CN112029176B - 适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料及其制备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，由包含以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯I100份、尼龙10‑50份、增韧母料1‑40份、热稳定剂0.1‑3份以及相容剂2‑15份。本发明专用料制备方法简单，可控性好，采用本发明专用料制成的波纹管不仅具有优良的韧性，而且还具有较高的环刚度，在表面光泽、耐摩擦、耐化学腐蚀、电气绝缘性等方面表现优异，使用寿命长，具有很好的应用前景。

Description

适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料及其制备
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料及其制备。
背景技术
众所周知，波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体，具有转换、补偿、连接和储能等多方面的功能。相对于同样材料制成的管材，波纹管具有质轻、美观、耐用和成本低、弹性好等优点，广泛应用于石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等领域。使用时波纹管开口端固定，密封端处于自由状态，在内部或外部压力的作用下沿管子纵向或径向变化，起到减震、保持特定设备的连接等作用。
在众多的波纹管材中，常用的塑料管材主要有聚乙烯、聚丙烯、尼龙或聚氯乙烯，但采用不同的塑料管材所制成的波纹管的性能各不相同。例如，采用聚乙烯材料制成的波纹管，其性能单一，且在刚度、韧性、尺寸稳定性、抗拉强度等方面存在不足；采用聚丙烯材料制成的波纹管，其力学性能较差，使用范围受限；而采用尼龙材料制成的波纹管，其成本较高，韧性较差，且使用寿命较短等。
发明内容
本发明的一个目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，用以生产尺寸稳定性好，兼具较好环刚度和韧性，且可承受高外压负载的内肋增强聚乙烯波纹管。
本发明的另一个目的是提供所述适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的第一方面，适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，由包含以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯I100份、尼龙10-50份、增韧母料1-40份、热稳定剂0.1-3份以及相容剂2-15份。
作为一种实施方案，所述尼龙包括尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610及尼龙612中的一种或其两种以上的混合物。
作为优选的实施方案，所述尼龙选自尼龙6或尼龙66。
作为一种实施方案，所述增韧母料由包含以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯II 50份、聚酰胺系热塑性弹性体5-45份、有机胺改性剂0.05-0.5份以及有机过氧化物0.1-2份。
作为优选的实施方案，所述高密度聚乙烯II的分子量不大于高密度聚乙烯I的分子量。
作为一种实施方案，所述聚酰胺系热塑性弹性体选自市售的TPAE-12、TPAE-38或TPAE-10中的一种。
作为一种实施方案，所述有机胺改性剂选自聚丙烯酰胺、丙烯酰胺、三亚乙基二胺、六亚甲基四胺或二亚乙基三胺中的一种或其两种以上的混合物。
作为一种实施方案，所述有机过氧化物选自1,3-双丁基过氧异丙基苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化醋酸叔戊酯或过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或其两种以上的混合物。
作为一种实施方案，所述增韧母料由以下方法制备而成：按重量份将高密度聚乙烯、聚酰胺系热塑性弹性体、有机胺改性剂以及有机过氧化物于50-75℃下混合均匀，采用双螺杆挤出机，自然排气口堵死，真空排气，于180-210℃熔融造粒即可。
作为一种实施方案，所述热稳定剂为亚磷酸酯类或脂肪酸盐皂中的一种或两种。
作为优选的实施方案，所述亚磷酸酯类包括二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、亚磷酸三苯酯、季戊四醇磷酸酯或磷酸三苯酯中的一种或其两种以上的混合物。
作为优选的实施方案，所述脂肪酸盐皂包括硬脂酸钙皂、油酸钙皂、硬脂酸锌皂或棕榈酸锌皂中的一种或其两种以上的混合物。
作为一种实施方案，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯。
作为优选的实施方案，所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为0.8-1.2%。
根据本发明的第二方面，适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料的制备方法，即按重量份将高密度聚乙烯I、尼龙、增韧母料、热稳定剂以及相容剂加入至双螺杆挤出机中，于210-260℃熔融造粒即可。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1）本发明将高密度聚乙烯I与尼龙相复合，并向体系中引入增韧母料，增韧母料是以高密度聚乙烯II和聚酰胺系热塑性弹性体作为基体材料，通过添加有机胺改性剂和有机过氧化物，利用有机胺改性剂、有机过氧化物可有效改善高密度聚乙烯II与聚酰胺系热塑性弹性体之间的相容性，有利于促进聚酰胺系热塑性弹性体与高密度聚乙烯II分子之间形成较强的界面结合力，使得聚酰胺系热塑性弹性体能够均匀地分散在最终的材料体系中，可有效改善最终材料的韧性，提高最终材料的弯曲强度；
2）本发明中增韧母料除了可以发挥改善材料韧性的作用，由于其本身含有非极性的高密度聚乙烯II和极性的聚酰胺系热塑性弹性体，因此其在高密度聚乙烯I与尼龙之间还可起到“相容剂”的作用，其与相容剂马来酸酐接枝聚乙烯可发挥协同增效作用，有效改善高密度聚乙烯I与尼龙之间的界面结合力，进而提高最终材料的加工性能；
3）采用本发明专用料制得的波纹管不仅具有优良的韧性，而且还具有较高的环刚度，在表面光泽、耐摩擦、耐化学腐蚀、电气绝缘性等方面表现优异，生产工艺简单、成本低，使用寿命长。
具体实施方式
发明人经过广泛而深入的研究，发现将高密度聚乙烯I与尼龙相复合，并向体系中引入增韧母料，增韧母料是以高密度聚乙烯II和聚酰胺系热塑性弹性体作为基体材料，通过添加有机胺改性剂和有机过氧化物，利用有机胺改性剂、有机过氧化物可有效改善高密度聚乙烯II与聚酰胺系热塑性弹性体之间的相容性，有利于促进聚酰胺系热塑性弹性体与高密度聚乙烯II分子之间形成较强的界面结合力，使得聚酰胺系热塑性弹性体能够均匀地分散在最终的材料体系中，可有效改善最终材料的韧性，提高最终材料的弯曲强度。
进一步地发现，所使用的增韧母料除了可以发挥改善材料韧性的作用，由于其本身含有非极性的高密度聚乙烯II和极性的聚酰胺系热塑性弹性体，因此其在高密度聚乙烯I与尼龙之间还可起到“相容剂”的作用，其与相容剂马来酸酐接枝聚乙烯可发挥协同增效作用，有效改善高密度聚乙烯I与尼龙之间的界面结合力，进而提高最终材料的加工性能。
在此基础上，完成了本发明。
下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本发明一部分实施方案，而不是全部的实施方案。本实施方案以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施方案。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方案，都属于本发明保护的范围。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本文中，采用术语“约”来修饰数值时，表示该数值±5%以内测量的误差容限。
下面通过具体实施例对本发明技术方案进一步进行阐述，本发明若无特殊说明，所用原料均为市售产品。
表1所示的是实施例1-6和对比例1-2专用料的原料组分及其重量份含量。
表1实施例1-6和对比例1-2专用料的原料配方
Figure 314724DEST_PATH_IMAGE002
表2所示的是实施例1-6和对比例1-2专用料的原料组分具体种类。
表2 实施例1-6和对比例1-2专用料的原料组分具体种类
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
注：表2中高密度聚乙烯I需满足190℃/5kg条件下测试熔体流动指数为1.2g/10min；尼龙需满足270℃/2.16kg条件下测试熔体流动指数为11g/10min.
表3所示的是实施例1-6和对比例1中所使用的增韧母料的组分具体种类。
表3 实施例1-6和对比例1所使用的增韧母料中各组分种类
Figure DEST_PATH_IMAGE006
注：表3中高密度聚乙烯II需满足190℃/5kg条件下测试熔体流动指数为1.8g/10min.
表4所示的是实施例1-6和对比例1中所使用的增韧母料的组分及其重量份含量。
表4 实施例1-6和对比例1所使用的增韧母料中各组分及其重量份含量
Figure DEST_PATH_IMAGE008
实施例1-2中增韧母料的制备方法为：按重量份将高密度聚乙烯、聚酰胺系热塑性弹性体、有机胺改性剂以及有机过氧化物于50℃下混合均匀，采用双螺杆挤出机，自然排气口堵死，真空排气，于195℃熔融造粒即可。
实施例3中增韧母料的制备方法为：按重量份将高密度聚乙烯、聚酰胺系热塑性弹性体、有机胺改性剂以及有机过氧化物于75℃下混合均匀，采用双螺杆挤出机，自然排气口堵死，真空排气，于180℃熔融造粒即可。
实施例4-6中增韧母料的制备方法为：按重量份将高密度聚乙烯、聚酰胺系热塑性弹性体、有机胺改性剂以及有机过氧化物于65℃下混合均匀，采用双螺杆挤出机，自然排气口堵死，真空排气，于210℃熔融造粒即可。
对比例1中增韧母料的制备方法与实施例4-6相同。
在制备专用料时，参照以下信息：
实施例1-2的专用料的制备方法为：按重量份将各原料组分加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，210℃进行熔融混合分散，挤出造粒即可。
实施例3的专用料的制备方法为：按重量份将各原料组分加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，248℃进行熔融混合分散，挤出造粒即可。
实施例4-5的专用料的制备方法为：按重量份将各原料组分加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，260℃进行熔融混合分散，挤出造粒即可。
实施例6的专用料的制备方法为：按重量份将各原料组分加入长径比为40∶1的双螺杆挤出机中，240℃进行熔融混合分散，挤出造粒即可。
对比例1-2的专用料的制备方法与实施例6相同。
以下表5所示的是采用实施例1-6和对比例1-2的专用料制成的波纹管（厚度为5mm）的性能测试结果。
表5波纹管性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE010
由上表5测试结果可以看出，由本发明专用料所制备的波纹管材料的环刚度可达13.7~17.8KN/m2，弯曲强度可达29.8~42.9MPa，且悬臂梁缺口冲击强度可达45.7~58.2KJ/m，并且在压扁至外形变形50%的程度，均未出现破裂现象。由此可见，由本发明专用料所制备的波纹管材料的综合性能优良，改善了传统的波纹管材料性能上的不足。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
由包含以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯I100份、尼龙10-50份、增韧母料1-40份、热稳定剂0.1-3份以及相容剂2-15份；
所述增韧母料由包含以下组分及重量份含量的原料制备而成：高密度聚乙烯II 50份、聚酰胺系热塑性弹性体5-45份、有机胺改性剂0.05-0.5份以及有机过氧化物0.1-2份；
所述高密度聚乙烯II的分子量不大于高密度聚乙烯I的分子量。
2.根据权利要求1所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
所述尼龙包括尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610及尼龙612中的一种或其两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
所述聚酰胺系热塑性弹性体选自市售的TPAE-12、TPAE-38或TPAE-10中的一种。
4.根据权利要求1所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
所述有机胺改性剂选自聚丙烯酰胺、丙烯酰胺、三亚乙基二胺、六亚甲基四胺或二亚乙基三胺中的一种或其两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
所述有机过氧化物选自1,3-双丁基过氧异丙基苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化醋酸叔戊酯或过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或其两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
所述增韧母料由以下方法制备而成：按重量份将高密度聚乙烯、聚酰胺系热塑性弹性体、有机胺改性剂以及有机过氧化物于50-75℃下混合均匀，采用双螺杆挤出机，自然排气口堵死，真空排气，于180-210℃熔融造粒即可。
7.根据权利要求1所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
所述热稳定剂为亚磷酸酯类或脂肪酸盐皂中的一种或两种，所述亚磷酸酯类包括二亚磷酸季戊四醇二异癸酯、亚磷酸三苯酯、季戊四醇磷酸酯或磷酸三苯酯中的一种或其两种以上的混合物，所述脂肪酸盐皂包括硬脂酸钙皂、油酸钙皂、硬脂酸锌皂或棕榈酸锌皂中的一种或其两种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料，其特征在于，
所述相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯。
9.如权利要求1至8任一项所述的适用于生产内肋增强聚乙烯波纹管的专用料的制备方法，其特征在于，
按重量份将高密度聚乙烯I、尼龙、增韧母料、热稳定剂以及相容剂加入至双螺杆挤出机中，于210-260℃熔融造粒即可。
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