产生慢速裂纹增长是不可避免的，因此，提高聚乙烯管的耐慢速裂纹增长性能对提高其使用寿命具有重要意义。技术实现要素：本发明的目的是提供一种聚乙烯管道及其制备工艺，其具有提高聚乙烯管耐慢速裂纹增长性能的效果。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种聚乙烯管道，按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯树脂50-60份、线性低密度聚乙烯树脂25-30份、有机硅树脂10-15份、纳米碳酸钙5-8份、炭黑母粒3-5份、阻燃剂1-3份、耐老化剂1-2份以及开口剂0.5-1.5份。通过采用上述技术方案，有机硅树脂结构中既含有有机基团，又含有无机结构，使其集有机物特性与无机物功能于一体，硅材料质地柔软，具有良好的韧性，因此，有机硅树脂本身具有良好的韧性，将其添加至组分中，有利于弥补管道成品韧性不足的问题，以此提高管道成品的拉伸韧性，从而延缓管道成品上裂纹的增长速度，有机硅树脂还具有优异的热氧化稳定性以及耐候性，避免在紫外线的长期照射下管道成品中产生的大量自由基加快管道成品老化的速度，以此减少管道成品上裂纹的产生，同时延缓已有裂纹增长的速度；有机硅树脂还具有良好的相容性，从而提高与高密度聚乙烯树脂以及线性低密度聚乙烯树脂混合的均匀度；高密度聚乙烯树脂具有较高的硬度以及拉伸强度，其韧性较差，易导致裂纹增加，而线性低密度聚乙烯树脂具有良好的韧性以及耐环境应力开裂性，将线性低密度聚乙烯树脂混合至高密度聚乙烯树脂中，以此弥补高密度聚乙烯树脂的不足，从而对管道成品起到增韧补强作用，以此减缓裂纹增长的速度；纳米碳酸钙作为填料使用，具有增韧补强的作用，以此提高制备出的管道成品的弯曲强度，从而提高管道成品的柔韧性、降低裂纹增长的速度。本发明进一步设置为：所述有机硅树脂为聚乙基硅树脂。通过采用上述技术方案，硅氧烷链中与硅原子相连的乙基具有增大树脂可溶性并降低其硬度的作用，且聚乙基硅树脂具有良好的相容性，比聚甲基硅树脂等有机硅树脂更易与其他有机聚合物互混或共聚。本发明进一步设置为：所述聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：(0.4-1.3)。通过采用上述技术方案，当硅原子数量过少时，聚乙基硅树脂聚合过速，在缩合过程中会产生大量的水，使树脂质地变脆，增大了其开裂的可能性；当硅原子数量过多时，聚合物中低分子产物的含量增多，较难缩合成固体形态，导致树脂成品弹性过强而形成弹性体；因此，将乙基与硅原子的数量比控制在合适的范围内，才有利于制备出符合管道成品添加需求的聚乙基硅树脂。本发明进一步设置为：向所述组分中添加聚氨酯碳纤维5-7份。通过采用上述技术方案，聚氨酯碳纤维是聚氨酯纤维与碳纤维的复配物，聚氨酯纤维的分子链中含有较多的非晶态结构，构成软链段区，使其具有良好的韧性，而碳纤维本身具有高模量，且其耐高温性能显著，将两者的复配物聚氨酯碳纤维添加至组分中，在提高管道成品韧性的同时，提高其耐高温性能，以此延缓管道成品裂纹增长的速度。本发明进一步设置为：所述阻燃剂为红磷母粒。通过采用上述技术方案，红磷母粒无毒无气味，是高效环保的无卤阻燃剂，其具有密度低、热稳定性好等优点，且红磷母粒制备简单，原料廉价易得，少量即可取得良好的阻燃效果，因此选用红磷母粒作为阻燃剂使用。本发明进一步设置为：所述开口剂为纳米二氧化硅粉末。通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅是比表面积较大的多孔材料，组分中多种聚合物的大分子链的末端在加工过程中被二氧化硅颗粒的空隙吸入，该颗粒同时成为成核中心使其自身结晶，从而减少聚合物外露分子链的数量，一方面提高了聚合物之间连接的紧密性，另一方面降低了管道成品表面的吸附力，从而提高了管道成品表面的光滑性。本发明进一步设置为：所述耐老化剂为uv531、uvp327或uv9中的一种。通过采用上述技术方案，uv531、uvp327以及uv9通过吸收一定波长范围内的紫外光，并将其能量转变为无害的热能形式散出，从而避免紫外光氧化管道成品，以此延缓裂纹增长的速度；uv531、uvp327以及uv9均具有良好的热稳定性以及吸光性，产品的挥发性以及毒害副作用小，且uv531、uvp327以及uv9相较于其他的耐老化剂来说，三者与聚乙烯类产品的相容性更好，因此更有利于提升聚乙烯类产品的耐老性。本发明进一步设置为：一种聚乙烯管道的制备工艺，包括以下具体步骤：s1.母料制备：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、有机硅树脂以及开口剂混合均匀，混合温度为150℃-185℃，混合时间为30min-40min，制成母料；s2.辅料混合：再将聚丙烯碳纤维与纳米碳酸钙添加至母料中混合均匀，最后向母料中加入炭黑母粒、阻燃剂以及耐老化剂，并在175℃-195℃的温度条件下混合25-35min，制成基料；s3.造粒处理：再对基料进行造粒处理，造粒温度为185-205℃，制成造粒料；s4.热压塑化：对造粒料进行热压塑化处理，热压温度为150-160℃，制成管道成品。通过采用上述技术方案，先将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、有机硅树脂以及开口剂混合均匀，使有机硅树脂弥补高密度聚乙烯树脂与线性低密度聚乙烯树脂耐环境开裂性不足的问题，再将聚丙烯碳纤维与纳米碳酸钙添加至母料中，以此进一步提高制备出的管道成品的拉伸韧性，最后再加入多种助剂，以提升管道成品的耐老化性、耐燃性等多项性能；在管道成品制备的过程中，需要控制好各处理阶段的温度与时间，以确保管道成品的品质。综上所述，本发明的有益技术效果为：1.有机硅树脂本身具有良好的韧性，将其添加至组分中，有利于弥补管道成品韧性不足的问题，以此提高管道成品的拉伸韧性，从而延缓管道成品上裂纹的增长速度，有机硅树脂还具有优异的热氧化稳定性以及耐候性，避免在紫外线的长期照射下管道成品中产生的大量自由基加快管道成品老化的速度，以此减少管道成品上裂纹的产生，同时延缓已有裂纹增长的速度；有机硅树脂还具有良好的相容性，从而提高与高密度聚乙烯树脂以及线性低密度聚乙烯树脂混合的均匀度；2.将线性低密度聚乙烯树脂混合至高密度聚乙烯树脂中，以此弥补高密度聚乙烯树脂的不足，从而对管道成品起到增韧补强作用，以此减缓裂纹增长的速度；3.将聚氨酯碳纤维添加至组分中，在提高管道成品韧性的同时，提高其耐高温性能，以此延缓管道成品裂纹增长的速度。附图说明图1是本实施例的生产工艺流程图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。实施例1，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤包括：s1.母料制备：将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、聚乙基硅树脂以及纳米二氧化硅混合均匀，混合温度为165℃，混合时间为35min，制成母料；s2.辅料混合：再将聚丙烯碳纤维与纳米碳酸钙添加至母料中混合均匀，最后向母料中加入炭黑母粒、红磷母粒以及uvp327，并在180℃的温度条件下混合25min，制成基料；s3.造粒处理：再对基料进行造粒处理，造粒温度为190℃，制成造粒料；s4.热压塑化：对造粒料进行热压塑化处理，热压温度为155℃，制成管道成品。实施例2，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：0.4；具体制备步骤同实施例1。实施例3，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：0.6；具体制备步骤同实施例1。实施例4，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：0.8；具体制备步骤同实施例1。实施例5，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.3；具体制备步骤同实施例1。实施例6，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。实施例7，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维7聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例1，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂0纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例2，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚甲基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例3，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙0uvp3270.8聚氨酯碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例4，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维0聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例5，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例6，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8碳纤维6.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例7，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维4.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：1.15；具体制备步骤同实施例1。对比例8，一种聚乙烯管道及其制备工艺，按重量份包括以下组分：组分份数组分份数高密度聚乙烯树脂55炭黑母粒4线性低密度聚乙烯树脂28红磷母粒1.5聚乙基硅树脂17.5纳米二氧化硅1纳米碳酸钙6.5uvp3270.8聚氨酯碳纤维7.5聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比为1：(0.4-1.3)；具体制备步骤同实施例1。对实施例1-7以及对比例1-8所制备出的管道成品进行取样，每组实施例取样20份，并对样品进行如下性能测试：拉伸性能测试：对样品的拉伸强度以及扯断伸长率进行测量，通常采用万能电子试验机对固体材料进行测量；光稳定性测试：将样品置于老化试验箱中，并进行紫外线集中照射，记录每组样品从初始照射至开始产生老化之间的老化时间。表1-实施例1-7以及对比例1-8中样品的各项性能测试数据拉伸强度(mpa)扯断伸长率(％)老化时间(h)实施例161607182实施例253511172实施例354522173实施例457548176实施例556536175实施例656539175实施例758563176对比例142376144对比例254518173对比例356540179对比例448415138对比例554512147对比例650455163对比例751471171对比例854517173根据实施例1与对比例1中样品的各项性能测试数据可知：添加聚乙基硅树脂后制成的管道成品，其拉伸性能与光稳定性明显提高，说明聚乙基硅树脂具有提升管道成品品质的有益效果，从而延缓裂纹增长的速度。根据实施例1-5中样品的各项性能测试数据可知：改变聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比对管道成品的拉伸性能以及光稳定性均会产生一定的影响，且该影响呈抛物线型改变；将聚乙基硅树脂中乙基与硅原子的数量比控制在合适的范围内，聚乙基硅树脂的添加均会对提升管道成品的品质产生有益影响，从而延缓裂纹增长的速度。根据实施例1与对比例1-2中样品的各项性能测试数据可知：采用聚甲基硅树脂代替聚乙基硅树脂添加至组分中，对提升管道成品的拉伸性能以及光稳定性均具有良好的效果；然而，相比于采用聚甲基硅树脂来说，聚乙基硅树脂的作用效果明显更好。根据实施例1与对比例3中样品的各项性能测试数据可知：删除纳米碳酸钙成分，管道成品的拉伸性能会降低，但其光稳定性的数值变化不大，说明纳米碳酸钙对提升管道成品的拉伸性能具有有益效果，而对提高管道成品的耐高温性能作用不大。根据实施例1与对比例4中样品的各项性能测试数据可知：删除聚氨酯碳纤维成分，管道成品的拉伸性能以及光稳定性能的相关参数明显下降，说明聚氨酯碳纤维对提升管道成品的两项性能具有明显有益效果。根据实施例1以及对比例4-6中样品的各项性能测试数据可知：采用聚氨酯纤维代替聚氨酯碳纤维，管道成品的拉伸性能与光稳定性能的相关参数与实施例1相比明显下降，其中拉伸性能参数下降更明显，但与对比例4相比明显提升，说明聚氨酯纤维对提高管道成品拉伸性能具有更明显的作用，但其效果不如聚氨酯碳纤维效果明显；同理，采用碳纤维代替聚氨酯碳纤维，管道成品的拉伸性能与光稳定性能的相关参数与实施例1相比明显下降，其中光稳定性能参数下降更明显，但与对比例4相比明显提升，说明碳纤维对提高管道成品的光稳定性能具有更明显的作用。根据实施例1实施例6-7以及对比例7-8中样品的各项性能测试数据可知：聚氨酯碳纤维的添加量过多或过少，对提高管道成品的拉伸性能与光稳定性的效果均会下降，因此，需要将聚氨酯碳纤维的添加量控制在合适的范围内，以确保管道成品的品质。本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。当前第1页12