一种改性的双壁波纹管制备方法研究

于长辉

摘 要：本文介绍一种利用新型超细化固体纳米级颗粒及无机粒子改性的聚乙烯专用料制备方法。该专用料主要用于生产高强度、低成本聚乙烯双壁波紋管材。

关键词：改性;双壁波纹管;制备方法

0 引言

聚乙烯双壁波纹管材主要适用于埋地排水，亦可用于工业排水、排污。随着市场要求的增大和对管材技术性能要求的不断提高，特别是在满足管材长期使用可靠性的要求下，对其环刚度和韧性有更高的要求。埋地排水管在正常工作时管内的排放物成分复杂，管材要承受静载荷（土壤重量）和动载荷（车辆行人）的共同作用。基于埋地排水管的工作特点，该管道应具有极佳的承受外压载荷并保持形状稳定性的能力;具有较高的力学强度和冲击韧性以保持管材整体性;还应具有优良耐磨性和适当的耐应力开裂能力。

作为生产埋地排水管的主要原料聚乙烯树脂，主要有纯树脂、纯树脂加碳酸钙母料、纯树脂加功能专用料、专用的树脂改性复合材料。目前，市场上这些埋地排水管材专用料存在着强度低（尤其是环刚度、弯曲强度和弹性模量），抗冲击性能、环柔性差等缺点。同时一些成本低的专用料因配方问题使得其加工特性不好、塑化慢，管材成型性和外观不佳。

本文选用聚乙烯树脂为基材，通过加入成本低的无机粒子和采用最新共混技术，制备具有较好综合性能的埋地排水管专用料。

1 研究内容及制备方法

为了解决聚乙烯埋地排水管专用料刚性低、环柔性差等问题，提供了一种埋地用聚乙烯结构壁管道专用料的制备方法。

1.1 专用料的组成

专用料按重量百分比由聚乙烯（一定比例本厂回用料）

60～75%、经活化改性的粉煤灰10～15%、纳米混合碳酸钙5～15%、硫酸钙晶须8～15%、马来酸酐接枝聚乙烯3～5%、润滑剂0.5～1%、吸水剂、炭黑母粒组成。

1.2 埋地用聚乙烯结构壁管道专用料制备方法

①混合：按重量百分比粉煤灰10～15%、纳米混合碳酸钙5～15%、硫酸钙晶须8～15%放入高混机中经5～10min的冷混后，获得分散均匀的粉末;②高混：按重量百分比将HDPE聚乙烯60～75%、马来酸酐接枝聚乙烯3～5%、润滑剂0.5～1%在高混机中搅拌，搅拌的同时将聚乙烯加热到100～120℃，按重量百分比将步骤①经高混机冷混后获得分散均匀的粉末加入高混机中，在高混机中高速预混5～10min后获得粒状混合物;③混炼：将步骤②获得的粒状混合物料送到双螺杆挤出机中，进料口温度为150～160℃，熔体温度为200～220℃，口模温度为200～210℃的温度范围挤出专用料。

原材料埋地排水管具有良好的刚性、柔性，管材的抗开裂性能、耐压性、稳定性都有所改善、耐腐蚀性强、使用寿命长的特点，并且管材的成本明显的降低。

2 具体实施方式

专用料配方中各组分采用的产品及性能参数：

聚乙烯：选用中国石油化工股份有限公司大庆石化产

80级聚乙烯，牌号为HDPE2480，其主要性能为：密度：

0.947，熔体流动指数：12.53（21.6kg），拉伸强度>25.5MPa，

断裂伸长率：>890.8%，环境应力开裂>500h，屈服拉伸强度（23℃）>30MPa。

回用料：采用本厂生产的同种管材、清洁的上海石化YGH041或吉林石化JHMGC100S。

粉煤灰：由硅烷偶联剂KH590改性研制;将筛选的粉煤灰（粒度在0.001mm～0.1mm）烘干，加入到高速混合机内，边搅拌边喷入硅烷偶联剂KH590（以乙醇稀释），高速搅拌10～15min，使之充分混合活化，在95～100℃烘干即得活化的粉煤灰。

纳米混合碳酸钙：新型超细化固体纳米级的颗粒材料。以石灰石为原材料，采用沉淀法制备纳米粉体。其颗粒直径一般小于100nm，特点是粒径小，表面活性高。

硫酸钙晶须：无水硫酸钙晶须，其长度（um）：50～ 200;直径（um）：0.2～4.0。

马来酸酐接枝聚乙烯：采用马来酸酐接枝高密度聚乙烯（MAH-g-HDPE），主要作用是对无机粒子增容。

润滑剂：润滑剂采用牌号为BB润滑剂。

炭黑母粒：其主要性能为：熔体流动速率40.0（190℃ 21.6kg），炭黑含量2.0～2.5%，炭黑分散≤3级，颜料分散≤3级。

具体实施方式一：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料的制备方法的步骤如：①混合：按重量百分比粉煤灰10～15%、硫酸钙晶须5～10%、硫酸钙晶须8～15%放入高混机中经5～10min的冷混后，获得分散均匀的粉末;②高混：按重量百分比将HDPE聚乙烯60～75%、马来酸酐接枝聚乙烯2～3%、润滑剂0.5～1%、吸水剂、炭黑母粒在高混机中搅拌，搅拌的同时将聚乙烯加热到100～120℃，按重量百分比将步骤①经高混机冷混后获得分散均匀的粉末加入高混机中，在高混机中高速预混5-10min后获得粒状混合物;③混炼：将步骤②获得的粒状混合物料送到双螺杆挤出机中，进料口温度为150～160℃，溶体温度为200～220℃，口模温度为200～210℃的温度范围挤出专用料。

具体实施方式二：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料按重量百分比由聚乙烯60%、经活化改性的粉煤灰10%、纳米混合碳酸钙15%、硫酸钙晶须12%、马来酸酐接枝聚乙烯2.5%、润滑剂0.5%、吸水剂、炭黑母粒组成。

具体实施方式三：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料按重量百分比由聚乙烯65%、经活化改性的粉煤灰12%、纳米混合碳酸钙10%、硫酸钙晶须10%、马来酸酐接枝聚乙烯2.5%、润滑剂0.5%、吸水剂、炭黑母粒组成。

具体实施方式四：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料按重量百分比由聚乙烯64.5%、经活化改性的粉煤灰15%、纳米混合碳酸钙5%、硫酸钙晶须12%、马来酸酐接枝聚乙烯3%、润滑剂0.5%、吸水剂、炭黑母粒组成。

具体实施方式五：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料按重量百分比由聚乙烯62%、经活化改性的粉煤灰10%、纳米混合碳酸钙10%、硫酸钙晶须15%、马来酸酐接枝聚乙烯2%、润滑剂1%、吸水剂、炭黑母粒组成。

具体实施方式六：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料按重量百分比由聚乙烯72.5%、经活化改性的粉煤灰10%、纳米混合碳酸钙5%、硫酸钙晶须10%、马来酸酐接枝聚乙烯2.%、润滑剂0.5%、吸水剂、炭黑母粒组成。

具体实施方式七：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料按重量百分比由聚乙烯69.5%、经活化改性的粉煤灰10%、纳米混合碳酸钙10%、硫酸钙晶须8%、马来酸酐接枝聚乙烯2%、润滑剂0.5%、吸水剂、炭黑母粒组成。

具体实施方式八：本实施方式的埋地排水管聚乙烯专用料按重量百分比由聚乙烯60%、经活化改性的粉煤灰10%、纳米混合碳酸钙15%、硫酸钙晶须11%、马来酸酐接枝聚乙烯3%、润滑剂1%、吸水剂、炭黑母粒组成。

具体实施方式中二至八采用具体实施方式一的制备方法得到的专用料。对上述专用料采用下列测试方法检测;熔体指数采用GB/T3682-2000规定的方法测定，拉伸性能按GB/T1040-92规定的方法测定，拉伸速度为50mm/min;弯曲性能按GB/T9431-2000规定的方法测定，测得的各项性能参数均符合标准规定。

3 应用效果

专用料制备的埋地排水管具有良好的刚性，环柔性，抗冲击性，管材的抗开裂性能、耐压性、稳定性都有所改善，具有耐腐蚀性强、使用寿命长的特点，并且管材的成本明显的降低。

在达到相同环刚度的情况下，使用本发明后埋地排水管材每米可节约成本8%以上，按年生产700t计算，年节约成本70万以上，降低成本同时必定提升埋地排水管的市场竞争力，推动产品销售。