[发明专利]PE160级管材用复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是一种PE160级管材用复合材料及其制备方法。

背景技术

高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称为“HDPE”），是一种结晶度较高、非极性的热塑性树脂，柔软而且有韧性，但比LDPE略硬，也略能伸长，无毒，无味。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性，且不吸湿并具有好的防水蒸汽性。HDPE还具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高。但高密度聚乙烯的机械性能差，易变形，易老化，易发脆，易应力开裂，制约着HDPE的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种热线膨胀系数小、增加了抗压能力、强度和刚度、物理力学性能优异的PE160级管材用复合材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：PE160级管材用复合材料，它包含以下组分，且各组分的重量比为：

HDPE树脂100，

无机刚性粒子0.5～50，

超微细纤维1～40，

功能性原料0.05～10。

所述的无机刚性粒子为平均粒度为0.5～10μm的碳酸钙、滑石粉、硅灰石、高岭土或平均粒度为1～1000nm的硅酸盐、硅灰石、滑石粉、二氧化硅及碳酸钙中的一种或多种。

所述的超微细纤维为直径为0.1～20μm的尼龙、维纶、玻璃纤维、碳纤维和芳纶中的一种或多种。

所述的功能性原料为抗氧剂、润滑剂、偶联剂、增溶剂、增韧剂和诱发剂中的一种或多种。

PE160级管材用复合材料的制备方法，它包括以下步骤：

A、选上述配方中的除超微细纤维外的原材料按照比例配制称量放入高混机中搅拌3～15分钟；

B、将步骤A中混合均匀的物料加入单螺杆或双螺杆挤塑机料筒中，设定挤塑机各工段的温度分别为：进料段50～150℃，塑化1段120～250℃，塑化2段150～280℃，塑化3段130～280℃，口模段150～250℃，按上述参数设定好后开机，螺杆转速调至100～500转，进料速度调至10～100转，在塑化2段喂入上述配方中按照比例称量的超微细纤维；

C、完成上述步骤后，正常牵丝冷却、切粒、烘干包装。

本发明具有以下优点：

本发明采用无机刚性粒子和超微细纤维对HDPE树脂改性，使该复合材料的强度、刚度、韧性及热膨胀性能兼顾平衡，物理力学性能优异，热线膨胀系数小，减少了管材变形，可不用伸缩节，提高了管材的使用压力，增加了强度和刚度，性能优异，相比其他材料管，用更薄的壁厚即可达到使用要求，从而节约了的材料。使用本发明材料制成管材，其级别达到PE160级标准（PE160级：管材在20℃最小环应力16MPa安全使用50年）。

本发明以高密度聚乙烯（HDPE）树脂为基材，用超徽细纤维对聚乙烯进行增强，采用偶联剂对超徽细纤维进行表面改性(界面处理)、改善复合系相容性和良好分散工艺；采用增容剂促进不相容体系(接技)界面形态结构和性质的基础上，通过双螺杆挤出相容体系反应及共混技术，实现了同时对聚乙烯增强－增刚、降低线性膨胀系数，改善提高力学性能和热性能的目的，获得了一类给水用PE160级增强聚乙烯(PEF)改性材料，采用本发明所述的材料制成的管材与普通PE管材相比，相同壁厚的管材压力提高一倍，节能减排，提高工作压力，更安全可靠，具有优异的环刚度和良好的强度与韧性，及重量轻、耐冲击性强、不易破损等特点。

采用本发明所述的材料制成管材的优点具体包括：

1、工程造价低：

与钢管相比要节省成本30～50%；与水泥管相比综合造价基本持平；与玻璃钢灰砂管相比，只需1/5的工程代价；与同类型的HDPE钢带缠绕管来比也可省掉25%～50%。工程维修费用也极低，是其它管材的1/5费用。

2、管材环刚度好：

采用本发明所述的材料制成管材与普通HDPE管材相比，相同壁厚环刚度提高一倍，而且膨胀系数低长期使用不变形，抗压能力强管材压力等级可从0.4MPa至2.5MPa；可根据客户不同的使用要求来选择使用不同的等级。

3、密度高、重量轻：

基料HDPE是高密度聚乙烯的英文缩写，分子量为7万～30万，密度为0.941～0.965，重量轻，是钢管的1/8，是水泥管的1/10，可大大降低运输费用和安装时的吊装费用。

4、耐化学腐蚀：

聚乙烯为惰性材料，可耐酸、碱、盐等各种化学介质的侵蚀，无电化学腐蚀，其本身就是极好的防腐材料。