CN112080057A - 一种聚乙烯排污水管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚乙烯排污水管及其制备方法，该排污水管包括如下重量份的原料组分：100‑120份高密度聚乙烯树脂、25‑30份线性低密度聚乙烯、3‑5份ABS树脂、3‑5份抗氧剂、2‑3份相容剂、3‑5份填料组合物、1‑3份分散剂、1‑3份玻璃纤维。本发明通过将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯、ABS树脂以及填料组合物与相容剂复配后，得到的聚乙烯排污水管同时具有优异的冲击韧性、耐压性能、断裂拉伸应变以及环刚度。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚乙烯排污水管及其制备方法。
背景技术
排污水管是必不可少的市政工程设备。高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管以其耐腐蚀性强、表面不易结垢、摩擦阻力小、耐候性优良、加工性能好及使用寿命长（一般在地下约50年，在空气中约25年）等特点而更为广泛应用。但是，目前埋地用HDPE排污水管，特别是大口径HDPE排污水管应用的最大问题是环刚度低，抗外压能力差，往往会因外压负载过大而造成管材压曲变形，给很多大中城市应用塑料地下排水管道带来一定的限制，这极大地限制了其应用范围。此外，聚乙烯排污水管同时还要具有一定的耐冲击韧性、耐压性能及断裂拉伸应变。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种具有高环刚度的聚乙烯排污水管及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种聚乙烯排污水管，其包括如下重量份的原料组分：
高密度聚乙烯树脂 100-120份，
线性低密度聚乙烯 25-30份，
ABS树脂 3-5份，
抗氧剂 3-5份，
相容剂 2-3份，
填料组合物 3-5份，
分散剂 1-3份，
玻璃纤维 1-3份。
优选地，所述高密度聚乙烯树脂的熔体流动速率为0.7-1.0g/10min，密度为0.89-0.92g/cm3，高密度聚乙烯树脂为PE100级高密度聚乙烯。
优选地，所述的ABS树脂的重均分子量为90000～180000，所述的ABS树脂中丁二烯橡胶的平均粒径为0.4～3μm，丁二烯含量为11～25wt%，丙烯腈含量为25～42wt%。
优选地，所述抗氧剂选自对苯二胺、二氢喹啉、2,6-二叔丁基对苯基甲酚或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯中的一种或以上。
优选地，所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物。
优选地，所述填料组合物为质量比为1：1：1的碳酸钙、氧化镁与超细玻璃微珠的混合物，其中，所述碳酸钙为表面改性剂对轻质碳酸钙进行表面改性得到的胶体碳酸钙，所述超细玻璃微珠粒径在3-5μm。
优选地，所述分散剂选自聚乙烯蜡、石蜡或端羧基液体丁腈橡胶中的一种或以上。
优选地，所述玻璃纤维为长度为4-7mm的改性短切玻璃纤维。
所述的聚乙烯排污水管的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、将高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、ABS树脂、抗氧剂、相容剂、填料组合物、分散剂和玻璃纤维加入搅拌机内混合，搅拌的转速为300-360rpm，搅拌的时间为30-40min，得到预混物；
（2）、将预混物加入挤出机内，在加温、加压作用下物料被塑化成熔融状，并以不同规格的机头模具和定径套挤出相应的管坯；
（3）经过波纹模块和扩口模块冷却定型，再经过计长装置和切割装置，管材被定长切断，最后进入自动扩口机，对管材头部进行扩口加工，即得到产品。
环刚度是塑料埋地排水管抗外压负载能力的综合参数，目前国际上都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。如果管材的环刚度太小，管材可能发生过大变形或出现压屈失稳破坏。反之，如果环刚度选择得太高，必然采用过大的截面惯性矩，将造成用材料太多，成本过高。本发明通过将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯、ABS树脂以及填料组合物与相容剂复配后，得到的聚乙烯排污水管在同时具有耐冲击韧性、耐压性能及断裂拉伸应变，还具有优异的环刚度。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过采用两种规格的聚乙烯材料，在混入一定量的ABS树脂，彼此互相物理相容，当熔融混合后，改变单一组分材料性能，当加入相容剂、填料组合物及玻璃纤维后，可更有效地改变树脂的结晶度和结晶区域分布，分布范围更宽的非结晶区有利于树脂对玻纤的包覆，表观质量好，而且玻纤取向降低，横纵收缩率更低，尺寸稳定。
2、本发明采用苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物，可以作为玻纤表面处理剂作用，提高树脂与玻纤的界面结合力，提高最终产品的机械强度，另一方面可以控制高密度聚乙烯树脂的分布，用以提升材料的环刚度。
3、填料组合物为碳酸钙、氧化镁与超细玻璃微珠的混合物，经过表面改性得到的胶体碳酸钙粒子充分均匀地分散在聚乙烯基体中，形成应力集中点，能够充分地吸收冲击功，使材料在受到外部压力时不至于发生结构性破坏，从而提升了混配料的表观弹性模量。同时，加入的氧化镁与超细玻璃微珠具有协同作用，具有明显的增强和增刚作用；粒径在3-5μm超细玻璃微珠，可以填充并混散于高密度聚乙烯HDPE中，经有机化处理的超细玻璃微珠与HDPE能形成更好的界面结合，在应力作用下能吸收冲击形变能，促进HDPE基体的脆-韧转变，使波纹管的蠕变率更低。
本发明制备得到的聚乙烯排污水管同时具有优异的冲击韧性、耐压性能、断裂拉伸应变，尤其是优异的环刚度，大尺寸800mm管的环刚度均大于8kN/m2，达到了SN8级要求。
具体实施方式
本发明提供了一种聚乙烯排污水管及其制备方法。
以下结合实施例和对比例对本发明作进一步的说明。
实施例和对比例中的组分情况如表1所示。
表1 各实施例和对比例中组分的重量份数据
实施例和对比例中的各组分的具体参数如表2所示。
其中，玻璃纤维长度为4-7mm，采用非圆形截面的异形玻璃纤维，可以采用Nittobo公司的CSG 3PA-830；相容剂苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物，可以是南通日之升的SAG-008；填料组合物为质量比为1：1：1的碳酸钙、氧化镁与超细玻璃微珠的混合物，其中，碳酸钙为铝酸酯偶联剂与轻质碳酸钙混合改性后得到，超细玻璃微珠粒径在3-5μm。
表2 各实施例和对比例的具体参数
上述实施例的聚乙烯排污水管的制备方法包括如下步骤：
（1）、将高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、ABS树脂、抗氧剂、相容剂、填料组合物、分散剂和玻璃纤维加入SHR型高速混合机内混合，搅拌的转速为330rpm，搅拌的时间为35min，得到预混物；
（2）、将预混物加入SHJ-50型双螺杆挤出机内，在加温、加压作用下物料被塑化成熔融状，并以不同规格的机头模具和定径套挤出相应的管坯；
（3）经过波纹模块和扩口模块冷却定型，再经过计长装置和切割装置，管材被定长切断，最后进入自动扩口机，对管材头部进行扩口加工，即得到产品。
对比例1
本对比例与实施例2相比，其不加入填料组合物，其余均与实施例2相同。
对比例2
本对比例与实施例2相比，其不加入玻璃纤维，其余均与实施例2相同。
对比例3
本对比例与实施例2相比，其不加入ABS树脂，其余均与实施例2相同。
对比例4
本对比例与实施例2相比，其不加入相容剂，其余均与实施例2相同。
制得直径为800mm规格的污水管，并将实施例和对比例的污水管进行如下性能测试，具体测试结果见表3。
冲击韧性：按照GB/T 14152-2001中的方法进行测试。
环刚度：按照GB/T9647-2003中的方法进行测试。
耐压性能：按照GB/T 6111-2003中的方法进行测试。
断裂拉伸应变：按照GB/T 1040.3-2006中的规定方法进行测试。
表3 各实施例和对比例的聚乙烯排污水管性能
由表3可知，本发明制备得到的聚乙烯排污水管同时具有优异的冲击韧性、耐压性能、断裂拉伸应变，尤其是优异的环刚度，大尺寸800mm管的环刚度均大于8kN/m2，达到了SN8级要求。相比效果最佳的实施例2，对比例1不使用填料组合物，对产品的性能影响最大，产品的冲击韧性、耐压性能、断裂拉伸应变以及环刚度具有大幅度降低；对比例2不加入玻璃纤维、对比例3不加入ABS树脂以及对比例4不加入相容剂时，产品的各项性能均有一定程度的降低，这表明本发明通过各组分复配后能够获得综合性能优异的聚乙烯排污水管。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的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原理，不脱离本发明的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)
1.一种聚乙烯排污水管，其特征在于：其包括如下重量份的原料组分：
高密度聚乙烯树脂 100-120份，
线性低密度聚乙烯 25-30份，
ABS树脂 3-5份，
抗氧剂 3-5份，
相容剂 2-3份，
填料组合物 3-5份，
分散剂 1-3份，
玻璃纤维 1-3份。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯排污水管，其特征在于：所述高密度聚乙烯树脂的熔体流动速率为0.7-1.0g/10min，密度为0.89-0.92g/cm3，高密度聚乙烯树脂为PE100级高密度聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯排污水管，其特征在于：所述的ABS树脂的重均分子量为90000～180000，所述的ABS树脂中丁二烯橡胶的平均粒径为0.4～3μm，丁二烯含量为11～25wt%，丙烯腈含量为25～42wt%。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯排污水管，其特征在于：所述抗氧剂选自对苯二胺、二氢喹啉、2,6-二叔丁基对苯基甲酚或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯中的一种或以上。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯排污水管，其特征在于：所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元无规共聚物。
6.根据权利要求1所述的聚乙烯排污水管，其特征在于：所述填料组合物为质量比为1：1：1的碳酸钙、氧化镁与超细玻璃微珠的混合物，其中，所述碳酸钙为表面改性剂对轻质碳酸钙进行表面改性得到的胶体碳酸钙，所述超细玻璃微珠粒径在3-5μm。
7.根据权利要求1所述的聚乙烯排污水管，其特征在于：所述分散剂选自聚乙烯蜡、石蜡或端羧基液体丁腈橡胶中的一种或以上。
8.根据权利要求1所述的聚乙烯排污水管，其特征在于：所述玻璃纤维为长度为4-7mm的改性短切玻璃纤维。
9.如权利要求1所述的聚乙烯排污水管的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
（1）、将高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、ABS树脂、抗氧剂、相容剂、填料组合物、分散剂和玻璃纤维加入搅拌机内混合，搅拌的转速为300-360rpm，搅拌的时间为30-40min，得到预混物；
（2）、将预混物加入挤出机内，在加温、加压作用下物料被塑化成熔融状，并以不同规格的机头模具和定径套挤出相应的管坯；
（3）经过波纹模块和扩口模块冷却定型，再经过计长装置和切割装置，管材被定长切断，最后进入自动扩口机，对管材头部进行扩口加工，即得到产品。
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