[发明专利]一种管材用改性高密度聚乙烯树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明设计一种管材用改性高密度聚乙烯树脂，进一步讲，涉及一种增强、增韧改性高密度聚乙烯树脂的制备方法。

背景技术

聚乙烯(PE)管材专用料是指用于工农业、日常生活中的压力管道所用的原料，PE管材大都被简单地分为高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)管材[因中密度聚乙烯(MDPE)管用途与HDPE管相同，常视为高密度管的一种],通常高密度聚乙烯密度为0.94-0.965g/cm³，MDPE密度为0.926-0.940g/cm³，LDPE密度为0.910-0.925g/cm³。

近年来，国内外给水和燃气输送用高密度聚乙烯(HDPE)管材发展很快，主要由于HDPE生产工艺的不断改进使其加工性能、力学性能、使用性能得以提高。从早期单峰聚合的PE63、PE80到双峰材料,特别是20世纪90年代以来PE100管材料的发展,大大拓宽了高密度聚乙烯压力管道的应用，提高了管网的操作压力，或者在同样的压力条件下减少了管壁厚度,同时改善了管道的耐慢速裂纹增长和耐快速裂纹扩展能力。就目前的应用领域而言，例如市政给水、燃气输送、化工流体输送等领域，聚乙烯材料的长期静液压强度(即耐压能力)已经不是阻碍管道应用发展的问题，而如何提高材料的安全性，才是永恒的主题。目前的聚乙烯管道材料50年的设计使用寿命都是基于没有瑕疵、内表面和外表面完好无损的管材的长期静液压试验数据外推得到。但是在施工过程中人为的拖拽引起的刮伤以及周围环境例如石头顶住管材外表面造成的点载荷，会形成应力集中区，产生初始的裂纹并发展成为微观的银纹/孔洞，孔洞间的材料会被拔出形成高强度的微纤结构。管道材料自身的特点将决定银纹是继续增长发展成裂纹而导致材料破坏，还是阻止银纹进一步发展成裂纹。

为了适应管道安装技术的发展，提高管道在实际环境中的使用寿命，首先应在源头上避免管道表面的破坏，即提高其耐刮痕性。目前市场上PE100级压力管材专用料的性能不一，有些料偏软，加工制成的管材也比较容易受到破坏，对于多层管道而言，现在的解决方案是使用不同的外层材料，如耐划痕的PP(例如高模量聚丙烯)作为附加外层，主要目的是保护PE核心内层不受施工时带来的损伤，外层较高的压痕硬度就像一个硬壳帮助分散管材上的应力集中；但对于给水管、燃气管这样的单层管道而言，主要还是提高材料本身的耐机械刮痕性能，一方面可以提高产品的密度，减小分子间距离，使分子的排列更加紧密，另一方面也可以通过后期的改性，增加产品的刚性和硬度。第二，当管材表面受到破坏时，应尽量阻止小的孔洞进一步扩展成为更大的裂纹，这就要提高材料的韧性。聚乙烯管材的破坏模式包括韧性破坏、脆性破坏和热氧老化破坏3种典型的破坏模式。韧性破坏为压力或载荷过大引起，在目前管道设计压力下，不会出现；慢速裂纹增长导致的破坏就是典型的脆性破坏，其特征是在较低的管道压力作用下经历较长的时间而破坏。而韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小，通常以冲击强度或晶状断面率来衡量。

当前对于管材用改性高密度聚乙烯树脂的制备方法，专利与文献均很少。如：公布号CN101538384B(申请号为200810034747.3)的发明专利，公开的“给水用聚乙烯管材”。该专利涉及一种给水用聚乙烯管材，由高密度聚乙烯原色料、耐热聚乙烯原色料、炭黑含量为50％的PE管材色母粒、抗氧剂264组成；其重量百分比是：高密度聚乙烯原色料70～80％、耐热聚乙烯原色料15～25％、炭黑含量为50％的PE管材色母粒4.5％、抗氧剂264 0.5％；其有益效果是既降低了材料价格(与混配料比较)，又提高了材料性能。

公布号CN103613819A(申请号为201310500711.0)的发明专利，公开的“一种高韧性PE管材”，该专利涉及一种高韧性PE管材，该PE管材由质量分数为84％～90％的聚乙烯原料、2.5％的母粒、8％～10％的超细轻质碳酸钙粉组成，通过将超细轻质碳酸钙粉添加到材料中去，一方面可降低PE管材的成本，另一方面会提高塑料制品的硬度和刚度，力学性能增强。同时在材料中添加由聚乙烯、硅酸钙晶须或者硫酸钙晶须、硅烷偶联剂、马来酸酐相容剂、其他助剂制成的母粒，进一步增强了其抗拉强度、刚性，也就是增强了其韧性。