[发明专利]具有高抗快速裂纹扩展性与耐压性的聚乙烯组合物

说明书

技术领域

本发明涉及具有改善的耐压性以及冲击性能、尤其是抗快速裂纹扩展性的聚烯烃组合物，所述组合物包括含第一乙烯均聚物或共聚物部分和第二乙烯均聚物或共聚物部分的基础树脂，还涉及用于生产这样的聚乙烯组合物的方法，并涉及上述聚乙烯组合物用于生产制品（优选管材或配件）的用途。

背景技术

现今，聚合物材料的管材经常用于各种目的，例如流体输送，即液体或气体的输送，例如水或天然气的输送，在此输送过程中流体能被加压。另外，所输送的流体可以具有不同的温度，通常在约0℃-约50℃的温度范围之内。这样的压力管材优选由聚烯烃塑料制成，例如中密度聚乙烯（MDPE；密度：930-942kg/m³）和高密度聚乙烯（HDPE；密度：945-965kg/m³）。本文中通过表述“压力管材”来表示使用时承受正压的管材，即管材内的压力高于管材外的压力。

聚合物管材通常通过挤出法或注塑成型法来制造。这样的通过挤出法或注塑成型法生产的传统聚合物管材的性能对于很多目的而言是足够的，但是，例如在需要高耐压性的应用中，即对于长期和/或短期承受内部流体压力的管材而言，可能期望性能得到提高。用于表示根据设计应力额定值（design stress rating）的PE100管材的耐压性的普通标准按照ISO9080:2003测定。考虑到假想的使用条件（例如温度），塑料压力管材的用途的适应性首先通过其构成材料在应力下的性能表现确定。传统上通过流体静（环路）应力表示该性能表现，由待考察的材料制成的塑料管材应可以在20℃的环境温度下用水作为内部测试介质时耐受50年。外部环境可以是水或空气。所述标准提供了一个包含使用在不同温度下的测试数据通过多元线性回归分析法分析的外推法的确定程序。该结果使得根据相关体系标准中描述的程序的材料具体设计值可以被测定。此多元线性回归分析法基于用log₁₀（应力）对log₁₀（时间）模型最精确地描述的速率过程。

用于压力管材的聚乙烯材料的生产例如在Scheirs等人（Scheirs、Bohm、Boot和Leevers：用于管材应用的PE100树脂（PE100Resins for Pipe Application），TRIP1996年第4卷第12期第408-415页）的一篇文章中进行了讨论。WO00/22040公开了用双峰树脂制成的具有良好机械性能的管材。

EP1985660A1公开了管材或辅助管材制品，其具有改善的抗慢速裂纹生长性，包括含基础树脂的聚乙烯组合物，所述基础树脂包含第一乙烯均聚物或共聚物部分（A）和第二乙烯均聚物或共聚物部分（B），其中，部分（A）的平均分子量低于部分（B），并且，其中所述基础树脂的密度在945-949kg/m³的范围内，MFR₅在0.2-0.4g/10min的范围内，共聚单体含量高于2.0wt.-%，并且，SHI_{（2.7/210）}在55-100的范围内。

EP1655337A1公开了具有改善的均一性、包含基础树脂的聚乙烯组合物，所述基础树脂包含（A）第一乙烯均聚物或共聚物部分和（B）第二乙烯均聚物或共聚物部分，其中，部分（A）的分子量低于部分（B），部分（A）的MFR₂与基础树脂的MFR₅的比值为至少50，并且所述组合物的白斑面积为1%或更低。

结合更快并且更便宜的安装，各种现代技术（爆管法、定向钻孔、换衬等）得以发展。但是，这些技术对能够与坚硬或尖锐的物体接触的管材材料可能更具挑战且要求更高。取决于安装的具体范围内的土壤类型，会对管材产生更高的应力。因此，还要求冲击性能例如抗快速裂纹扩展性（RCPR）和抗慢速裂纹生长性（SCGR）。通常通过所谓的S4测试（小规模稳态测试）来测量RCPR，所述的S4测试是伦敦的帝国理工学院（Imperial College）开发的，并在ISO13477:2008中进行了描述。在此测试中，关键参数为临界温度（T_crit），即根据ISO13477:2008测量的韧性脆性转变温度，是管材通过测试的最低温度。但是，RCPR的改善和耐压性的改善在一定程度上是相抵触的性能。

其他期望改善的性能为管材材料的可加工性、拉伸模量、短期耐压性和抗垂弛性（sagging resistance）。

发明内容