CN105037875B - 一种核电专用耐高压pe管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核电专用耐高压PE管材，包括如下重量份的组分：乙烯基聚合物100份、抗压改性剂1‑4份、增韧剂3‑10份、紫外线吸收剂0.1‑1份、抗氧剂0.2‑0.5份、润滑剂1‑3份以及加工助剂1‑3份。其制备包括：将上述组分在密炼机中共混造粒，然后于单螺杆挤出机挤出，制成管材。本发明提供的核电专用PE管材壁厚等级达SDR7.4和SDR9，超过了国家标准规定的公称压力MPa1.6，因此具有极高的安全性能要求；并可实现国产化，促进核电站PE海水循环管路***的应用，有着很好的发展前景。

Description

一种核电专用耐高压PE管材及其制备方法
技术领域
本发明属于PE管材技术领域，特别涉及一种用于核电站工程项目的耐高压聚乙烯(PE)管材及其制备方法。
背景技术
核电属于清洁能源，是我国优先发展的产业。截至2008年底，我国已建成浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾三个核电基地，现役核电机组11台、装机容量910万千瓦。按照2007年《核电中长期发展规划》确定的我国核电发展目标，到2020年我国要建4000万千瓦的核电，核电的比例要从2％提高到4％。
如今，我国已建成的浙江秦山、广东大亚湾、江苏田湾以及浙江三门四个核电基地，使用寿命为40年，核电站用高压力PE管是海水循环管路***的管道是从美国进口的，但从现在开始要求新建的核电站的使用寿命提高到60年，相应的核电站用高压力PE管也要达到使用寿命60年。
核电专用高压PE管道的一个最主要特点是安全性要求极高，所以对其质量要求就更加严格。基于此，核电专用聚乙烯(PE)管具有极高的安全性指标，管材及管件壁厚等级达到SDR7.4或SDR9，生产工艺要求极高；依据核电工业要求，采用英制系列，与常规聚乙烯管道公制系列存在差异；产品采用美国标准，在我国还是空白。
虽然聚乙烯管道在国内已经大量用于市政供水管、燃气管、煤矿用管等领域，但这些管道的壁厚等级最高为SDR11(管材的标准尺寸比)，而用于核电工程的改性聚乙烯管壁厚等级达到SDR9与SDR7，远高于目前对燃气管、矿用管和市政供水管的壁厚等级要求。核电专用改性聚乙烯管道输送介质温度高、压力大，因此管材的壁厚等级非常高。
目前，核电工业管道以特种钢管应用较多，专用高压力聚乙烯(PE)改性管道应用基本属于空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电专用耐高压PE管材，包括如下重量份的组分：
所述乙烯基聚合物选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙丙橡胶中的一种或几种。
所述的高密度聚乙烯的密度为0.9470-0.9530g/cm3,熔体质量流动速率为0.22-0.32g/10min。
所述的紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***。
所述抗氧剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配。
所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸中的一种或几种。
所述加工助剂为茂金属和稀土类助剂。
本发明的另一目的在于提供一种PE管材的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述组分在密炼机中共混造粒，密炼机的温度180-220℃，共混时间15-20min，转速300-500rad/min，气压0.03-0.05MPa；
2)经密炼共混造粒后，于单螺杆挤出机挤出，制成管材，挤出机的转速10-20rad/min，1段温度为175℃，2段温度为180℃，3段温度为180-185℃，4段温度为190-210℃。
所述单螺杆挤出机的长径比为36D。
与现有技术相比，本发明的积极效果如下：
1.紫外线吸收剂与抗氧剂共用，具有抗热老化的协同效应，能显著提高材料的抗热老化性能，满足核电站对聚乙烯管高温度下使用60年的要求；
2.WMF108型增韧剂与XH系列功能型抗压改性剂共用具有增韧、耐压的协同效应；
3.该核电专用耐高压PE管材，其壁厚等级达SDR7.4和SDR9(分别对应公称压力MPa2.5和Mpa2.0)，超过了国家标准规定的公称压力MPa1.6，因此具有极高的安全性能要求；对于核电用30”(外径762MM)的管道其壁厚达到84.7MM和108.9MM,这在国内目前为止是首创；
4.该核电专用耐高压PE管材可实现国产化，促进核电站PE海水循环管路***的应用，有着很好的发展前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实施例中所使用的原料，来源如下：
1、乙烯基聚合物：
高密度聚乙烯：上海石化，型号PE:P5003D
高密度聚乙烯：北欧化工，型号3490-LS
乙丙橡胶：朗盛化学(中国)有限公司
2、抗压改性剂-XH系列功能性改质剂：南京协和化学有限公司，型号XH-CB55
3、增韧剂-WMF108母料：广东炜林纳科技股份有限公司，型号WMF108增韧母料
4、紫外线吸收剂：2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***，德国巴斯夫公司，型号TINUVIN326
5、抗氧剂：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)：德国巴斯夫公司，型号K300
6、润滑剂
聚乙烯蜡：江西宏远化工有限公司，型号：PE-4；
硬脂酸钙：广东炜林纳科技股份有限公司
硬脂酸：丰益油脂化学(上海)有限公司，型号,SA-1801
7、加工助剂：
稀土类助剂：广东炜林纳科技股份有限公司，型号WWP-WWL
MVLDPE茂金属：美国埃克森美孚公司；型号1018CA
实施例1
选取如下重量份的组分：高密度聚乙烯(PE:P5003D(YGH041))100份、XH系列功能型改质剂2份、WMF108母料6份、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***0.4份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配作为抗氧剂0.25份、聚乙烯蜡0.5份、加工助剂2份。
1)将上述组分在密炼机中共混造粒，密炼机的温度180-210℃，共混时间15-20min，转速300-500rad/min，气压0.03-0.05MPa；
2)经密炼共混造粒后，于单螺杆挤出机挤出，制成管材，挤出机的转速10-20rad/min，不同段的温度：1段温度为170℃，2段温度为180℃；3段温度为180-185℃,4段温度为190-210℃；单螺杆挤出机的长径比为36D。
本实施例核电专用耐高压PE管材的主要技术性能指标：
实施例2
选取如下重量份的组分：中密度聚乙烯20份+高密度聚乙烯80份、XH系列功能型改质剂1份、WMF108母料6份、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***0.4份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配作为抗氧剂0.25份、硬脂酸钙0.7份、加工助剂1份。
1)将上述组分在密炼机中共混造粒,密炼机的温度180-210℃，共混时间15-20min，转速300-500rad/min，气压0.03-0.05MPa；
2)经密炼共混造粒后，于单螺杆挤出机挤出，制成管材，挤出机的转速10-20rad/min，1段温度为170℃，2段温度为180℃；3段温度为180-185℃,4段温度为190-210℃；单螺杆挤出机的长径比为36D。
本实施例核电专用耐高压PE管材的主要技术性能指标：
实施例3
选取如下重量份的组分：高密度聚乙烯80份+乙丙橡胶20份、XH系列功能型改质剂4份、WMF108母料4份、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***0.25份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配作为抗氧剂0.3份、聚乙烯蜡1份、加工助剂2份。
1)将上述组分在密炼机中共混造粒，密炼机的温度180-210℃，共混时间15-20min，转速300-500rad/min，气压0.03-0.05MPa；
2)经密炼共混造粒后，于单螺杆挤出机挤出，制成管材，挤出机的转速10-20rad/min，1段温度为170℃，2段温度为180℃；3段温度为180-185℃,4段温度为190-210℃；单螺杆挤出机的长径比为36D。
本实施例核电专用耐高压PE管材的主要技术性能指标：
实施例4
选取如下重量份的组分：中密度聚乙烯90份+乙丙橡胶10份、XH系列功能型改质剂3份、WMF108母料3份、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***0.3份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配作为抗氧剂0.2份、硬脂酸1.5份、加工助剂3份。
1)将上述组分在密炼机中共混造粒，密炼机的温度180-210℃，共混时间15-20min，转速300-500rad/min，气压0.03-0.05MPa；
2)经密炼共混造粒后，于单螺杆挤出机挤出，制成管材，挤出机的转速10-20rad/min，1段温度为170℃，2段温度为180℃,3段温度为180-185℃,4段温度为190-210℃；单螺杆挤出机的长径比为36D。
本实施例核电专用耐高压PE管材的主要技术性能指标：
实施例5
选取如下重量份的组分：高密度聚乙烯(PE3490-LS)100份、XH系列功能型改质剂2份、WMF108母料3份、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***0.2份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配作为抗氧剂0.25份、硬脂酸0.5份+硬脂酸钙1.0份、加工助剂1份。1)将上述组分在密炼机中共混造粒，，密炼机的温度180-210℃，共混时间15-20min，转速300-500rad/min，气压0.03-0.05MPa；
2)经密炼共混造粒后，于单螺杆挤出机挤出，制成管材，挤出机的转速10-20rad/min，1段温度为170℃，2段温度为180℃，3段温度为180-185℃,4段温度为190-210℃，单螺杆挤出机的长径比为36D。
本实施例核电专用耐高压PE管材的主要技术性能指标：
虽然本发明已将较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的内容，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的主要精神和内容范围内，当可作各种更动与润饰，因此发明的保护范围应以申请专利的实际权利要求范围为准。

Claims (11)

1.一种核电专用耐高压PE管材，包括如下重量份的组分：
其中，所述抗压改性剂为XH系列功能性改质剂，由南京协和化学有限公司提供，型号XH-CB55；增韧剂为WMF108增韧母料，由广东炜林纳科技股份有限公司提供。
2.根据权利要求1所述的一种核电专用耐高压PE管材，其特征在于：所述乙烯基聚合物选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙丙橡胶中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种核电专用耐高压PE管材，其特征在于：所述的高密度聚乙烯的密度为0.9470-0.9530g/cm3,熔体质量流动速率为0.22-0.32g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种核电专用耐高压PE管材，其特征在于：所述的紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***。
5.根据权利要求1所述的一种核电专用耐高压PE管材，其特征在于：所述抗氧剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配。
6.根据权利要求1所述的一种核电专用耐高压PE管材，其特征在于：所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种核电专用耐高压PE管材，其特征在于：所述加工助剂为茂金属和稀土类助剂。
8.一种核电专用耐高压PE管材，包括如下重量份的组分：
高密度聚乙烯PE:P5003D 100份、XH系列功能型改质剂2份、WMF108母料6份、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***0.4份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配作为抗氧剂0.25份、聚乙烯蜡0.5份、加工助剂2份；其中，XH系列功能型改质剂由南京协和化学有限公司，型号XH-CB55。
9.一种核电专用耐高压PE管材，包括如下重量份的组分：
高密度聚乙烯PE3490-LS 100份、XH系列功能型改质剂2份、WMF108母料3份、紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并***0.2份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯与4,4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按重量比1：1复配作为抗氧剂0.25份、硬脂酸0.5份+硬脂酸钙1.0份、加工助剂1份；其中，XH系列功能型改质剂由南京协和化学有限公司，型号XH-CB55。
10.根据权利要求1-9任一项所述的PE管材的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述组分在密炼机中共混造粒，密炼机的温度180-220℃，共混时间15-20min，转速300-500rad/min，气压0.03-0.05MPa；
2)经密炼共混造粒后，于单螺杆挤出机挤出，制成管材，挤出机的转速10-20rad/min，1段温度为175℃，2段温度为180℃，3段温度为180-185℃，4段温度为190-210℃。
11.根据权利要求10所述的PE管材的制备方法，其特征在于：所述单螺杆挤出机的长径比为36D。
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