[发明专利]高强度耐压聚乙烯组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度耐压聚乙烯组合物及其制备方法，用于生产高强度聚乙烯给水管和燃气管材的聚乙烯组合物。

背景技术

聚乙烯压力管材以突出的耐化学腐蚀性、耐低温性、焊接性能、对输送介质无污染、耐压性能、耐慢速裂纹扩展、使用寿命长等特点，愈来愈广泛地应用于燃气输送、供水、矿物用管等领域，目前所使用的压力等级主要有PE80级和PE100级。除要求具有上述性能外，为满足在使用中的要求，对压力管道用聚乙烯树脂还要求具有下列性能：(1)良好的力学性能；(2)耐快速裂纹扩展(rapid crack propagation，简称RCP)性能好。

聚乙烯管材料发展经历了三个阶段。第一阶段，20世纪50年代，德国赫斯特公司率先开发了齐格勒-纳塔低压聚合工艺，并采用该工艺首次推出了管材专用树脂即1型(HDPE)耐压管材料。该阶段管材料的性能相对较差，相当于现在的PE63及以下等级管材料；第二阶段，20世纪70年代末，PE80级的MDPE和HDPE管材树脂相继开发成功，该类树脂具有较好的长期耐静液压强度和耐环境应力开裂(ESCR)性能。由于PE80级MDPE管材树脂的柔韧性能和ESCR性能好，其在给水和燃气输配系统中得到了广泛的应用；第三阶段，20世纪80年代末，出现了被称为第三代的聚乙烯管材专用料PE100。PE100级管材树脂是指在20℃条件下，管材在使用50年后仍能保持10MPa的最小要求强度，而且具有优异的抗慢速裂纹增长和抗快速裂纹扩展性能。多数PE100级管材料都具有双峰分子量分布结构，双峰中的第一个峰作为低分子量部分润滑性能好，可提高树脂的加工性能，第二个峰的高分子量部分可提供良好的机械性能。EP0619325描述了一种制备具有多峰或至少双峰分子量分布的聚烯烃(如聚乙烯)的方法。在该方法通过在同一反应器中使用两种不同的茂金属催化剂，获得至少双峰的分子量分布。EP0881237公开了在两个反应器中使用茂金属催化剂生产双峰聚烯烃。上述几种工艺成本较高，且工艺复杂。JP 2008285604介绍了一种由线性聚乙烯和高压LDPE混合构成的给水或燃气管组合物，具有良好的加工性能、柔韧性和表面光泽。

该发明的组合物成分及制备方法与上述专利明显不同，所制备的组合物性能特别是与本专利强调的高强度也不同。

CN1873275A公开了一种增强型聚乙烯管材，在管材混配料中加入3-72％的短玻璃纤维，提高了管材的屈服强度和环刚度该管材主要应用于外承压排水管和矿用管。CN101423573A及US7317054B2公开了一种用于单壁和双壁波纹HDPE管材的熔体共混HDPE混合物，可提高材料的模量、加工性能和耐环境应力开裂性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度耐压聚乙烯组合物，能够提高产品的断裂伸长率、冲击强度和耐快速裂纹扩展性能；本发明同时提供了其工艺简单、易于实施的制备方法。

本发明所述高强度耐压聚乙烯组合物，其配料重量百分组成为：

高等级聚乙烯压力管材料80～90％

高分子量聚乙烯        5～10％

低分子聚乙烯          0～10％

外加：

加工助剂    0-0.2％，

分散剂      0-2％。

其中：

高分子量聚乙烯分子量在40-200万，密度在0.945-0.965cm³之间。

低分子量聚乙烯分子量在10-20万，密度在0.945-0.965g/cm³之间。

通过深入研究发现，选择各种性质聚乙烯的组合，可获得一种高强度耐压聚乙烯组合物。

本发明所述高等级聚乙烯压力管材料(PE1)，其压力等级为PE80级或PE100级，是市场上通用的管材料，树脂分子量分布为单峰或者双峰。

对于聚乙烯树脂来说，分子量大小和密度大小决定树脂的强度如拉伸强度、冲击强度、弯曲模量等，但随着树脂的分子量增加，其粘度也会逐渐增加，不利于材料的加工，密度过高会影响材料的耐慢速裂纹增长和耐环境应力开裂等性能。

低分子聚乙烯(PE3)可用于提高组合物的加工性能，但需要一定的分子量和密度以维持组合物的强度。

加工助剂可采用氟弹性体(简称PPA)，可提高产品表面光亮度和光滑度、降低加工温度、提高产品的成型率等，但加工助剂过多会提高产品成本和挥发分含量。