CN102840393B - 一种双层聚乙烯管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以LDPE树脂为内层，以HDPE树脂为外层的双层聚乙烯管，其特征在于，所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹，所述的LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为0.1-10：1。本发明制备的聚乙烯双层管无毒副作用，耐温、抗菌、适应环境性强、性价比好、加工简单、使用方便安全可靠、强度高、韧性好、抗冲击性强、不易老化、断裂、渗透、综合成本低。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体的说，涉及一种双层聚乙烯管。
背景技术
聚乙烯是结构最简单的高分子有机化合物，当今世界应用最广泛的高分子材料之一。聚乙烯由乙烯聚合而成，可制成各种应用材料，管材是其中非常重要的一种，以其他材质的管材相比，PE管具有以下特点：1）良好的卫生性能：PE管加工时不添加重金属盐稳定剂，材质无毒性，无结垢层，不滋生细菌，很好地解决了城市饮用水的二次污染；2）卓越的耐腐蚀性能：除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀;无电化学腐蚀；3）长久的使用寿命：在额定温度、压力状况下，PE管道可安全使用50年以上；4）较好的耐冲击性：PE管韧性好，耐冲击强度高，重物直接压过管道，不会导致管道破裂；5）可靠的连接性能：PE管热熔或电熔接口的强度高于管材本体，接缝不会由于土壤移动或活载荷的作用断开；6）良好的施工性能：管道质轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。
聚乙烯根据密度的不同可分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。高密度聚乙烯具有刚性、硬度和机械强度大，低温抗冲击性好，抗应力开裂性好，耐磨性好，耐老化的特性，与其他材质的管材相比，还具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力，耐环境应力开裂性能也非常突出，特别适合在大压力，严苛输送环境下使用，如矿浆输运，给水排水等。
给水用PE管材是传统的钢铁管材、聚氯乙烯饮用水管的换代产品。给水管必须承受一定的压力，通常要选用分子量大、机械性能较好的PE树脂，如HDPE树脂（高密度聚乙烯树脂）。但LDPE（低密度聚乙烯树脂）树脂的卫生指标较高，虽然拉伸强度低，耐压差，刚性差，成型加工时尺寸稳定性差，并且连接困难，LDPE特别是LLDPE树脂（低密度线性聚乙烯树脂）已成为生产饮用水管的常用材料。
考虑到HDPE树脂，LDPE树脂以及LLDPE树脂的特点，本发明提供一种以LDPE，特别是LLDPE树脂为内层，以HDPE树脂为外层的双层聚乙烯管，该管特别适用于自来水输送。
发明内容
本发明的目的是提供一种以LDPE树脂为内层，以HDPE树脂为外层的双层聚乙烯管，特别的，所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑，内壁与LDPE树脂内层相吻合。
其中，LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为0.1-10：1，在此，所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
LDPE树脂的熔融粘度小，流动性好，易加工，因而对其熔体指数的选择范围也较宽，通常MI在0.3-30g/10min之间；优选MI在0.3-2g/10min，密度为0.913g/cm3-0.923g/cm3的LLDPE树脂。
HDPE树脂是制备给水聚乙烯管的常用材料，可选择密度大于0.959g/cm3，熔融指数为0.1-52g/10min之间的HDPE树脂；为加工方便，优选熔融指数与内层LDPE树脂相近，如熔融指数为0.1-10g/10min的HDPE树脂。
此外，为制备性能稳定的给水管，所述聚乙烯双层管还包括按原料重量份组成为100重量份的聚乙烯树脂计，3-6重量份的活性纳米碳酸钙、0.1-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0-1.5重量份的颜料或黑母料。
优选的，所述内层的物料配比为，以LDPE树脂为100重量份计，3-4重量份的活性纳米碳酸钙、0.5-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0-0.1重量份的颜料或黑母料。
所述外层的物料配比为，以HDPE树脂为100重量份计，5-6重量份的活性纳米碳酸钙、0.1-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1-1.5重量份的颜料或黑母料。
将内层LDPE树脂设置成内壁光滑、外壁为螺旋波纹的结构，主要是一方面能够保证流体在管内阻力小，同时帮助内层和外层更紧密地结合；另一方面管内流体的冲击力可被螺旋波纹充分吸收和缓解，然后再导入外层的HDPE树脂中，防止外层树脂经受管内流体强力的冲击和压力，从而增加整个管道的寿命。
具体的来说，本发明所述的聚乙烯双层管的制备方法是，将聚烯烃HDPE外层与聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后，再由出口模挤压出有聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的两层共挤、紧密结合的复合管材，由于内层和外层都为聚乙烯，性能和结构基本一致，相互之间亲和力好，决定了聚烯烃PE管材和聚烯烃PERT管材在成型过程中二者可以很好粘结粘附在一起，因此加工过程中内层和外层不会发生分离，挤出过程的各参数相差不大。聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段，每段温度为：第1段为173±5℃，第2段为178±5℃，第3段为183±5℃，第4段为185±5℃，挤出机模头区的模头长度均分为7段，每段温度为：第1段为193±10℃，第2段为187±5℃，第3段为185±5℃，第4段为195±5℃，第5段为200±10℃，第6段为205±10℃，第7段为210±10℃，挤出机转速为45-125rad/min，牵引速度为320-800cm/min。
结合后的复合管材在0.012-0.04MPa的真空及水温20-25℃下定型后，再置于18-23℃的水箱中进行二次冷却，产品打印，牵引，定尺切割，即成本发明管材。
本发明制备的聚乙烯双层管无毒副作用，耐温、抗菌、适应环境性强、性价比好、加工简单、使用方便安全可靠、强度高、韧性好、抗冲击性强、不易老化、断裂、渗透、综合成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述。如无特别指明，本发明所用的原料均为市购。
实施例1
选用MI在10-12g/10min；密度0.915g/cm3的LDPE树脂；选用密度为0.963g/cm3，熔融指数为12g/10min的HDPE树脂。
另外，所述内层的物料配比为，以LDPE树脂为100重量份计，3重量份的活性纳米碳酸钙、1份的聚四氟乙烯、4重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯。
所述外层的物料配比为，以HDPE树脂为100重量份计，6重量份的活性纳米碳酸钙、1份的聚四氟乙烯、4重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1重量份的黑母料。
将聚烯烃HDPE外层、聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后，再由出口模挤出由聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的两层共挤、相邻层紧密的结合的复合管材，所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑，内壁与LDPE树脂内层相吻合；其中，LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为0.1：1，在此，所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
其中，聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段，每段温度为：第1段为168℃，第2段为173℃，第3段为178℃，第4段为180℃，挤出机模头区的模头长度均分为7段，每段温度为：第1段为188℃，第2段为182℃，第3段为180℃，第4段为190℃，第5段为195℃，第6段为200℃，第7段为205℃，挤出机转速为45rad/min，牵引速度为400cm/min；聚烯烃HDPE外层与聚烯烃LDPE内层的厚度比为4∶1，聚烯烃HDPE外层的密度为0.936g/cm3，聚烯烃LDPE内层的密度为0.930g/cm3，结合后的复合管材在0.02Mpa的真空及水温20℃下定型后，再置于18℃的水中进行二次冷却，产品打印，牵引，定尺切割，即成本发明管材
实施例2
选用MI在2g/10min；密度0.921g/cm3的LDPE树脂；选用密度为0.967g/cm3，熔融指数为32g/10min的HDPE树脂。
另外，所述内层的物料配比为，以LDPE树脂为100重量份计，6重量份的活性纳米碳酸钙、0.5份的聚四氟乙烯、5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0.1重量份的颜料。
所述外层的物料配比为，以HDPE树脂为100重量份计，5重量份的活性纳米碳酸钙、0.8份的聚四氟乙烯、5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1.5重量份的黑母料。
将聚烯烃HDPE外层、聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后，再由出口模挤出由聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的2层共挤、相邻层紧密的结合的复合管材，所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑，内壁与LDPE树脂内层相吻合。其中，LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为1：1，在此，所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
其中，聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段，每段温度为：第1段为173℃，第2段为178℃，第3段为183℃，第4段为185℃，挤出机模头区的模头长度均分为7段，每段温度为：第1段为193℃，第2段为187℃，第3段为185℃，第4段为195℃，第5段为200℃，第6段为205℃，第7段为210℃，挤出机转速为60rad/min，牵引速度为500cm/min；聚烯烃HDPE外层及聚烯烃LDPE内层的厚度比为4∶1，聚烯烃HDPE外层的密度为0.942g/cm3，聚烯烃LDPE内层的密度为0.936g/cm3，结合后的复合管材在0.02Mpa的真空及水温22℃下定型后，再置于19℃的水中进行二次冷却，产品打印，牵引，定尺切割，即成本发明管材
实施例3
选用MI在1g/10min；密度0.913g/cm3的LDPE树脂；选用密度为0.966g/cm3，熔融指数为6g/10min的HDPE树脂。
另外，所述内层的物料配比为，以LDPE树脂为100重量份计，3.5重量份的活性纳米碳酸钙、1份的聚四氟乙烯、5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0.5重量份的白色颜料。
所述外层的物料配比为，以HDPE树脂为100重量份计，6重量份的活性纳米碳酸钙、0.5份的聚四氟乙烯、4.5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1.5重量份的蓝色颜料。
将聚烯烃HDPE外层、聚烯烃LDPE内层分别由挤出机加热挤出后，再由出口模挤出由聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的2层共挤、相邻层紧密的结合的复合管材，所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹。HDPE树脂为外层的外壁光滑，内壁与LDPE树脂内层相吻合。其中，LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比可为10：1，在此，所述LDPE树脂内层的厚度以螺旋波纹高度的一半至管内壁计算。
其中，聚烯烃HDPE外层和聚烯烃LDPE内层的挤出机的机筒区长度均分为4段，每段温度为：第1段为178℃，第2段为183℃，第3段为188℃，第4段为190℃，挤出机模头区的模头长度均分为7段，每段温度为：第1段为198℃，第2段为192℃，第3段为190℃，第4段为200℃，第5段为205℃，第6段为210℃，第7段为215℃，挤出机转速为100rad/min，牵引速度为700cm/min；聚烯烃HDPE外层及聚烯烃LDPE内层的厚度比为4∶1，聚烯烃HDPE外层的密度为0.946g/cm3，聚烯烃LDPE内层的密度为0.942g/cm3，结合后的复合管材在0.02Mpa的真空及水温23℃下定型后，再置于20℃的水中进行二次冷却，产品打印，牵引，定尺切割即成本发明管材，
将实施例1-3制备的双层聚乙烯管进行检测，检测依据为GB／T13663-2000《给水用聚乙烯（PE）管材》，结果见表1：
表1各实施例聚乙烯双层管检测结果
显然，本发明的双层聚乙烯管强度高、韧性好、抗冲击性强、不易老化、断裂、渗透，另外，由于主要由聚乙烯构成，该聚乙烯双层管无毒副作用，耐温、抗菌、适应环境性强、性价比好，使用方便安全可靠。
Claims (5)
1.一种以LDPE树脂为内层，以HDPE树脂为外层的双层聚乙烯管，其特征在于，所述LDPE树脂内层内壁光滑、外壁为螺旋波纹；
所述内层的物料配比为，以LDPE树脂为100重量份计，3-4重量份的活性纳米碳酸钙、0.5-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、0-0.1重量份的颜料或黑母料；
所述外层的物料配比为，以HDPE树脂为100重量份计，5-6重量份的活性纳米碳酸钙、0.1-1份的聚四氟乙烯、4-5重量份的己二酸1,2丙二醇系聚酯、1-1.5重量份的颜料或黑母料；
所述的LDPE树脂内层和HDPE树脂外层的厚度比为0.1-10：1。
2.根据权利要求1所述的双层聚乙烯管，其特征在于，所述LDPE树脂的熔体指数的选择范围在0.3-30g/10min之间。
3.根据权利要求2所述的双层聚乙烯管，其特征在于，所述LDPE树脂为熔体指数的选择范围在0.3-2g/10min，密度为0.913g/cm3-0.923g/cm3的LLDPE树脂。
4.根据权利要求1所述的双层聚乙烯管，其特征在于，所述HDPE树脂是密度大于0.959g/cm3，熔融指数为0.1-52g/10min之间的HDPE树脂。
5.根据权利要求4所述的双层聚乙烯管，其特征在于，所述HDPE树脂是熔融指数为0.1-10g/10min的HDPE树脂。
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