[发明专利]纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法

权利要求书

1.纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：选用纳米级炭黑粒子，筛选偶联剂对炭黑粒子进行表面修饰；

步骤S2：开发界面增容剂，将界面增容剂、聚乙烯基底材料、步骤S1形成的炭黑粒子加入混合器中熔融混合；根据混合器的结构参数运用模型确定各组分之间的配比关系；

步骤S3：基于“洋葱状”界面结构模型计算界面结构参数，评估界面结构参数与聚乙烯分子量、炭黑粒子分散度之间的数据关系；

步骤S4：根据数据关系调整混合器中混合物的组分，并添加着色剂，计算不同分散状态下的着色剂与炭黑粒子的晶体和非晶体两相结构模型；

步骤S5：根据所述模拟效果确定的各组分之间的配比关系、界面结构参数和两相结构模型，重新配比最终混合物组分材料；

步骤S6：以最终混合物为原料制备聚乙烯管材材料，并利用聚乙烯管材材料制作管材；

步骤S7：对制作的管材的性能指标进行检测，根据检测结果在对最终混合物进行微调。

2.如权利要求1所述的纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为无需水解可用钛酸酯类；所述钛酸酯类的异丙氧基与炭黑纳米粒子的表面羟基反应从而实现表面修饰。

3.如权利要求1所述的纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，所述界面增容剂为PET熔体。

4.如权利要求1所述的纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的配比关系的确定方法包括：基于混合器的结构参数，采用有限元分析推导聚乙烯和炭黑熔体的加权平均总应变、混合单元的分流数、混合度计算式，并运用软件模型对混合器包括速度场、温度场、压力场在内的流场进行数值模拟，根据模拟结果重新确定配比关系。

5.如权利要求1所述的纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的“洋葱状”界面结构模型为基于聚乙烯分子链—缠结偶联剂—锚固偶联剂—纳米炭黑粒子组成的界面结构。

6.如权利要求1所述的纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中评估数据关系的方法包括：基于傅立叶变换红外光谱和热失重分析,定义界面层的厚度、同一大分子链相邻锚固点间隔重复单元数及两锚固点间重复单元最小值参数，根据界面层厚度、体积分数及平均每个聚乙烯大分子链锚固点数的表达式，综合确定耐热性和玻璃化参数是否符合预设要求。

7.如权利要求1所述的纳米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括通过调整偶联剂、着色剂用量，判断将包括结晶度、结晶速率及结晶活化能在内的结晶参数与炭黑粒子及着色剂的分散性之间的关系，并结合界面结构模型，调整所述偶联剂、着色剂用量。

8.如权利要求1所述的增加纳米碳黑的聚乙烯管材材料制备方法，其特征在于，所述步骤S6中制备制作管材的方法包括：将表面修饰后的炭黑粒子，着色剂混合并制备颗粒；将将界面增容剂、聚乙烯基底材料加热处于熔融状态；将制备的颗粒均匀加入熔融状态的界面增容剂、聚乙烯基底材料中混合搅拌，并通过挤压成型为管材。