一种高耐热聚乙烯管材组合物及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料的加工与应用领域，具体涉及一种高耐热聚乙烯管材组合物及其制备方法。


背景技术：

2.聚乙烯(pe)是一种具有优异性能的热塑性塑料，应用广泛。但聚乙烯的使用温度和加工机械强度低，不能在较高温度下长期使用，这限制了许多领域的应用。
3.在钢管内衬塑料管材领域，要求聚乙烯管材维卡软化温度在130℃以上，有的甚至要求达到140℃，同时要求具有较高的拉伸强度和断裂伸长率。
4.有资料表明，超高分子量聚乙烯维卡软化温度在131℃(a50)左右(模具压制制样)，但超高分子量聚乙烯加工极为困难，需要添加部分普通聚乙烯进行改性，而且在挤出成管材时，由于挤出压力低于模具压制的压力，因此其维卡软化温度有所降低，另外加工过程中需要添加小分子量助剂，这些都将降低耐热温度，所以挤出的pe管材维卡软化点仅为127-128℃。
5.交联虽然能提高维卡软化温度，但交联改性后的聚乙烯材料耐蠕变和耐磨性能降低，使用寿命缩短。
6.也有资料表明玻璃微珠可以提高pe的维卡软化点温度，但玻璃微珠的加入，不仅降低了材料的性能，而且使得加工性能变差。
7.由此，亟需一种新的高耐热聚乙烯管材组合物及其制备方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

8.本发明提供了一种高耐热聚乙烯管材组合物，其由以重量份数计的如下组分组成：
[0009][0010]
其中，所述超高分子量聚乙烯的分子量为150万以上。
[0011]
其中，所述高密度聚乙烯的密度》0.950g/cm3。
[0012]
其中，所述聚偏氟乙烯的分子量为40-50万，可购自内蒙古三爱富万豪氟化工有限
公司。
[0013]
其中，所述相容剂a为氟化聚苯乙烯，其是在一定条件下反应合成的含氟的聚苯乙烯颗粒，具体制备方法包括：
[0014]
(i)在装有机械搅拌、冷凝管和氮气进出口的三口烧瓶中，加入聚乙烯吡咯烷酮7.5克、无水乙醇108毫升、水72毫升，搅拌均匀后，放入70℃左右的恒温水域中，然后加入合计重量为20克的苯乙烯和甲基丙烯酸十二氟庚酯(其中，苯乙烯与甲基丙烯酸十二氟庚酯摩尔百分比为0.3：1.0)、偶氮二异丁腈0.3克，搅拌反应10小时，冷却后，将乳液进行离心分离，转速5000转/分钟，分离后加入无水乙醇，经超声分散后再离心分离，以除去没反应的单体和引发剂，最终产物在60℃真空烘箱中干燥12小时，即得粒径为0.4-1.0微米的氟化聚苯乙烯白色粉末；
[0015]
(ii)将氟化聚苯乙烯白色粉末按照0.8-1.2:1(优选1:1)的重量比例溶解于二甲基甲酰胺中，得到相容剂a的溶液，备用。
[0016]
其中，在所述高耐热聚乙烯管材组合物的制备过程中，以相容剂a的溶液的形式来加入所述相容剂a，所述相容剂a的溶液为将氟化聚苯乙烯粉末按照0.8-1.2:1(优选1:1)的重量比例溶解于二甲基甲酰胺中所得到的溶液。
[0017]
其中，所述相容剂b为氯含量为5-9重量％的低氯含量的氯化聚乙烯。
[0018]
其中，所述抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂的混合物，混合重量比例为1:0.5-1；优选为受阻酚类1010和亚磷酸酯类168的混合物。
[0019]
本发明还提供了上述高耐热聚乙烯管材组合物的制备方法，包括：
[0020]
(1)首先，按配方比例称取聚偏氟乙烯、相容剂a的溶液放入高速混合机中混合，其中，所述相容剂a的溶液中含有5-15重量份的相容剂a；
[0021]
(2)再按比例称取高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、相容剂b和抗氧剂加入到高速混合机中混合，待溶剂全部挥发，让物料各组份充分混合吸收，然后放出物料，即得所述高耐热聚乙烯管材组合物。
[0022]
其中，所述步骤(1)中，混合时间为2-3分钟。
[0023]
其中，所述步骤(2)中，混合温度为100
±
5℃，混合时间为3-5分钟。
[0024]
本发明还提供了由上述高耐热聚乙烯管材组合物制备得到的管材。
[0025]
其中，所述管材规格为φ63
×
4mm。
[0026]
本发明还提供了上述管材的制备方法，包括：将所述高耐热聚乙烯管材组合物挤出成型，得到所述管材。
[0027]
其中，所述挤出成型为：将所述高耐热聚乙烯管材组合物投入到单螺杆管材挤出设备上挤出管材，料筒温度240-280℃，螺杆转速20-30转/分钟，牵引速度0.5-0.8米/分钟。
[0028]
本发明具有以下有益技术效果：
[0029]
本发明采用超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯为基础树脂，采用聚偏氟乙烯(pvdf)作为降低加工温度以及改善加工性能的加工助剂，在复合相容剂的作用下，大大增强了聚乙烯、聚偏氟乙烯的相容性，几种物质的协同作用大幅提高了管材组合物的维卡软化温度。具体而言：
[0030]
(1)采用超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯为基础树脂，添加聚偏氟乙烯(pvdf)作为降低加工温度以及改善加工性能的加工助剂，在相容剂a和相容剂b的共同作用下，由
于氟、氯结合，大大增强了聚偏氟乙烯和聚乙烯之间的界面粘结性，同时大幅提高了组合物的耐高温性能，而且相容剂a还辅助提高了组合物的耐热性能，协同提高了管材组合物的维卡软化温度。
[0031]
(2)聚偏氟乙烯作为加工助剂，不仅能够起到促进组合物的塑化作用，而且起到了提高组合物的耐高温性能。
[0032]
(3)所述聚乙烯管材组合物的制备方法的步骤(2)中，100℃左右的高温混合有助于相容剂、助剂的充分吸收、融合和分散，且100℃左右的混合温度可挥发掉相容剂a的溶液中的二甲基甲酰胺溶剂。
[0033]
(4)采用溶液形式加入相容剂a，这有利于相容剂a在组合物中充分分散，使得组合物具有更好的均匀性和相容性。
[0034]
(5)相容剂a和相容剂b起到了聚偏氟乙烯和聚乙烯之间的界面结合融合，之所以采用低氯含量氯化聚乙烯作为相容剂b，是因为低氯含量氯化聚乙烯不仅保持了聚乙烯塑料的热性，而且其中的氯与含氟聚合物具有较好的相容性，从而在起到了良好的相容剂作用的同时，不降低维卡软化点。而如果氯含量太高(氯含量15-60％)，材料成为弹性体，降低维卡软化温度，氯含量超过70％后，氯化聚乙烯则变脆，降低组合物的冲击性能和伸长率。
[0035]
(6)本发明制得的组合物挤出的管材表面光滑，加工性能良好，具有耐高温的特性，具有较高的维卡软化点以及拉伸强度。
具体实施方式
[0036]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]
下述表1显示了本发明实施例的配方，其中：
[0038]
高密度聚乙烯的密度为0.955g/cm3；
[0039]
超高分子量聚乙烯的分子量为150万；
[0040]
聚偏氟乙烯的分子量为45万；
[0041]
相容剂a以氟化苯乙烯溶液的形式加入，即将1微米粒径的氟化苯乙烯白色粉末溶解于二甲基甲酰胺中，配成1：1(重量份数)溶液，亦即10重量份溶液中含有氟化聚苯乙烯5重量份；
[0042]
相容剂b为氯含量为7.5重量％的低氯含量氯化聚乙烯。
[0043]
表1本发明实施例的配方
[0044][0045]
实施例的制备方法如下：
[0046]
(1)首先，按比例称取聚偏氟乙烯、氟化聚苯乙烯溶液，放入高速混合机中混合，混合时间2-3分钟。
[0047]
(2)再按比例称取高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、氯化聚乙烯和抗氧剂，加入到混合机中高速混合，到混合温度100
±
5℃，混合时间3-5分钟，待溶剂全部挥发，让物料各组份充分混合吸收，然后放出物料，即得该发明高耐热聚乙烯管材组合物。
[0048]
(3)将混配好的组合物直接投入到单螺杆管材挤出设备上挤出管材，管材规格为φ63
×
4，料筒温度240-280℃，螺杆转速30转/分钟，牵引速度0.6米/分钟。
[0049]
下述表2显示了本发明对比例的配方，其中：
[0050]
对比例1与实施例3相比，用处理硅酸盐代替聚偏氟乙烯，其余组分相同；
[0051]
对比例2与实施例3相比，采用相同份数的聚乙烯接枝马来酸酐替代氟化聚苯乙烯，其余组份相同；
[0052]
对比例3与实施例3相比，采用氯含量为50重量％的氯化聚乙烯，其余组份相同；
[0053]
对比例4与实施例3相比，采用氯含量为71重量％的氯化聚乙烯，其余组份相同；
[0054]
对比例5与实施例3相比，仅采用氯化聚乙烯(氯含量7.5重量％)作为相容剂，其余组份相同；
[0055]
对比例6与实施例3相比，仅采用氟化聚苯乙烯作为相容剂，其余组份相同。
[0056]
表2对比例的配方
[0057][0058]
对比例的制备方法如下：
[0059]
(1)将各组份按比例称取，放入高速混合机中混合，混合时间5分钟，放出物料。
[0060]
(2)将混配好的组合物直接投入到单螺杆管材挤出设备上挤出管材，管材规格为φ63
×
4，料筒温度240-280℃，螺杆转速30转/分钟，牵引速度0.6米/分钟。
[0061]
性能测试
[0062]
以上实施例、对比例性能测试结果见下表3和表4。
[0063]
表3实施例性能测试结果
[0064]
[0065]
表4对比例性能测试结果
[0066][0067]
从性能测试结果来看，实施例性能均优于对比例性能，尤其是维卡软化温度，对比例降低较多。其中，对比例4由于采用了氯含量极高的氯化聚乙烯，导致管材较脆，断裂伸长率降低；对比例5和6由于采用单一相容剂，相容性较两种相容剂并用效果差，管材均存在维卡软化温度偏低、断裂伸长率偏低的问题。
[0068]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。