[发明专利]用于聚烯烃钢骨架增强复合管的保护层材料及其制造方法

说明书

技术领域

  本发明涉及一种材料设计制造技术，具体涉及一种用于聚烯烃钢骨架增强复合管的保护层材料及其制造方法。

背景技术

管道运输具有投资少、能耗低、运输成本便宜等优点，在世界各国得到广泛应用。长期以来，管道材料主要使用的是钢管。钢管的强度高，易焊接，但比重大，不耐腐蚀，不耐磨损，易结垢。塑料管道由于耐腐蚀性能优良，在许多场合已逐渐取代钢管。但是，与钢管相比，塑料管的拉伸屈服强度低、耐高温性差、不耐冲击、易老化，又极大地限制了塑料管的应用。国内外已开发出把热塑性塑料特长和增强材料优点相结合的增强复合塑料管。根据调研，加拿大Fiberspar管道即属于聚乙烯增强复合管，是用浸渍了环氧树脂的高强度玻璃纤维增强，但最大直径只有110mm。在超高分子量聚乙烯管方面，日本三井株式会社已生产直径300mm以下的管材，未生产增强复合管。国内已开发出用钢丝网增强、钢带增强、钢孔板增强的普通聚乙烯钢骨架复合管，由于受内管、外管材料均采用普通聚乙烯和增强层的结构设计限制（承压能力仅在2MPa以内），其适用范围仍局限在埋地低压水管，不适合野外复杂地形和特殊环境下使用。随着管道运输的不断发展，被输送物料已扩大到固体、固-液、气-液和含硫高粘物料，特别是油气田、化工、电力、矿山、煤矿、航道疏浚等领域，对管道的性能更有特殊要求。 

研发一种适应野外各种复杂地形及环境条件，抗冲击、耐腐蚀、重量轻、抗结垢、低摩阻、耐低温、拆卸灵活方便的高承压超高分子量聚乙烯增强复合管材具有十分积极的经济意义。目前普通聚乙烯钢骨架复合管保护层多数是以高密度聚乙烯为保护层。高密度聚乙烯比较典型的缺点就是耐候性和耐环境应力开裂性能差，通常野外环境使用时间不长就发生龟裂，采用高密度聚乙烯为超高分子量聚乙烯钢骨架增强复合管的保护层不能满足野外环境长时间的使用要求。其与超高分子量聚乙烯相比，超高分子量聚乙烯在抗冲击强度、耐低温性能、抗拉强度、耐磨性、抗环境应力开裂、抗疲劳、自润滑性能、防结垢、耐化学腐蚀等方面具有不可替代的优越性。因此针对超高分子量聚乙烯钢骨架增强复合管野外铺设和特殊环境的使用要求，必须对高密度聚乙烯进行改性，使超高分子量聚乙烯钢骨架增强复合管的保护层具有耐环境应力开裂、防紫外、抗静电、耐寒等优良特点。 

发明内容

 本发明的目的在于克服现有聚烯烃钢骨架增强复合管的保护层材料技术中的不足，提供“一种用于聚烯烃钢骨架增强复合管的保护层材料及其制造方法”。该保护层材料组分设计合理、制造工艺简单，具有防紫外、耐环境应力开裂、耐寒等优良特点并能满足生产工艺要求；保护层材料主要性能指标如下：拉伸强度≥18MPa；断裂伸长率≥500%；缺口冲击强度≥40KJ/m²;耐环境应力开裂≥1000h。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明提供了一种用于聚烯烃钢骨架增强复合管的保护层材料，该材料由如下重量百分比配比的组份制备得到：

高密度聚乙烯：60%-100%

超高分子量聚乙烯：5%-40%

乙烯-辛烯共聚物：1%-30%

纳米碳酸钙：1%-15%

炭黑母粒：0.1%-5%

抗氧剂：0.01%-0.3%

抗紫外线剂：0.01%-0.2%

自由基捕捉剂：0.001%-0.1%

其中：抗氧剂为1010、168中的至少一种或其复配物，抗紫外线剂为一种苯并三唑抗紫外线剂复配物，自由基捕捉剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯 ，超高分子量聚乙烯其分子量大于200万。

优选的，该材料由如下重量百分比配比的组份制备得到：

高密度聚乙烯：68.64%

超高分子量聚乙烯：15%

乙烯-辛烯共聚物：10%

纳米碳酸钙：4%

炭黑母粒：2%

1010：0.2%

抗紫外线剂：0.1%

自由基捕捉剂：0.06%

优选的，该材料由如下重量百分比配比的组份制备得到：

高密度聚乙烯：55.48%

超高分子量聚乙烯：20%

乙烯-辛烯共聚物：15%

纳米碳酸钙：6%

炭黑母粒：3%

抗氧剂：0.3%

抗紫外线剂：0.15%

自由基捕捉剂：0.07%

其中：抗氧剂为1010、168复配物，其比例（重量比）为1∕1。