CN104479193B - 一种纳米晶须改性pe管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米晶须改性PE管材及其制备方法。所述纳米晶须改性PE管材由以下按重量份数 计算的组分组成：PE100树脂100份；纳米晶须5~8份；偶联剂0.02~0.05份；增容剂0.5~0.8份；色母粒0~2份；所述纳米晶须的长度为5~10μm，平均直径为10~50nm，长径比200~500。本发明所述的纳米晶须改性PE管材的韧性及强度得到显著提高，并且其它性能符合PE管的相关标准要求。

Description

一种纳米晶须改性PE管材及其制备方法
技术领域
本发明属于PE管专用料技术领域。更具体地，涉及一种纳米晶须改性PE管材及其制备方法。
背景技术
聚乙烯管具有低温抗冲击性好、抗应力开裂性好、耐腐蚀性好、耐老化等优点。但是拉伸强度低、刚性差、软化温度低，使用温度不能高于90℃。随着市政需求的扩大，对管材技术性能要求也不断提高，埋地给排水管在满足长期使用可靠性的要求下，要求能有更高的抗外压和耐静液压强度，即要具有更高的管材环刚度和强度。从原料树脂进行改良，无疑提高了成本。
纳米材料是指平均粒径在纳米级别（1~100 nm）范围的固体材料的总称。纳米材料由于平均粒径处于宏观与微观的过渡区、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。与传统的聚合物增强增韧改性方法相比，纳米材料不但能全面改善聚合物的综合性能，还能赋予其奇特的性能，为聚合物的增韧增强改性增添了新的途径。
晶须一般是微米级的单晶纤维材料，其晶体缺陷很少，强度和模量都接近晶体材料的理论值，是一类力学性能十分优异的新型增强增韧剂。晶须改性PE管材已经有相关报道，如CN 102850623.A公开了使用镁盐晶须增强型煤矿井下用聚乙烯管材及制备方法；专利CN 1781981 A发明了利用钙酸镁晶须制备埋地排水管用改性聚烯径母粒。其使用的晶须均为微米级，并且增强增韧的实际效果并没有详细进行报道。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术的不足，提供一种纳米晶须改性PE管材。通过优选的纳米晶须，能够显著改善PE管材的韧性及拉伸性能。
本发明的另一目的在于提供所述纳米晶须改性PE管材的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种由所述纳米晶须改性PE管材制备成的PE管。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种纳米晶须改性PE管材，所述纳米晶须改性PE管材由以下按重量份数 计算的组分组成：
PE100树脂 100份；
纳米晶须 5~8份；
偶联剂 0.02~0.05份；
增容剂 0.5~0.8份；
色母粒 0~2份；
所述纳米晶须的长度为5~10μm，平均直径为10~50nm，长径比200~500。
发明人发现，当选择了具有上述性能的纳米晶须作为PE100树脂的改性剂，由于该纳米晶须具有超大的长径比，能使PE分子与其形成空间网络结构，提高管材的强度，同时，该纳米晶须的直径为纳米尺度，表面积大，更容易与更多的PE分子结合，其形成的网络结构更加紧密，因此选用上述性能的纳米晶须可以显著的提供管材的强度，又不影响原有的性能，确保管材的其它性能符合PE管的相关标准要求。
最优选地，所述纳米晶须的平均长度为5μm，平均直径为10nm，长径比500。
优选地，所述纳米晶须为碳酸钙晶须。
为了提高纳米晶须在PE中的分散性，需添加偶联剂对晶须进行改性，优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
最优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
优选地，所述增容剂为接枝马来酸酐聚乙烯。
所述纳米晶须改性PE管材的制备方法，包括如下步骤：
S1.将偶联剂溶解于乙醇中形成溶液，将纳米晶须放入溶液后进行超声分散，然后升温至80℃，搅拌均匀，过滤并烘干后即得到改性的纳米晶须；
S2.将改性的纳米晶须、增容剂、色母和PE100树脂在高速搅拌机内均匀混合，在双螺杆挤出机出熔融挤出造粒，挤出温度控制在210~220℃，得到所述纳米晶须改性PE管材。
一种由所述纳米晶须改性PE管材制备的PE管，其通过将所述纳米晶须改性PE管材用单螺杆挤出机经模具挤出成型制得，所述挤出温度为190~210℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过对纳米晶须的性质的优化选择，使其添加至PE管材中，能显著提高PE管材的强度和韧性，并且同时确保管材的其它性能符合PE管的相关标准要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例中，所用的PE100树脂为市售的PE100 管用HDPE树脂。实施例中所提到的纳米碳酸钙晶须、碳酸钙晶须均购自江西峰竺新材料科技有限公司；纳米碳酸钙颗粒购自浙江建德正发碳酸钙有限公司。
实施例及对比例中，PE管件用料的制备方法，包括如下步骤：
S1.将偶联剂溶解于乙醇中形成溶液，将纳米晶须放入溶液后进行超声分散，然后升温至80℃，搅拌均匀，过滤并烘干后即得到改性的纳米晶须；
S2.将改性的纳米晶须、增容剂、色母和PE100树脂在高速搅拌机内均匀混合，在双螺杆挤出机出熔融挤出造粒，挤出温度控制在210~220℃，得到所述纳米晶须改性PE管材。
实施例1
按如下配方制备PE管料：
PE100树脂：100份
纳米碳酸钙晶须：5份（平均直径为10 nm，长径比为500）
偶联剂：0.02份
增容剂：0.5份
色母粒：2份。
实施例2
按如下配方制备PE管料：
PE100树脂：100份
纳米碳酸钙晶须：5份（平均直径为10 nm，长径比为200）
偶联剂：0.02份
增容剂：0.5份
色母粒：2份。
实施例3
按如下配方制备PE管料：
PE100树脂：100份
纳米碳酸钙晶须：8份（平均直径为10 nm，长径比为500）
偶联剂：0.05份
增容剂：0.8份
色母粒：2份。
对比例1
按如下配方制备PE管料：
PE100树脂：100份
纳米碳酸钙颗粒：5份（平均直径为10 nm，长径比为1）
偶联剂：0.02份
增容剂：0.5份
色母粒：2份。
对比例2
按如下配方制备PE管料：
PE100树脂：100份
碳酸钙晶须：5份（平均直径为500 nm，长径比为20）
偶联剂：0.02份
增容剂：0.5份
色母粒：2份。
对比例3
按如下配方制备PE管料：
PE100树脂：100份
碳酸钙晶须：5份（平均直径为10 nm，长径比为100）
偶联剂：0.02份
增容剂：0.5份
色母粒：2份。
把实施例及对比例的PE管料用单螺杆挤出机经模具挤出成型制得，所述挤出温度为190~210℃。并依据GB/T13663和GB/T15558里相关标准测定其性能。测试结果如表1所示。
表1
从实施例1~3可以看出，采用本发明所述的方法，可以较PE100树脂的在强度、韧性、耐热性等方面均有显著的提升。从对比例1可以看出，如果选用的是纳米颗粒而非纳米晶须，虽然能一定程度提高拉伸性能，但对韧性的改善帮助不大。从对比例2可以看出，当晶须的直径过大，其在PE体系形成的网络结构较松散，因此虽然能改善韧性，但对于拉伸性能，特别是断裂伸长率的改善有限。从对比例3可以看出，当晶须的长度不足时，其难以形成空间网络结构，因此对韧性改善的效果不佳。

Claims (3)

1.一种纳米晶须改性PE管材，其特征在于，所述纳米晶须改性PE管材由以下按重量份数 计算的组分组成：
PE100树脂 100份；
纳米晶须 5～8份；
偶联剂 0.02～0.05份；
增容剂 0.5～0.8份；
色母粒 0～2份；
所述纳米晶须的长度为5～10μm，平均直径为10～50nm，长径比200～500；所述纳米晶须为碳酸钙晶须，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述增容剂为接枝马来酸酐聚乙烯。
2.权利要求1所述纳米晶须改性PE管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将偶联剂溶解于乙醇中形成溶液，将纳米晶须放入溶液后进行超声分散，然后升温至80℃，搅拌均匀，过滤并烘干后即得到改性的纳米晶须；
S2.将改性的纳米晶须、增容剂、色母粒 和PE100树脂在高速搅拌机内均匀混合，在双螺杆挤出机出熔融挤出造粒，挤出温度控制在210～220℃，得到所述纳米晶须改性PE管材。
3.一种由权利要求1所述纳米晶须改性PE管材制备的PE管，其特征在于，通过将所述纳米晶须改性PE管材用单螺杆挤出机经模具挤出成型制得，所述挤出温度为190～210℃。
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