CN115819870A - 一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，由以下按照重量份数计的组分构成：大中空级HDPE树脂100份，抗冲共聚PPB树脂5‑30份，填充剂5‑30份，偶联剂1‑10份，润滑剂1‑10份，助剂0‑21份。本发明通过各个组分用量的限定配合，具有良好的等效弯曲模量、冲击强度、拉伸屈服应力、氧化诱导时间等各项物理力学性能水平。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说涉及一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料。
背景技术
市政给排水工程是城市正常运转的重要保障之一。随着社会经济的持续发展，塑料结构壁管材以其重量轻、强度高、韧性好、输水能力大、接口密封性能好、耐腐蚀、使用寿命长、安装方便及施工快速等特点，被广泛地应用于城市雨水管道和污水管道工程中。
埋地排水塑料结构壁管道，在管材环刚度符合工程设计参数的情况下，其损坏失效主要表现为应力开裂形式。在管材加工残余应力、安装应力、管顶覆土和地面结构静荷载、地面交通动荷载、地基局部或整体剪切破坏、地基不均匀沉降、地基土失稳、震陷、地下水位变化等多因素作用下，塑料管道于应力集中部位产生裂纹并逐渐扩展，从而最终导致管道***破坏；管材环刚度达不到工程设计参数要求的情况下，其失效、破坏形式主要表现为静、动荷载总效应造成的管材变形过大或压屈失稳(Buckling)。
授权公告号为CN 102702436 B的发明专利，公开了一种埋地塑料排水管道专用料，是以HDPE为基体树脂，加入引发剂、催化剂、交联剂、其他助剂，制作的部分交联型的HDPE组合物。该发明的优点在于，通过调节引发剂、催化剂、多官能团单体交联剂、硅烷的用量和比例，可以制备不同性能的塑料排水管道(不同程度地改善塑料管道应力开裂形式的损坏)。但该发明因以具有热不可逆作用的化学交联为技术方案，会明显地或较明显地损失HDPE的加工性能，而使其应用受限。
申请公布号为CN 111518327 A的发明专利，公开了一种埋地用聚乙烯结构壁管道专用料，以具有PE80级管道料性能的HDPE为基体树脂，加入接枝改性剂、硅烷偶联剂改性粉煤灰、纳米碳酸钙、硫酸钙晶须、其他助剂，制作的增强型HDPE组合物。该发明的优点在于组合物材料可以具有良好的力学性能。但该发明是以弯曲模量不高的HDPE(如全部实施例中的大庆石化HDPE2480，弯曲模量～750MPa)为基体树脂，复配价格较高的纳米碳酸钙、硫酸钙晶须作为增强改性剂而提高组合物弯曲模量的，由于其骨架材料(基体树脂)弯曲模量不足，可能存在力学性能稳定性不足的问题。
授权公告号为CN 111234348 B的发明专利，公开了一种埋地聚乙烯结构壁管道专用料，以管材级聚乙烯、中空级聚乙烯、注塑级聚乙烯和薄膜级线性聚乙烯四种不同级别的聚乙烯回收料，或新料，或其混合料共用，制得结构壁管道专用料。该发明的优点在于可以制得具有优异机械性能和外观性能的再生埋地聚乙烯结构壁管道。但该发明所用的四种符合其技术性能要求的PE树脂，若从再生料市场选择的话，则全部难有适量供给，使其应用规模受限；若主要以新料制造，则成本显然会略高于国标产品市场现行水平。
发明内容
本发明的目的正是为克服上述管道专用料存在的不足，提供一种加工性能良好、力学性能稳定优良、并且原料市场供给充分的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料。
一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，由以下按照重量份数计的组分构成：
大中空级HDPE树脂100份，抗冲共聚PPB树脂5-30份，填充剂5-30份，偶联剂1-10份，润滑剂1-10份，助剂0-21份；
所述大中空级HDPE树脂为容积>200L塑料容器专用的材料，弯曲模量≥1000MPa，简支梁冲击强度≥70kJ/m2，拉伸屈服应力≥25MPa，断裂标称应变≥500％，ESCR≥500h，200℃温度下的氧化诱导时间(OIT)≥60min，砝码质量21.6kg、190℃温度下的熔融指数(MFR)为2-10g/10min；
所述抗冲共聚PPB树脂为均聚PP基质和乙丙橡胶相(EPR)组成的共聚树脂，弯曲模量≥1000MPa，简支梁冲击强度≥8kJ/m2，拉伸屈服应力≥25MPa，砝码质量5kg、230℃温度下的熔融指数(MFR)为2-10g/10min。
所述大中空级HDPE树脂为上海金菲HXM50100、齐鲁石化DMDY1158、韩国大林TR571、韩国大林TR580、韩国大林TR520、韩国大林4570、新***山子HD5420GA和抚顺石化FHM8255A中的一种或几种的混合物。所述抗冲共聚PPB树脂为武汉石化PPB-M09、扬子石化PPB-M02(J340)、扬子石化PPB-M02-G(K8003)和茂名石化PPB-MN09中的一种或几种的混合物。
所述填充剂为粒径40μm碳酸钙(CaCO3,)、粒径10μm超细碳酸钙(CaCO3,)和超细滑石粉(Mg3[Si4O10](OH)2,10μm)中的一种或几种的混合物。
所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)酞酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三硬脂酸钛酸酯；其中硅烷偶联剂选择为中国境内的牌号KH-570，道康宁Z-603、日本信越KBM-503；酞酸酯偶联剂选择为中国境内的牌号钛酸酯GR-101、GR-105、GR-10、肯瑞奇KR-TTS。
所述润滑剂为硬脂酸(HSt)和费托蜡(FT Wax)中的一种或两种混合物。
所述助剂为石油树脂、ESCR改善剂和抗氧剂中的一种或多种，按照重量份数分别为：石油树脂0-10，ESCR改善剂0-10，抗氧剂0-1。
所述石油树脂选择为C5树脂、C9石油树脂和C5/C9共聚石油树脂中的一种或几种的混合物。
所述ESCR改善剂为茂金属线型低密度聚乙烯(mLLDPE)，ESCR≥5000h，选择为埃克森1018MA、陶氏化学ELITE 61530.02。
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和双酚A中的一种或几种的混合物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、选用大中空级树脂做为PE双壁波纹管材专用料骨架材料，具有优异的弯曲模量水平、冲击强度、耐环境应力开裂性能，其力学性能对应于管材关键技术指标环刚度、抗冲性能、PE树脂80℃×环应力3.9MPa×165h和80℃×环应力2.8MPa×1000h耐内压性能；由该骨架材料与辅料组合的管材专用料，使制得的PE双壁波纹管材具有稳定可靠的关键力学性能指标；并由此良好地解决或减轻埋地管道工程中，可能出现的各类由应力开裂导致的管道损坏事故，产生良好的社会效益。
2、各组分材料容易取得，均可从市场上购买得到，按照本发明中的组分用量进行配比，既保证管材的性能，又能够有效地控制生产成本。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明中，选择大中空级HDPE树脂作为主材，以及抗冲共聚PPB树脂作为辅助材料。其中，所述大中空级HDPE树脂为容积>200L塑料容器专用的材料，弯曲模量≥1000MPa，简支梁冲击强度≥70kJ/m2，拉伸屈服应力≥25MPa，断裂标称应变≥500％，ESCR≥500h，200℃温度下的氧化诱导时间(OIT)≥60min，砝码质量21.6kg、190℃温度下的熔融指数(MFR)为2-10g/10min；所述抗冲共聚PPB树脂为均聚PP基质和乙丙橡胶相(EPR)组成的共聚树脂，弯曲模量≥1000MPa，简支梁冲击强度≥8kJ/m2，拉伸屈服应力≥25MPa，砝码质量5kg、230℃温度下的熔融指数(MFR)为2-10g/10min。
实施例1
一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，由以下按照重量份数计的组分构成：
大中空级HDPE树脂100份，抗冲共聚PPB树脂15份，填充剂25份，偶联剂0.3份，润滑剂1.1份，助剂2.52份。
其中大中空级HDPE树脂选择为上海金菲HXM50100，抗冲共聚PPB树脂选择武汉石化PPB-M09，填充剂选择15份粒径10μm超细碳酸钙CaCO3和10份粒径10μm超细滑石粉Mg3[Si4O10](OH)2,偶联剂选择中国境内的牌号钛酸酯GR-101，润滑剂选择0.45份硬脂酸HSt和0.65份费托蜡FT Wax，助剂选择2.5份石油树脂、0.01份抗氧剂1010、0.01份抗氧剂168。
将偶联剂、润滑剂、抗氧剂作为小料，与填充剂一起，经30000rpm高混机混合均匀，冷却存放时间4h以上得预混粉料；其余组分与预混粉料拌和均匀，经双螺杆挤出机混炼挤出造粒，即制得本发明的波纹管专用材料。
实施例2
一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，由以下按照重量份数计的组分构成：
大中空级HDPE树脂100份，抗冲共聚PPB树脂15份，填充剂25份，偶联剂0.3份，润滑剂1.1份，助剂2.52份。
其中大中空级HDPE树脂选择为50份上海金菲HXM50100和50份齐鲁石化DMDY1158，抗冲共聚PPB树脂选择武汉石化PPB-M09，填充剂选择20份粒径10μm超细碳酸钙CaCO3和5份粒径10μm超细滑石粉Mg3[Si4O10](OH)2,偶联剂选择中国境内的牌号钛酸酯GR-110，润滑剂选择0.45份硬脂酸HSt和0.65份费托蜡FT Wax，助剂选择2.5份石油树脂、0.01份抗氧剂1010、0.01份抗氧剂168。
将偶联剂、润滑剂、抗氧剂作为小料，与填充剂一起，经30000rpm高混机混合均匀，冷却存放时间4h以上得预混粉料；其余组分与预混粉料拌和均匀，经双螺杆挤出机混炼挤出造粒，即制得本发明的波纹管专用材料。
实施例3
一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，由以下按照重量份数计的组分构成：
大中空级HDPE树脂100份，抗冲共聚PPB树脂15份，填充剂25份，偶联剂0.3份，润滑剂1.1份，助剂2.52份。
其中大中空级HDPE树脂选择为韩国大林TR580，抗冲共聚PPB树脂选择扬子石化PPB-M02-G(K8003)，填充剂选择10份粒径10μm超细碳酸钙CaCO3和15份粒径10μm超细滑石粉Mg3[Si4O10](OH)2,偶联剂选择中国境内的牌号钛酸酯GR-110，润滑剂选择0.45份硬脂酸HSt和0.65份费托蜡FT Wax，助剂选择2.5份石油树脂、0.01份抗氧剂1010、0.01份抗氧剂168。
将偶联剂、润滑剂、抗氧剂作为小料，与填充剂一起，经30000rpm高混机混合均匀，冷却存放时间4h以上得预混粉料；其余组分与预混粉料拌和均匀，经双螺杆挤出机混炼挤出造粒，即制得本发明的波纹管专用材料。
实施例4
一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，由以下按照重量份数计的组分构成：
大中空级HDPE树脂100份，抗冲共聚PPB树脂15份，填充剂25份，偶联剂0.3份，润滑剂1.1份，助剂2.55份。
其中大中空级HDPE树脂选择为抚顺石化FHM8255A，抗冲共聚PPB树脂选择茂名石化PPB-MN09，填充剂选择5份粒径10μm超细碳酸钙CaCO3和10份粒径10μm超细滑石粉Mg3[Si4O10](OH)2,偶联剂选择肯瑞奇KR-TTS，润滑剂选择0.45份硬脂酸HSt和0.65份费托蜡FTWax，助剂选择2.5份石油树脂、0.05份双酚A。
将偶联剂、润滑剂、抗氧剂作为小料，与填充剂一起，经30000rpm高混机混合均匀，冷却存放时间4h以上得预混粉料；其余组分与预混粉料拌和均匀，经双螺杆挤出机混炼挤出造粒，即制得本发明的波纹管专用材料。
对比例
一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，由以下按照重量份数计的组分构成：大中空级HDPE树脂50份，HDPE再生粒料75份，PE填充母粒25份。
其中大中空级HDPE树脂选择为上海金菲HXM50100。
将各实施例和对比例的配方比例以下表列示：
表1实施例与对比例配方表
在国际标准ISO 9969中，对于管材的环向刚度称为“环刚度(Ring Stiffness)”，其物理意义是一个管环断面的刚度。
国家标准GB/T9647-2003和最新的欧洲标准prEN13476-1均采用ISO 9969的“环刚度”名称和定义。
其定义为：
式中，E―材料的弹性模量；
I―惯性矩；
D―管环的平均直径。
鉴于管道生产厂家波纹管生产线结构壁成型模具设计尺寸已基本确定，在成型工艺参数保持平稳适宜的操作条件下，式(1)中的I、D则基本确定。因此，其管材环刚度的影响因素只剩材料弹性模量(弯曲模量)E这一个变量因素。
这样，专用料弯曲模量水平为关键因素，对管材环刚度起到决定性作用。
片状、针状(包括晶须)结构，或球状超细无机粉体材料，作为增强材料，提高了树脂组合物的弯曲模量，但同时也提高了材料的密度。结构壁管材的市场应用，通常以长度单位计量效用而非以重量单位计量，因而，式(1)中，以等效弯曲模量E’代替表观弯曲模量E，用于对管材专用料弯曲模量实际效用的甄别。
按实际应用效果，等效弯曲模量定义为：
式中，ρ―材料密度；
ρPE―管材标准PE料密度，取值0.95。
管材专用料实施例料、对比例料冲击强度、弯曲模量、拉伸屈服应力、密度测试样条，均按《GB/T 17037.1-1997热塑性塑料材料注塑试样的制备第1部分一般原理及多用途试样和长条试样的制备》标准，以多型腔模具注塑成型制备；分别按《GB/T 1043.1-2008塑料简支梁冲击性能的测定第1部分非仪器化冲击试验》、《GB/T 9341-2008塑料弯曲性能的测定》、《GB/T 1040.2-2006塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》、《GB/T 1033.1-2008塑料非泡沫塑料密度的测定第1部分：浸渍法、液体比重瓶法和滴定法》标准，测试相应项目。
取造粒料，按《GB/T19466.6—2009塑料差示扫描量热法(DSC)第6部分:氧化诱导时间(等温OIT)和氧化诱导温度(动态OIT)的测定》测试氧化诱导时间；按《GB/T3682.1—2018塑料热塑性塑料熔体质量流动速率(MFR)和熔体体积流动速率(MVR)的测定第1部分:标准方法》测试熔指。
实施例1-4与对比例的物理力学性能试验结果比较如表2所示：
表2物理力学性能试验结果比较
| 物理力学性能 | 技术要求 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例 |
| 冲击强度/kJ/m<sup>2</sup> | ≥25 | 32 | 33 | 31 | 29 | 27 |
| 弯曲模量/MPa | ＞1000 | 1161 | 1148 | 1185 | 1087 | 1058 |
| 等效弯曲模量/MPa | ≥800 | 950 | 940 | 970 | 890 | 850 |
| 拉伸屈服应力/MPa | ＞20 | 22.8 | 22.7 | 23.1 | 21.7 | 21.5 |
| OIT(200℃)/min | ≥20 | 24 | 24 | 23 | 21 | 10 |
| 密度/kg/m<sup>3</sup> | ≤1180 | 1050 | 1050 | 1050 | 1050 | 1060 |
由表2物理力学性能测试结果表明，本发明的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，各项重要技术指标均符合行业技术要求，具有良好的等效弯曲模量、冲击强度、拉伸屈服应力和氧化诱导时间等各项物理力学性能水平。与对比例制品比较，具有更加优异物理性能。
需要说明的是，以上所述并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，由以下按照重量份数计的组分构成：
大中空级HDPE树脂100份，抗冲共聚PPB树脂5-30份，填充剂5-30份，偶联剂1-10份，润滑剂1-10份，助剂0-21份；
所述大中空级HDPE树脂为容积>200L塑料容器专用的材料，弯曲模量≥1000MPa，简支梁冲击强度≥70kJ/m2，拉伸屈服应力≥25MPa，断裂标称应变≥500％，ESCR≥500h，200℃温度下的氧化诱导时间(OIT)≥60min，砝码质量21.6kg、190℃温度下的熔融指数(MFR)为2-10g/10min；
所述抗冲共聚PPB树脂为均聚PP基质和乙丙橡胶相(EPR)组成的共聚树脂，弯曲模量≥1000MPa，简支梁冲击强度≥8kJ/m2，拉伸屈服应力≥25MPa，砝码质量5kg、230℃温度下的熔融指数(MFR)为2-10g/10min。
2.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述大中空级HDPE树脂为上海金菲HXM50100、齐鲁石化DMDY1158、韩国大林TR571、韩国大林TR580、韩国大林TR520、韩国大林4570、新***山子HD5420GA和抚顺石化FHM8255A中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述抗冲共聚PPB树脂为武汉石化PPB-M09、扬子石化PPB-M02(J340)、扬子石化PPB-M02-G(K8003)和茂名石化PPB-MN09中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述填充剂为粒径40μm碳酸钙(CaCO3,)、粒径10μm超细碳酸钙(CaCO3,)和超细滑石粉(Mg3[Si4O10](OH)2,10μm)中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)酞酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三硬脂酸钛酸酯；其中硅烷偶联剂选择为中国境内的牌号KH-570，道康宁Z-603、日本信越KBM-503；酞酸酯偶联剂选择为中国境内的牌号钛酸酯GR-101、GR-105、GR-10、肯瑞奇KR-TTS。
6.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸(HSt)和费托蜡(FT Wax)中的一种或两种混合物。
7.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述助剂为石油树脂、ESCR改善剂和抗氧剂中的一种或多种，按照重量份数分别为：石油树脂0-10，ESCR改善剂0-10，抗氧剂0-1。
8.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述石油树脂选择为C5树脂、C9石油树脂和C5/C9共聚石油树脂中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述ESCR改善剂为茂金属线型低密度聚乙烯(mLLDPE)，ESCR≥5000h，选择为埃克森1018MA、陶氏化学ELITE 61530.02。
10.根据权利要求1所述的埋地用聚乙烯双壁波纹管专用材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和双酚A中的一种或几种的混合物。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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