[发明专利]聚乙烯管材

说明书

发明领域

本发明涉及聚乙烯管材，并且更具体地，涉及适合于制造具有改进可挤出性的高强度管材的聚乙烯组合物，以及制造该管材的方法。

发明背景

从高密度聚乙烯制造的管材是本领域已知的。通过将共混了填料如炭黑的聚乙烯熔融挤出来形成管材，因此在熔融阶段形成了具有由用于形成管材的模头所决定的所需内径和外径以及壁厚的管。使用该程序的一个问题是，管材在冷却之前可下垂并因此产生质量差的管材。这一问题可以通过降低挤出机的温度、并因此降低挤出物的温度来部分地改善。然而，这能引起挤出物不良的产量或产出率(specificthroughput)，因此增大了管材的生产成本。此外，增大产量且同时降低挤出机的温度能够非所需地提高挤出机的背压。这一问题仍然是用于生产管材的聚乙烯树脂需要解决的。

虽然最近在US 6,878,454中对高密度聚乙烯有过描述，该高密度聚乙烯可以有利地挤出生产出具有低凝胶计数的膜，但是这没有解决挤出适合于管材的组合物的问题，其包括影响到组合物性能的较大量的填料，以及具有其它不同的性能如对于高快速裂纹扩展强度的需要。

所需要的是这样的高密度聚乙烯，当与所需量的填料掺混时它们能够在所需的低熔融温度下挤出以防止下垂但同时能够在足够高的产量下挤出。本发明人用具有性能的改进平衡的改进的高密度聚乙烯来解决了这一问题。

发明概述

本发明的一个方面涉及管材组合物，在一个实施方案中该组合物包括80-99wt％(基于组合物重量)的高密度聚乙烯和1-20wt％(基于组合物重量)的填料；该聚乙烯具有0.940-0.980g/cm³的密度，和2-18dg/min的I₂₁；特征在于该管材组合物在满足以下相互关系的熔融温度T_m下挤出：

T_m≤230-3.3(I₂₁)

其中该组合物也在大于1.38kg/hr/rpm的产出率下挤出以形成管材。

在另一个方面，本发明在一个实施方案中提供了形成管材的方法，该方法包括：

(a)提供填料组合物，该填料组合物包括5-50wt％的填料和95-50wt％的低密度聚乙烯以及0-3wt％的一种或多种稳定剂；

(b)将该填料组合物与具有0.940-0.980g/cm³的密度和2-18dg/min的I₂₁的高密度聚乙烯进行熔融共混至165℃-185℃的目标出料温度，从而形成管材组合物，熔融共混使得该管材组合物包括1-20wt％(基于管材组合物)的填料；以及

(c)将该管材组合物挤出以形成管材。

这些方面可以与在这里公开的各种实施方案相结合以描述本发明。

发明详述

本发明的优选实施方案在这里针对当被挤出成管材时具有改进性能的管材组合物来描述。至于“管材”，它所指的是用于诸如但不限于液体、气体和可流动的固体(如颗粒物)之类的物质的管道，这样的管道具有任何合适的尺寸和形状以实现其目的，并且这样的管道可主要由本发明的管材组合物组成或仅仅包括该管材组合物作为它的一层或多层或它的一部分或多部分。

在一个实施方案中，所述管材组合物包括80-99wt％(基于组合物重量)的高密度聚乙烯和1-20wt％(基于组合物重量)的填料；该聚乙烯具有0.940-0.980g/cm³的密度，以及2-18dg/min的I₂₁(I₂₁，ASTM-D-1238-F，190℃/21.6kg)。所述管材组合物体现特征于在该组合物挤出形成管材的过程中在低熔融温度下实现高产量的能力。所述管材因此体现特征于该管材组合物在满足以下相互关系(1)的熔融温度T_m下挤出：

T_m≤230-3.3(I₂₁)    (1)

其中该组合物也在下列挤出条件下以大于1.38kg/hr/rpm的产出率挤出形成管材∶在沟面喂料式挤出机中使用具有30∶1 L/D比率的60mm螺杆，其中“熔融温度”是在用于挤出所述管材组合物的挤出机的混合区段的下游端所熔化的该管材组合物的温度，该温度或者通过浸入式探头(“探头”)或者通过红外线探头(“IR”)测量。以上方程式通过使用浸入式探头来满足，或如果采用红外线探头，则通过使用方程式T_m≤228-3.3(I₂₁)来满足。满足方程式(1)的其它设定条件列于以下表1中。