用于聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料設(shè)計制造技術(shù)，具體涉及一種用于聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層材料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管道運輸具有投資少、能耗低、運輸成本便宜等優(yōu)點，在世界各國得到廣泛應(yīng)用。長期以來，管道材料主要使用的是鋼管。鋼管的強(qiáng)度高，易焊接，但比重大，不耐腐蝕，不耐磨損，易結(jié)垢。塑料管道由于耐腐蝕性能優(yōu)良，在許多場合已逐漸取代鋼管。但是，與鋼管相比，塑料管的拉伸屈服強(qiáng)度低、耐高溫性差、不耐沖擊、易老化，又極大地限制了塑料管的應(yīng)用。國內(nèi)外已開發(fā)出把熱塑性塑料特長和增強(qiáng)材料優(yōu)點相結(jié)合的增強(qiáng)復(fù)合塑料管。根據(jù)調(diào)研，加拿大Fiberspar管道即屬于聚乙烯增強(qiáng)復(fù)合管，是用浸潰了環(huán)氧樹脂的高強(qiáng)度玻璃纖維增強(qiáng)，但最大直徑只有110mm。在超高分子量聚乙烯管方面，日本三井株式會社已生產(chǎn)直徑300mm以下的管材，未生產(chǎn)增強(qiáng)復(fù)合管。國內(nèi)已開發(fā)出用鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)、鋼帶增強(qiáng)、鋼孔板增強(qiáng)的普通聚乙烯鋼骨架復(fù)合管，由于受內(nèi)管、外管材料均采用普通聚乙烯和增強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)設(shè)計限制(承壓能力僅在2MPa以內(nèi))，其適用范圍仍局限在埋地低壓水管，不適合野外復(fù)雜地形和特殊環(huán)境下使用。隨著管道運輸?shù)牟粩喟l(fā)展，被輸送物料已擴(kuò)大到固體、固-液、氣-液和含硫高粘物料，特別是油氣田、化工、電力、礦山、煤礦、航道疏浚等領(lǐng)域，對管道的性能更有特殊要求。
[0003]研發(fā)一種適應(yīng)野外各種復(fù)雜地形及環(huán)境條件，抗沖擊、耐腐蝕、重量輕、抗結(jié)垢、低摩阻、耐低溫、拆卸靈活方便的高承壓超高分子量聚乙烯增強(qiáng)復(fù)合管材具有十分積極的經(jīng)濟(jì)意義。目前普通聚乙烯鋼骨架復(fù)合管保護(hù)層多數(shù)是以高密度聚乙烯為保護(hù)層。高密度聚乙烯比較典型的缺點就是耐候性和耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能差，通常野外環(huán)境使用時間不長就發(fā)生龜裂，采用高密度聚乙烯為超高分子量聚乙烯鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層不能滿足野外環(huán)境長時間的使用要求。其與超高分子量聚乙烯相比，超高分子量聚乙烯在抗沖擊強(qiáng)度、耐低溫性能、抗拉強(qiáng)度、耐磨性、抗環(huán)境應(yīng)力開裂、抗疲勞、自潤滑性能、防結(jié)垢、耐化學(xué)腐蝕等方面具有不可替代的優(yōu)越性。因此針對超高分子量聚乙烯鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管野外鋪設(shè)和特殊環(huán)境的使用要求，必須對高密度聚乙烯進(jìn)行改性，使超高分子量聚乙烯鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層具有耐環(huán)境應(yīng)力開裂、防紫外、抗靜電、耐寒等優(yōu)良特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層材料技術(shù)中的不足，提供“一種用于聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層材料及其制造方法”。該保護(hù)層材料組分設(shè)計合理、制造工藝簡單，具有防紫外、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐寒等優(yōu)良特點并能滿足生產(chǎn)工藝要求；保護(hù)層材料主要性能指標(biāo)如下:拉伸強(qiáng)度> 18MPa ;斷裂伸長率> 500% ;缺口沖擊強(qiáng)度彡40KJ/m2;耐環(huán)境應(yīng)力開裂彡100h。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:本發(fā)明提供了一種用于聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層材料，該材料由如下重量百分比配比的組份制備得到:
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%
納米碳酸鈣:1%_15%
炭黑母粒:0.1%-5%
抗氧劑:0.01%-0.3%
抗紫外線劑:0.01%-0.2%
自由基捕捉劑:0.0OP/o-0.1%
其中:抗氧劑為1010、168中的至少一種或其復(fù)配物，抗紫外線劑為一種苯并三唑抗紫外線劑復(fù)配物，自由基捕捉劑為四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，超高分子量聚乙烯其分子量大于200萬。
[0006]優(yōu)選的，該材料由如下重量百分比配比的組份制備得到:
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%
納米碳酸鈣:4%
炭黑母粒:2%
1010:0.2%
抗紫外線劑:0.1%
自由基捕捉劑:0.06%
優(yōu)選的，該材料由如下重量百分比配比的組份制備得到:
高密度聚乙烯:55.48%
超高分子量聚乙烯:20%
乙烯_羊烯共聚物:15%
納米碳酸鈣:6%
炭黑母粒:3%
抗氧劑:0.3%
抗紫外線劑:0.15%
自由基捕捉劑:0.07%
其中:抗氧劑為1010,168復(fù)配物，其比例(重量比)為I / I。
[0007]優(yōu)選的，該材料由如下重量百分比配比的組份制備得到:
高密度聚乙烯:42.44%
超高分子量聚乙烯:25%
乙烯-辛烯共聚物:20%
納米碳酸1丐:8%
炭黑母粒:4%
抗氧劑:0.3% 抗紫外線劑:0.18%
自由基捕捉劑:0.08%
其中:抗氧劑為1010,168復(fù)配物，其比例(重量比)為I / I。
[0008]本發(fā)明還提供了上述保護(hù)層材料的制備方法，該方法包括如下步驟:
1)按照配比稱取重量，將HDPE、UHMWPE、P0E、納米碳酸鈣、炭黑母粒、抗氧劑、抗紫外線齊U、自由基捕捉劑在高速混合機(jī)中混合均勻待用；
2)將上述混合物加入雙螺桿擠出機(jī)料斗中進(jìn)行熔融共混擠出，主機(jī)轉(zhuǎn)速135r/min，喂料轉(zhuǎn)速65r/min，擠出溫度140°C -230°C ；
3)經(jīng)切料機(jī)造粒即制備得到本發(fā)明聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管保護(hù)層材料。本發(fā)明用于聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層材料所設(shè)計成分的理由如下:
超高分子量聚乙烯:可提高保護(hù)層材料的強(qiáng)度和耐寒性。
[0009]乙烯-辛烯共聚物:是一種飽和乙烯-辛烯共聚物，可抵抗環(huán)境應(yīng)力開裂，避免保護(hù)層材料因受力而發(fā)展成為裂紋，大大提高了材料的韌性。
[0010]納米碳酸鈣:起到增強(qiáng)與增韌的作用，可提高保護(hù)層材料的強(qiáng)度。
[0011]抗氧劑:可避免保護(hù)層材料發(fā)生降解。顯著提高保護(hù)層材料的耐熱氧老化性能，可以有效的防止保護(hù)層材料性能的降低。
[0012]抗紫外線劑:是一種苯并三唑抗紫外線劑復(fù)配物，可提高保護(hù)層材料抗紫外線照射性能，防止保護(hù)層材料在紫外光照條件下拉伸強(qiáng)度的衰減。
[0013]采用本發(fā)明所設(shè)計的用于聚烯烴鋼骨架增強(qiáng)復(fù)合管的保護(hù)層材料與現(xiàn)有保護(hù)層材料相比，具有如下優(yōu)點:
該保護(hù)層材料組分設(shè)計合理、制造工藝簡單，經(jīng)對高密度聚乙烯進(jìn)行改性，具有防紫夕卜、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐寒等優(yōu)良特點并能滿足生產(chǎn)工藝要求；保護(hù)層材料其主要性能指標(biāo)如下:拉伸強(qiáng)度彡18MPa ;斷裂伸長率彡500% ;缺口沖擊強(qiáng)度彡40KJ/m2;耐環(huán)境應(yīng)力開裂彡 100h0
【附圖說明】
[0014]圖1是UHMWPE用量對HDPE/UHMWPE共混物拉伸性能的影響示意圖。
[0015]圖2是POE用量對HDPE/UHMWPE共混物性能的影響示意圖。
[0016]圖3是納米CaCO3用量對HDPE/UHMWPE/POE共混物拉伸性能的影響示意圖。
[0017]圖4是納米CaCO3用量對HDPE/UHMWPE/POE共混物沖擊強(qiáng)度的影響示意圖。
[0018]圖5是抗氧劑1010用量對保護(hù)層材料氧化誘導(dǎo)期的影響示意圖。
[0019]圖6是抗氧劑1010/168用量對保護(hù)層材料氧化誘導(dǎo)期的影響示意圖。
[0020]圖7是紫外光照射對保護(hù)層材料拉伸強(qiáng)度的影響示意圖。
[0021]其中上述縮寫的定義如下:
POE:乙烯-辛烯共聚物；
HDPE:高密度聚乙烯；
UHMWPE:超高分子量聚乙烯。
【具體實施方式】
[0022]下面通過非限制性實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，理解本發(fā)明。
[0023]根據(jù)用于聚烯烴