本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料，具體涉及一種hdpe雙壁波紋管增強(qiáng)母粒。

背景技術(shù)：

1、雙壁波紋管是具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)外壁和平滑內(nèi)壁的新型管材，主要用于埋地排水、排污。由于埋地排水、排污的塑料管材主要承受來自管材外部的載荷，因此管材的環(huán)剛度是一個(gè)重要指標(biāo)。環(huán)剛度越高，管材承受外部載荷的能力越高；反之，管材的環(huán)剛度越小則表示管材承受外部載荷的能力越低。目前hdpe雙壁波紋管在使用過程中最大問題是環(huán)剛度低，特別是大口徑hdpe雙壁波紋管，是目前急需要研究公關(guān)的技術(shù)難題。

2、管材的環(huán)剛度與外層材料的彈性模量有關(guān)，目前提高波紋管環(huán)剛度廣泛使用的方法是在外層原料中添加無機(jī)填料或高模量樹脂。然而，在材料中添加無機(jī)填料后沖擊強(qiáng)度明顯下降，對管材的運(yùn)輸與使用造成非常不利的影響。另外，專利cn202110685451.3介紹了一種提高h(yuǎn)dpe雙壁波紋管環(huán)剛度的方法，通過在波紋管的外壁結(jié)構(gòu)材料中引入了超高分子量聚乙烯(uhmwpe)，波紋管的環(huán)剛度和耐磨性都得到了大幅提高。實(shí)際上，超高分子量聚乙烯理論上是可以提高雙壁波紋管的環(huán)剛度，但是其分子鏈較長易發(fā)生分子蠕變，導(dǎo)致管材的蠕變比率提升，長期使用時(shí)埋地排水管道逐漸受壓變形，對管材性能存在不利的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種hdpe雙壁波紋管增強(qiáng)母粒。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種hdpe雙壁波紋管增強(qiáng)母粒在制備hdpe雙壁波紋管中的應(yīng)用。

3、本發(fā)明的另一目的在于提供一種hdpe雙壁波紋管組合物。

4、本發(fā)明的另一目的在于提供一種hdpe雙壁波紋管。

5、本發(fā)明的另一目的在于提供一種hdpe雙壁波紋管的制備方法。

6、本發(fā)明的另一目的在于提供一種hdpe雙壁波紋管在排水排污中的應(yīng)用。

7、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

8、一種hdpe雙壁波紋管增強(qiáng)母粒，包括如下重量份的組分：uhmwpe?50-70份、改性無機(jī)纖維30-40份、潤滑劑5-10份；

9、所述uhmwpe的分子量為50-150萬；所述增強(qiáng)母粒在制備過程中所采用的雙螺桿擠出機(jī)的長徑比≥48:1，熔體溫度為220-240℃。

10、本發(fā)明采用超高分子量聚乙烯分子鏈纏結(jié)調(diào)控技術(shù)，在增強(qiáng)母粒中，uhmwpe的超長分子鏈在雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出下得到解纏，分子鏈纏繞在改性的柱狀無機(jī)纖維的表面，超長分子鏈自由度因此受到了約束限制，降低了組合物后期的蠕變回縮能力。同時(shí)，uhmwpe與柱狀無機(jī)纖維緊密纏繞結(jié)合，使復(fù)合材料的沖擊性能得到改善。

11、由于超高分子量聚乙烯具有超長線性結(jié)構(gòu)，存在分子鏈取向，在長期使用過程中發(fā)生分子鏈解取向而形成蠕變。因此，將uhmwpe的分子鏈解纏，并與改性無機(jī)纖維的纏結(jié)形成空間位阻作用，限制了超高分子量聚乙烯的分子鏈解取向，從而降低蠕變。

12、uhmwpe分子量影響其解纏效果，uhmwpe分子量越大，其熔體黏度越大，流動(dòng)速率越慢，解纏越困難。將uhmwpe的分子量控制在50-150萬，可以保證uhmwpe充分解纏，與改性無機(jī)纖維纏繞。

13、控制長徑比是為了解決超高分子量聚乙烯塑化問題，控制雙螺桿擠出機(jī)的長徑比≥48:1，有利于超高分子量聚乙烯分子解纏。

14、熔體溫度過高會(huì)導(dǎo)致超高分子量聚乙烯降解，熔體溫度過低會(huì)導(dǎo)致其解纏效果差。因此，將熔體溫度控制在220-240℃，可以保證超高分子量聚乙烯解纏，也能防止其降解。

15、熔體溫度由擠出機(jī)自帶探頭測量得到。

16、潤滑劑能輔助超高分子量聚乙烯解纏。

17、需要說明的是，本發(fā)明中uhmwpe的分子量主要基于測定其溶液的黏度特性并根據(jù)mark-houwink方程計(jì)算得到。其溶液的黏度特性可以按照標(biāo)準(zhǔn)astmd4020進(jìn)行測定。

18、本發(fā)明通過溶液黏度測量法測定uhmwpe的分子量，其原理為利用聚合物溶液在特定條件下的黏度與分子量之間的關(guān)系來測定分子量。本發(fā)明通常使用烏氏粘度計(jì)或自動(dòng)粘度測定儀。具體步驟如下：

19、將uhmwpe粉末溶于溶劑(如十氫萘)中，配制成聚合物溶液。在135℃的溫度下，使用烏氏粘度計(jì)測定純?nèi)軇┖途酆衔锶芤旱牧鞒鰰r(shí)間。通過計(jì)算溶劑流出時(shí)間與聚合物溶液流出時(shí)間的比值，使用mark-houwink方程計(jì)算出uhmwpe的分子量。

20、具體地，所述改性無機(jī)纖維為玻璃纖維、玄武巖纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維中的一種或多種。

21、具體地，所述改性無機(jī)纖維是一種柱狀短切纖維。

22、具體地，所述改性無機(jī)纖維的平均長度為2-5mm，平均直徑為9-15um。

23、改性無機(jī)纖維的短切長度和纖維直徑影響加工，長度太長或直徑太細(xì)越難以投料。

24、優(yōu)選地，所述改性無機(jī)纖維為表面硅烷接枝改性無機(jī)纖維。

25、具體地，所述改性無機(jī)纖維的制備方法包括以下步驟：

26、將硅烷偶聯(lián)劑稀釋，噴灑到無機(jī)纖維表面，烘烤，得到改性無機(jī)纖維。

27、硅烷偶聯(lián)劑能夠增強(qiáng)無機(jī)纖維表面的親油性，提高無機(jī)纖維與聚合物基體的親和性。將無機(jī)纖維改性能夠保證解纏后的uhmwpe能夠充分與無機(jī)纖維纏繞，進(jìn)而約束uhmwpe的分子鏈自由度。

28、更具體地，所述硅烷偶聯(lián)劑為kh550、kh560、kh570、kh792中的至少一種。

29、更具體地，所述硅烷偶聯(lián)劑和無機(jī)纖維的質(zhì)量比為(0.5～2)：100

30、更具體地，所述稀釋所用的溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇中的一種及以上。

31、更具體地，硅烷偶聯(lián)劑稀釋后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％-12％。

32、更具體地，烘烤的溫度為80-100℃，烘烤的時(shí)間為1-3h。

33、優(yōu)選地，所述增強(qiáng)母粒還包括抗氧劑0.2-0.4份。

34、具體地，所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1790、抗氧劑1330中的一種。

35、具體地，所述潤滑劑為聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅中的一種。

36、具體地，所述增強(qiáng)母粒的制備方法包括以下步驟：

37、將原料混合，通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，干燥后得到增強(qiáng)母粒。

38、制備增強(qiáng)母粒的益處在于有助于超高分子量聚乙烯充分解纏，并與改性無機(jī)纖維形成纏結(jié)的有機(jī)-無機(jī)的結(jié)合體，再與hdpe共混后，超高分子量聚乙烯與改性無機(jī)纖維能夠更好的發(fā)揮協(xié)同作用。如無該工藝環(huán)節(jié)，無法實(shí)現(xiàn)超高分子量聚乙烯的鏈纏結(jié)調(diào)控，進(jìn)而導(dǎo)致管材的蠕變比率提升，沖擊強(qiáng)度下降。

39、更具體地，所述雙螺桿擠出機(jī)的塑化段螺筒溫度210-230℃，均化段螺筒溫度200-220℃。

40、更具體地，干燥的溫度為60-70℃，干燥的時(shí)間為1-3h。

41、本發(fā)明還保護(hù)所述hdpe雙壁波紋管增強(qiáng)母粒在制備雙壁波紋管中的應(yīng)用。

42、一種hdpe雙壁波紋管組合物，所述組合物為外壁組合物或內(nèi)壁組合物，外壁組合物包括如下重量份的組分：hdpe?100份、增強(qiáng)母粒100-150份、色母3-5份；內(nèi)壁組合物包括如下重量份的組分：hdpe?100份、增強(qiáng)母粒50-100份、色母3-5份。

43、具體地，所述外壁組合物或內(nèi)壁組合物中的hdpe在190℃、5kg下的熔體流動(dòng)速率<1.5g/10min。

44、hdpe的熔體流動(dòng)速率按照標(biāo)準(zhǔn)gb/t?3682-2000測定。

45、hdpe的熔體流動(dòng)速率影響hdpe雙壁波紋管的沖擊性能和環(huán)剛度。因此，本發(fā)明將hdpe的熔體流動(dòng)速率控制在1.5g/10min以下，保證雙壁波紋管有足夠的沖擊性能和環(huán)剛度。

46、具體地，所述色母在190℃、21.6kg下熔體流動(dòng)速率為30～42g/10min。

47、色母的熔體流動(dòng)速率按照iso?1133測定。

48、具體地，內(nèi)壁組合物和外壁組合物還包括消泡劑。

49、更具體地，內(nèi)壁組合物包括消泡劑2-4份；外壁組合物包括消泡劑2-4份。

50、所述消泡劑為有機(jī)硅型消泡劑、聚醚型消泡劑、聚醚改性有機(jī)硅型消泡劑中的一種。

51、消泡劑的作用是消除原材料分解產(chǎn)生的氣體對雙壁波紋管性能的影響。

52、一種hdpe雙壁波紋管，其管壁包括內(nèi)壁和外壁，外壁包括外壁組合物，內(nèi)壁包括內(nèi)壁組合物。

53、一種hdpe雙壁波紋管的制備方法，包括以下步驟：

54、步驟一、將原料混合，轉(zhuǎn)入單螺桿擠出機(jī)中，得到混料；

55、步驟二、將混料熔融擠出，得到波紋管胚料，將其成型，得到粗制波紋管；

56、步驟三、將粗制波紋管降溫、切割，得到hdpe雙壁波紋管。

57、hdpe雙壁波紋管的管壁由光滑內(nèi)壁和環(huán)狀結(jié)構(gòu)外壁組成。其光滑內(nèi)壁和環(huán)狀結(jié)構(gòu)外壁分別由兩臺(tái)單螺桿擠出機(jī)擠出供料。

58、本發(fā)明還保護(hù)所述hdpe雙壁波紋管在排水排污中的應(yīng)用。

59、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

60、本發(fā)明的hdpe雙壁波紋管外壁組合物采用超高分子量聚乙烯分子鏈纏結(jié)調(diào)控技術(shù)，在外壁中引入增強(qiáng)母粒，將uhmwpe分子鏈解纏后纏繞在改性無機(jī)纖維表面，uhmwpe與柱狀無機(jī)纖維緊密纏繞結(jié)合，將該組合物用于制備hdpe雙壁波紋管，提高了波紋管的環(huán)剛度，降低了波紋管的蠕變回縮能力；改善了管材的沖擊性能。

61、本發(fā)明的hdpe雙壁波紋管兼具良好的環(huán)剛度、蠕變性能和落錘沖擊性能，環(huán)剛度≥16kn/m2，落錘沖擊性能≤5％，蠕變比率＜4。