一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于管材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙烯的發(fā)泡技術(shù)的近年來(lái)有了很大的發(fā)展，其發(fā)泡制品具有質(zhì)輕、耐腐蝕、隔 熱、絕緣等優(yōu)點(diǎn)。低密度聚乙烯的發(fā)泡性能較好，發(fā)泡倍率可以達(dá)到45倍，被廣泛的用于保 溫和包裝材料。相比于低密度聚乙烯，高密度聚乙烯的發(fā)泡性能較差，但是高密度聚乙烯的 發(fā)泡制品具有更好的強(qiáng)度和剛性、耐熱性能，可以用來(lái)生產(chǎn)某些低壓給水和外護(hù)套管材。
[0003] 但通常高密度聚乙烯發(fā)泡泡孔較大，導(dǎo)致比強(qiáng)度下降明顯，材料性價(jià)比不高，為了 改善聚乙烯發(fā)泡材料的性能，進(jìn)而拓寬聚乙烯發(fā)泡材料的應(yīng)用領(lǐng)域，目前發(fā)泡工藝中最為 熱門(mén)的研究課題之一就是微孔發(fā)泡。微孔發(fā)泡顯著地提高了發(fā)泡材料的力學(xué)性能，同時(shí)賦 予聚合物優(yōu)異的嶄新的性能，成為眾多科研人員研究的新領(lǐng)域、新方向。就微孔發(fā)泡材料而 言，泡孔的直徑比較小，約在1-100微米。從聚乙烯微孔發(fā)泡的工藝選擇上，物理發(fā)泡需專 用輸送物理發(fā)泡劑的設(shè)備，或增加很繁瑣的工藝，成本較高。而化學(xué)法微孔發(fā)泡設(shè)備簡(jiǎn)單， 但是發(fā)泡過(guò)程的吸放熱不利于擠出加工的穩(wěn)定，會(huì)造成泡孔尺寸不均勻，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定。 加之聚乙烯管材擠出工序復(fù)雜，工藝控制難度大，目前少有化學(xué)法微孔發(fā)泡技術(shù)在聚乙烯 管材上的應(yīng)用研究報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以連續(xù)生產(chǎn)均勻 致密的閉孔發(fā)泡聚乙烯管材的高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材及其制備方法。
[0005] 所述的一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材，其特征在于包括以下重量份的組分： 高密度聚乙烯100份 線性低密度聚乙烯5~10份 主發(fā)泡劑1~8份 輔助發(fā)泡劑〇. 5~4份 發(fā)泡助劑0. 5~4份 成核劑1~5份 偶聯(lián)劑〇. 1~〇. 5份 分散劑0. 2~1份 抗氧劑0. 5~2份 所述的一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材，其特征在于所述的高密度聚乙烯為管材專用 料或者中空料，其熔融指數(shù)為〇. 15~1. 5g/10min。
[0006] 所述的一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材，其特征在于所述的主發(fā)泡劑為碳酸氫 鈉，其粉體為粒徑1~1〇微米的粉體，所述的輔助發(fā)泡劑為檸檬酸、檸檬酸三甲酯、檸檬酸三 乙酯、檸檬酸三辛酯和偶氮二甲酰胺中的一種或幾種的混合物。
[0007] 所述的一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材，其特征在于所述的發(fā)泡助劑為硬脂酸 鋅、氧化鋅、硬脂酸和芥酸酰胺中的一種或幾種的混合物。
[0008] 所述的一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材，其特征在于所述的成核劑為硫酸鈣晶 須、鏈狀結(jié)構(gòu)的納米碳酸鈣、檸檬酸鈉、超細(xì)滑石粉、二氧化鈦中的任意一種。
[0009] 所述的一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材，其特征在于所述的偶聯(lián)劑為3-氨基丙 基二乙氧基娃燒、Y-(2, 3-環(huán)氧丙氧）丙基二甲氧基娃燒、異丙基二（焦憐酸二半酯）欽 酸酯中的任意一種；所述的分散劑為聚乙烯蠟、硬脂酸酰胺、芥酸酰胺、乙烯基雙硬脂酰胺 的中一種或兩種混合物；所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑330或抗氧劑168中的一種 或兩種混合物。
[0010] 所述的高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材的制備方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 制備復(fù)合發(fā)泡劑：將主發(fā)泡劑與發(fā)泡助劑在打粉機(jī)中混合2-4分鐘，對(duì)主發(fā)泡劑進(jìn) 行活化；接著加入輔助發(fā)泡劑，攪拌1~3分鐘，均勻后將物料放出，制得復(fù)合發(fā)泡劑； 2) 成核劑的分散：將線性低密度聚乙烯、成核劑、分散劑、偶聯(lián)劑、抗氧劑加入高速混合 機(jī)中，以735轉(zhuǎn)/分的低速保持50~60°C混合2~3分鐘，得到成核劑預(yù)分散混合料； 3) 將步驟1)得到的復(fù)合發(fā)泡劑加入到步驟2)的成核劑預(yù)分散混合料的高速混合機(jī) 中，以1475轉(zhuǎn)/分的高速保持70~80°C混合2~3分鐘，均勻后出料，制得粉體混合料； 4) 將步驟3)得到的粉體混合料和高密度聚乙烯通過(guò)失重式配料器進(jìn)入單螺桿擠出機(jī) 擠出得到高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材，螺桿輸送段溫度為165~185°C，熔融段和混合段溫度 為200~230°C，熔體泵到模頭口模溫度從230°C到170°C逐漸降低。
[0011] 所述的高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材的制備方法，其特征在于螺桿輸送段分為機(jī)筒 一區(qū)和機(jī)筒二區(qū)；所述的機(jī)筒一區(qū)溫度為165~170°C，機(jī)筒二區(qū)溫度為175~185°C。
[0012] 所述的高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材的制備方法，其特征在于熔融段和混合段分為 三區(qū)和四區(qū)，所述的三區(qū)溫度為200~210°C、四區(qū)溫度為220~230°C。
[0013] 所述的高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材的制備方法，其特征在于熔體泵到模頭口模 溫度分為6個(gè)區(qū)，且溫度從230°C降到170°C逐漸降低，具體模頭各區(qū)溫度設(shè)定為：一區(qū) 210°C，二區(qū) 190°C，三區(qū) 185°C，四區(qū) 180°C，五區(qū) 175°C，六區(qū) 170°C。
[0014] .通過(guò)采用上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下： 1) 本發(fā)明的粉體混合料和高密度聚乙烯樹(shù)脂通過(guò)雙組份失重式配料系統(tǒng)進(jìn)入單螺桿 擠出機(jī)中，發(fā)泡劑充分分解后氣體以超臨界態(tài)均勻分散到高密度聚乙烯中，熔體經(jīng)熔體穩(wěn) 壓泵、擠出機(jī)模頭成型熔融管胚，形成氣、固、液三相共存體，在口模處熔體在160~175°c接 觸空氣后壓力迅速下降，由85~95bar驟降到大氣壓，使得氣體在無(wú)機(jī)粒子間隙開(kāi)始析出形 成泡孔，管材經(jīng)真空定徑、噴淋冷卻、牽引、定長(zhǎng)切割，在這過(guò)程中泡孔經(jīng)過(guò)成長(zhǎng)、定型最終 形成均勻致密的閉孔發(fā)泡管材； 2) 本發(fā)明為了達(dá)到發(fā)泡劑充分分解，氣體以超臨界態(tài)均勻分散到高密度聚乙烯中的 要求，擠出機(jī)以及模頭溫度采取"低一高一低"的"鐘形"溫度分布，螺桿輸送段溫度較低 165~185°C，低的溫度可以阻止過(guò)早發(fā)泡，防止氣體從喂料斗逸出；熔融段和混合段溫度為 200~230°C，充分保證發(fā)泡母粒以及色母在PE樹(shù)脂中分散均勻，選用的發(fā)泡劑在此完全分 解產(chǎn)生氣體并溶解在熔融態(tài)樹(shù)脂中；擠出機(jī)出來(lái)經(jīng)熔體泵從模頭到口模溫度逐漸降低，從 230°C降到170°C，保證熔體有較高的熔體強(qiáng)度，充分的包裹發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體，產(chǎn)生足 夠的背壓防止泡孔膨脹過(guò)大，以及泡孔破裂； 3) 本發(fā)明通過(guò)采用復(fù)合型發(fā)泡體系，擠出過(guò)程中吸放熱平衡，工藝穩(wěn)定，得到的微孔發(fā) 泡的管材，力學(xué)性能優(yōu)良，適合用于低壓給水和剛性承載，其制備過(guò)程高度連續(xù)且穩(wěn)定、安 全無(wú)環(huán)境污染，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但是不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范 圍的限定。
[0016] 實(shí)施例1: 一種高密度聚乙烯微孔發(fā)泡管材由以下重量份數(shù)的組份組成：PE100管道料100份， 線性低密度聚乙烯6201RQ 6份，碳酸氫鈉4份，檸檬酸2份，氧化鋅2份，硫酸鈣晶須2 份，3-氨基丙基三乙氧基硅烷0. 1份，乙烯基雙硬脂酰0. 5份，抗氧劑330 (1，3, 5-三甲 基-2, 4, 6-三（3, 5-二叔丁基-4-羥基芐基)苯)0.5份，抗氧劑168 (三（2,4-二叔丁基苯 基）亞磷酸酯)1份，本發(fā)明的線性低密度聚乙烯為?？松梨诜哿?，其牌號(hào)為6201RQ，主要 用作粉體助劑的分散載體。
[0017] 具體實(shí)施： 步驟1:將4份碳酸氫鈉與2份發(fā)泡助劑氧化鋅在打粉機(jī)中混合3分鐘，接著加入2份 檸檬酸，攪拌2分鐘，均勻后將物料放出，制得復(fù)合發(fā)泡劑； 步驟2 :將6份線性低密度聚乙烯6201RQ粉料、2份硫酸鈣晶須，0. 5份乙烯基雙硬脂 酰、〇. 1份3-氨基丙基三乙氧基硅烷、0. 5份的抗氧劑330和1份抗氧劑168加入50°C高速 混合機(jī)中低速以735轉(zhuǎn)/分混合2分鐘； 步驟3 :將步驟1制得的復(fù)合發(fā)泡劑加入步驟2中的高混機(jī)，保持80°C以1475轉(zhuǎn)/分 混合3分鐘后出料； 步驟4 :將步驟3的粉體混合料和100份的PE100管材專用樹(shù)脂，通過(guò)雙組份失重式配 料系統(tǒng)加入擠出機(jī)中擠出管材。擠出機(jī)機(jī)筒各區(qū)溫度設(shè)定為：一區(qū)170°C，二區(qū)180°C，三 區(qū)200°C，四區(qū)220°C。模頭各區(qū)溫度設(shè)定為：一區(qū)210°C，二區(qū)190°C，三區(qū)185°C，四區(qū) 180°C，五區(qū) 175°C，六區(qū) 170°C。
[0018] 該實(shí)施例中，所述的高密度聚乙烯為擠出級(jí)的管材專用料或者中空料，其熔融指 數(shù)為0. 15~1. 5g/10min，碳酸氫鈉其粉體為粒徑1~10微米的粉體，所述的輔助發(fā)泡劑用檸 檬酸、檸檬酸三甲酯、檸檬酸三乙酯