專利名稱：：非開挖專用pe給水管的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及管材領域，特別是涉及采用聚乙烯(PE)制備的埋地式非開挖專用PE給水管。
背景技術：
：隨著社會、經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，建筑規(guī)模日益增長，尤其是城鎮(zhèn)J^出設施建設、環(huán)保設施建設和住宅建設增長較快，用于排水、輸氣、輸水的埋地式管材用量越來越大。目前的埋地式管材主要采用開挖式技術，對于抗拉及彎曲強度不高、韌性較差的開挖式埋地式管材，在無法施工或不允許開挖施工的場合，如穿越河流、湖泊、重要交通干線、重要建筑物等表現(xiàn)出很大的局限性和明顯的不足，難以滿足更高的要求。因此，對技術更高，又不會破壞城市環(huán)境和設施的非開挖埋地式管材的要求口益顯現(xiàn)。在非開挖埋地式應用中，要求非開挖埋地式管材具有較高的韌性和強度。目前聚乙烯管材在非開挖埋地式應用中有所采用。但是，現(xiàn)有技術聚乙烯管材也存在韌性差(特別是缺口沖擊強度f氐)、高溫強度剛度不足、耐熱等級不高等缺點，無法^艮好滿足非開挖埋地式的苛刻應用。在一些公開的技術文獻中，有利用"后改性，，的方法，通過添加各類改性材料并輔以適當?shù)幕瘜W、物理改性，以獲取j氐成本高性能的、可應用于非開挖埋地領域的聚乙烯管材。具體方法是在高分子基體中填充碳酸4丐、玻璃纖維等無機"填料"，試圖改善高分子材料的強度、剛性、熱變形溫度及尺寸穩(wěn)定性等。但是，目前對這些在高分子基體中填充增剛增韌助劑制備高分子復合材料的研究尚不成熟。比如，在給水管領域中，在使用多少增剛增韌助劑能使給水管成品達到最佳材料強度、剛度、模量和耐熱性，使用何3種添加劑方面可增加給水管材料強度、剛度、模量和耐熱性等方面并無令人滿意的成果。某些配方的聚乙烯混合物在提高塑料韌性的同時，材料強度、剛度、模量和耐熱性卻大幅下降，某些配方的聚乙烯混合物卻相反，無法達到同時增強增韌及提高耐熱等級的目標。而且，給水管在埋地時需要一根根熔接，現(xiàn)有^t支術采用增剛增韌助劑的聚乙烯配方無法得到高強度的熔接部分，使得熔接后的管材容易拉斷，造成滲水甚至供水中斷，管材的熔接部分成為進行增剛增韌后管材的短板。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術配方的PE管材無法同時實現(xiàn)較高韌性和較高強度的技術缺陷，本發(fā)明提供一種非開挖專用PE給個管，其管材同時具有較高的韌枉和較高強度，可以應用于非開挖等要采苛刻的領域中.:本發(fā)明的一個方面是提供一種非開挖專用PE給水管，其制備材料中包括以下重量份材料聚乙烯90~95;增剛增韌助劑3~5;相容劑3~5。較優(yōu)實施方式中，所述聚乙烯是高密度聚乙烯。較優(yōu)實施方式中，所述增剛增韌助劑的重量份是3。較優(yōu)實施方式中，所述增剛增韌助劑是有機或無機材料增剛增韌助劑，所述無機材料是氧化鋅、碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鉻、二氧化硅、二氧化鈦、蒙脫土或苯曱酸鈉或至少以上成分之一的納米材料。較優(yōu)實施方式中，所述相容劑是聚丙烯接枝馬來酸酐(PEgMAH)。較優(yōu)實施方式中，進一步包括以下重量份的材料抗氧劑2~3;顏料2~3。較優(yōu)實施方式中，抗氧劑是2,4，6-三叔丁基苯酚。本發(fā)明的有益效果是區(qū)別于現(xiàn)有技術配方的PE管材無法同時實現(xiàn)較高韌性和較高強度的技術缺陷，本發(fā)明提供的非開挖專用PE給水管，其管材制備混合材料中的增剛增韌助劑含量較為適當，可以有效地誘導聚乙烯材料生成結(jié)晶體，為顆粒填料與PE聚合物基質(zhì)之間形成良4好的物理纏結(jié)打下基礎，克服通常PE材料韌性差、耐熱等級不高等"瓶頸"問題，制備得到的管材同時具有較高的韌性和較高強度，而且，通過增剛增韌助劑的納米化，減少PE結(jié)晶體的顆粒體積，可以增加這些結(jié)晶顆粒與PE聚合物的界面粘接i度；再進一步k結(jié)晶顆粒微細化，則越能增加這些顆粒填料與PE聚合物基質(zhì)的接觸面積，為形成良好的物理纏結(jié)提供保證，最終克服通常PE材料韌性差、耐熱等級不高等"瓶頸，，問題。本發(fā)明主要性能指標如下本發(fā)明非開挖專用PE給水管主要技術性能指標與現(xiàn)有技術的對比(檢驗依據(jù)GB/T13663-2000)項目,支術'極明原給水出液壓實驗(80°C55MPa)h脆,柳日"fe165合樹165h雄,巧廠檢鵬回縮和10。C)%￡31.02測項目氧化誘導時間(20TC)min53斷裂伸長率％，6M本似立伸細鍍幼(原彰殳有艦指標)25.5新增檢測焊口拉伸敗MPa^24(原絲有敗樹示)25.8項目湖'渡KN/m220(原極有鄉(xiāng)辦)26彎曲M(MPa)22033因性能優(yōu)異，本發(fā)明可以應用于非開挖等要求苛刻的領域中。5圖1是本發(fā)明非開挖專用PE給水管的制備方法實施方式的原理框圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。發(fā)明人經(jīng)過長期試驗得出，需要在無機或有機改性劑增強增剛的基礎上，采取其它既能提高PE韌性和耐熱特性，又不降低材料剛性和耐熱性能的方法，才能獲得強度和韌性更高、性能更為均衡的PE改性材料。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，PE作為一種高度結(jié)晶的半結(jié)晶聚合物，結(jié)晶性能在一定程度上決定著其物理機械性能。通過減少PE結(jié)晶體的顆粒體積，可以增加這些結(jié)晶顆粒與PE聚合物的界面粘接強度；再進一步使結(jié)晶顆粒微細化，則越能增加這些顆粒填料與PE聚令物基質(zhì)的接觸面積，為形成良好的物理纏結(jié)提供保證，最終克服通常PE材料韌性差、耐熱等級不高等"瓶頸，，問題。而且，在管材制備混合材料中控制增剛增韌助劑使其含量到合適程度，可以有效地誘導PE形成良好的結(jié)晶結(jié)構，為顆粒填料與PE聚合物基質(zhì)之間形成良好的物理纏結(jié)打下基礎。因此，本發(fā)明提出一種非開挖專用PE給水管，其制備材料中包括以下重量4分材壽牛聚乙烯90~95;增剛增韌助劑3~5%;相容劑3~5。上述實施方式的^l支術效果可參見下面表一。表一本發(fā)明非開挖專用PE給水管主要技術性能指標與現(xiàn)有技術的對比(檢驗依據(jù)GB/T13663-2000)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>可以看出，本發(fā)明非開挖專用PE給水管通過采用合適份量的增剛增韌助劑，可以有效地誘導PE形成良好的結(jié)晶結(jié)構，為顆粒填料與PE聚合物基質(zhì)之間形成良好的物理纏結(jié)打下基礎，克服通常PE材料韌性差、耐熱等級不高等"瓶頸"問題，具有抗拉及彎曲強度高、剛性好、韌性佳、耐熱點高、耐腐蝕性強；抗低溫沖擊好、重量輕、施工方便、連接方便等特點。由于全部主要指標超過標準，特別是拉伸強度、彎曲強度均大大超過現(xiàn)有技術標準，因此本發(fā)明非開挖專用PE給水管非常適合于應用在非開挖
技術領域：
。與開挖施工法相比，非開挖施工抹術具有不影吻交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、可廣泛用于穿越公路、鐵路、建筑物、河流，以及鬧市區(qū)、古跡保護區(qū)、農(nóng)作物和植被保護區(qū)等不允許開挖的場合，是市政供水的新一代環(huán)保管材。特別是，體現(xiàn)熔接效果的焊口拉伸強度也大大超過現(xiàn)有技術標準，因此應用本發(fā)明非開挖專用PE給水管在埋地環(huán)境中時，熔接縫不會由于土壤移動或活栽荷的作用而斷開，避免現(xiàn)有技術非開挖專用PE給水管熔接處強度不高造成易于拉斷、滲水的技術問題，保證在苛刻環(huán)境中也能正常工作不出事故。本發(fā)明還具有其他效果如下A、具有良好的衛(wèi)生性能PE管加工時不添加重金屬鹽穩(wěn)定劑，材質(zhì)無毒性，無結(jié)垢層，不滋生細菌，很好地解決城市飲用水的二次污染問題。B、較佳的耐腐蝕性能除少數(shù)氧化劑外，可耐多種化學介質(zhì)的侵蝕；無電化學腐蝕。C、長久的使用壽命在額定溫度、壓力下，非開挖專用PE給水管可安全使用50年以上。D、較好的耐沖擊性PE管韌性好，耐沖擊強度高，重物直接壓過管道，不會導致管道破裂。E、良好的施工性能由于采用聚乙烯的非開挖專用PE給水管道質(zhì)輕，因此焊接工藝簡單，施工方便，工程綜合造價低。其中，可以采用專用的對接焊機將各個非開挖專用PE給水管連接，方式包括熱熔連接和電熔連接等。在其他實施方式中，所述聚乙烯是高密度聚乙烯。所述增剛增韌助劑的重量份是3,或接近3，以達到較高的剛性。所述增剛增韌助劑是有機或無機材料增剛增韌助劑，所述無機材料是氧化鋅、碳酸釣、碳酸鋇、碳酸鉻、二氧化硅、二氧化鈦、蒙脫土或苯甲酸鈉或至少以上成分之一的納米材料。其中，無機材料的增剛增韌助劑可以為無機改性劑。對于常用的無機改性劑，一般而言，尺寸越小，所得到的復合辨料性能越均衡；長徑比越大越有利于增強增剛和提高熱變形溫度，但增韌效果正好相反。通過添加具有大長徑比的片狀、針狀無機物，特別是無機纖維等可以制得各種高分子增強材料。因此，近年來，隨著納米科學和納米技術的發(fā)展，一系列無機納米改性劑特別是納米碳管等，以其巨大的長徑比、很小的尺寸和所謂"納米效應"而受到人們的重視，本發(fā)明也可以采用納米材津牛作為增剛增韌助劑。采用納米材料增剛增韌助劑，對PE的結(jié)晶有明顯的誘導作用，達到異相成核的效果，可以大大提高PE的結(jié)晶度。納米級材料粒徑小，因此比表面積大、表層原子數(shù)多、表面活性高，使得PE結(jié)晶體顆粒小。由于納米級材料與PE聚合物的界面粘接程度高，可以很好地改善PE管材的抗沖擊強度和聚合物的力學性能。由于納米材料增剛增韌助劑比一般材料增剛增韌助劑更細微；粒子越細微，粒子表面原子數(shù)目越大，可以導致粒子表面的電子和晶體結(jié)構都發(fā)生變化。粒子到了納米級水平，粒子稱為有限個原子的集合體，使納米材料增剛增韌助劑具有一系列優(yōu)良的理化性能。最明顯最有代表性地體現(xiàn)在比表面積和表面能的變化上。粒子越小，單位質(zhì)量的比表面能越大，同時粒子與聚合物基質(zhì)的接觸面積也越大，為增剛增韌助劑粒子與PE聚合物基質(zhì)之間形成良好的物理纏結(jié)提供保證。根據(jù)粒子在聚合物中的增剛增韌理論，一個必要條件是分散粒子與樹脂界面接觸良好。這樣，在樹脂受到外力作用時，剛性納米粒子能引起基體樹脂銀纟丈化，以吸收能量，從而提高增剛增韌效果。另外，晶須也可以作為增剛增韌助劑。晶須是一種在特殊條件下以單晶形式生長形成的纖維，其直徑極小，達亞微米或納米級，具有高度有序的原子排列，因而沒有大的晶體缺陷，可接近材料原子問價鍵的理論強度，在目前工業(yè)化應用的眾多增強纖維中，具有最高的強度和模量，因而用作增強材料有可能賦予復合材料極高的強度。與玻纖相比，晶須容易與樹脂復合、加工容易、材料各向同性且外觀質(zhì)量優(yōu)良，因而非常適合于制造形狀復雜、尺寸精度高、表面光潔的制品。特別是晶須具有長徑比很大(可達數(shù)十至數(shù)百)且尺寸微細(長度僅相當于玻纖的直徑)的特點，完全有可能在良好分散的情況下，既保持顯著的增強效果；又同時具有較好的增韌效果。本發(fā)明中的增剛增韌助劑，可以是無機物，一般是具有較大形狀比(指不同方向上尺寸差別較大，如長徑比)的無機物，如纖維狀的玻璃纖9維等，針狀的硅灰石、凹凸棒等，片狀的滑石粉、云母粉、蒙脫土等。特別是各種晶須，無機須晶如無機鈥酸鉀、硼酸鋁、氧化鋅、硫酸鎂、硫酸4丐、碳酸鈣、碳化硅、硼酸鎂等的晶須，有機晶須如纖維素晶須；或各種納米尺寸的增強材料，如納米碳管、納米晶、剝離處理的層狀納米片層等。或者可以是某一種無機物單獨使用，也可以是幾種并用的混合物，并且可以經(jīng)過表面處理或表面修飾，如用表面活性劑、偶聯(lián)劑處理、等離子體處理、通過各種化學反應對其表面劑進行修飾等，也可以用橡膠類彈性體進4亍包裹處理等。本發(fā)明中的增剛增韌助劑還可以是某一種單碰使用，也可以是幾種并用的混合物?？梢允怯糜趯崿F(xiàn)增韌的無機粒子，可以是各種微細、超細或納米粉體，如超細碳酸鉀、納米碳酸鉤、二氧化硅等，這些無機粒子可以經(jīng)過表面處理或表面改性，可以是某一種單獨使用，也可以是幾種并用的混合物。本發(fā)明中的增剛增韌助劑還可以是用于實現(xiàn)增韌的橡膠，可以是各種橡膠，特別是三元乙丙膠(EPDM)、乙丙膠(EPR)、丁苯膠、順丁膠、丁腈膠等。也可以是各種熱塑性彈性體，如苯乙烯一丁二烯.苯乙烯(SBS)、氫化SBS(SEBS)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯.醋酸乙烯共聚物(EVA)等。橡月交或熱塑性彈性體，可以單獨—種，也可以是幾種并用。對于各種增韌劑，可以是其中任意一種，也可以是其中幾種或多種的并用。本發(fā)明的材料中，還可以用到各種其它助劑，如加工助劑、分散劑、填料等，不影響本發(fā)明非開挖專用PE給水管的性能，并且根據(jù)實際情況使用。在改性方法上，本發(fā)明可以選擇尺寸小、長徑比大、高強高模的無機物，如無機晶須、納米材料、微細粉體等無機物或它們的復合物為主增強劑，通過對增強劑進行適當?shù)谋砻嫣幚?，或用橡膠類彈性體對無機物進行適當包裹處理，改善其在高分子基體中的分散性，并與基體形成適當?shù)慕缑孀饔茫鉀Q目前無機改性劑增強高分子通常所面臨的強度提高幅度大而其它性能如沖擊、外觀、加工性能提高幅度不大甚至大幅降低等共性問題，在一定程度上實現(xiàn)無機改性劑大幅增強的同時不k劣化其它性能。通過將無機復合改性技術與聚烯烴的結(jié)晶改性技術的有機集成，就可制備出一系列高強高韌甚至高耐熱聚烯烴改性材料。本發(fā)明中的所述相容劑可以是聚丙烯接枝馬來酸酐(PEgMAH)。在上述材料配方的基礎上，還可以進一步包括以下重量份的材料抗氧劑2~3;顏料2~3。其中，所述抗氧劑可以是2，4，6-三叔丁基苯酚。參閱圖1,本發(fā)明還提供一種非開挖專用PE給水管的制備方法，包括1、將重量^f分為聚乙烯90~95、增剛增韌助劑3~5、相容劑3~5的材料混合；2、采用擠出、模壓或注射方式處理上述混合材料；3、對所述擠出、模壓或注射方式得到的管材進行冷卻成型。其中，冷卻成型的所述非開挖專用PE給水管在使用時采用熱熔連接方式相接。所述混合材料中還可以包括以下重量份的材料抗氧劑'.2~3;顏料2~3。本發(fā)明中使用到的制備方法，均可以為通用的高分子材料改性或制品加工方法，如擠出、模壓、注射等，沒有特殊要求。例如，以從晶須等商品化增強劑中選擇一種或多種作為主改性劑，針對無機改性劑結(jié)構上的特點，選擇適當?shù)谋砻嫣幚韯瑢υ鰪妱┻M行表面改性處理。然后，處理好的增強劑與增韌劑、高分子基體混合均勻，在雙螺桿擠出機上擠出造粒，即可制得改性材料。本發(fā)明提出的材料和制備方法，可獲得可協(xié)同實現(xiàn)聚烯烴大幅增強、增韌、提高耐熱等級等高性能化材料。值得說明的是，本發(fā)明中聚乙烯的重量份可以是90、91、92、93、94或95，同理，增剛增韌助劑的重量份還可以是4或5,.相容劑的重量份可以是3、4或5。ii以上對本發(fā)明所提供的一種非開挖專用PE給水管進行了詳細介紹，施方式的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。權利要求1.一種非開挖專用PE給水管，其特征在于，其制備材料中包括以下重量份材料聚乙烯90～95；增剛增韌助劑3～5；相容劑3～5。2.根據(jù)權利要求1所述的非開挖專用PE給水管，其特征在于所述聚乙烯是高密度聚乙烯。3.根據(jù)權利要求1所述的非開挖專用PE給水管，其特征在于所述增剛增韌助劑的重量份是4.鋇、碳酸鉻、二氧化硅、二氧化鈦、蒙脫土或苯曱酸鈉或至少以上成分之一的納米材料。5.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的非開挖專用PE給水管，其特征在于所述相容劑是聚丙烯接枝馬來酸酐。6.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的非開挖專用PE給水管，其特征在于進一步包括以下重量份的材料抗氧劑2~3;顏料2~3。7.根據(jù)權利要求6所述的非開挖專用PE給水管，其特征在于所述抗氧劑是2,4,6-三叔丁基苯酚。全文摘要本發(fā)明公開一種非開挖專用PE給水管。所述非開挖專用PE給水管其制備材料中包括以下重量份材料聚乙烯90～95；增剛增韌助劑3～5；相容劑3～5。所述非開挖專用PE給水管的制備方法包括將重量份為聚乙烯90～95、增剛增韌助劑3～5、相容劑3～5的材料混合；采用擠出、模壓或注射方式處理上述混合材料；對所述擠出、模壓或注射方式得到的管材進行冷卻成型。本發(fā)明非開挖專用PE給水管可有效增加PE管材的韌性和強度，特別適合于非開挖領域的應用。文檔編號C08L23/06GK101514769SQ200910110810公開日2009年8月26日申請日期2009年1月6日優(yōu)先權日2009年1月6日發(fā)明者王存奇申請人:福建恒杰塑業(yè)新材料有限公司