scm晶须_高密度聚乙烯复合材料在塑料埋地排水管中的应用

SCM晶须高密度聚乙烯复合材料在塑料埋地排水管中的应用王曦绵阳市仁智奇微新材料有限公司，绵阳，621000摘要本文成功的将SCM晶须应用于高密度聚乙烯增强改性，制得了熔混质量好的高性能SCMHDPE复合材料；并将SCMHDPE复合材料成功的应用于塑料埋地排水管生产，在同类型同口径的管材上，相同的管重，可以大幅度提高管材环刚度，以提高管材的品质，如果要求相同的管材环刚度，可以减轻管重，而其它性能满足相关标准的要求。关键字SCM晶须高密度聚乙烯复合材料埋地排水管环刚度1前言塑料埋地排水管广泛应用于各个领域，主要分为输送污水的排污管道和输送雨水的排雨水管道。在塑料管的各种应用中，埋地排水管领域是最大的市场，根据发达国家的统计，40一50的塑料管是应用于埋地排水管领域的。我国塑料埋地排水管还刚起步，目前在塑料管用量中所占比例还不到10，据北京塑料工业协会预测，在2001年到2010年10年间，我国塑料埋地排水管的潜在需求量在4000万吨以上。国际上塑料埋地排水管已经广泛应用几十年，我国是1998年后才逐步推广，由于塑料埋地排水管的独特优越性和政府的支持与鼓励，近年来市场迅速发展，上海市、四川省已正式文件规定直径400ALLL以下的排水管要采用塑料埋地排水管，淘汰混凝土管。目前推广应用最好的是上海、江苏、浙江、北京、山东、河北、四川、广东和福建。塑料埋地排水管道的主要原材料为聚乙烯和聚氯乙烯。聚乙烯PE的应用近数年来比聚氯乙烯PVCU发展更快，在直径为800MM,3000MMM的埋地排水管几乎都是PE管，PE是一种高分子量的有机合成材料，其分子式为CHCHN聚乙烯管道一般采用中密度和高密度聚乙烯，该类聚乙烯既有良好的强度和刚性，又有良好的韧性，它之所以能够迅速占领市场，获得人们的青睐，是因为聚乙烯管道具有如下优点1韧性、挠性好，PE有较高的断裂伸长率，强度和抗冲击性能好2耐腐蚀性能好3连接密封性好4流体阻力小，流通能力大5耐老化性能好，使用寿命长6抗低温能力强7运输和施工性好248卫生无毒9PE管道采用合理的结构设计和组成设计，可以显著提高管材的环刚性，有效改善管材承受地面动静载荷的能力，增强管材工作时间的结构和形状稳定性及可靠性随着市政需求的增大和对管材技术性能要求的不断提高，特别是在满足管材长期使用可靠性的要求下，要求压力管材能有更高的耐长期静液压强度，埋地排水管则要求有更高的环刚度和强韧性。管材生产厂商普遍采用增加壁厚提高埋地排水管管材的环刚度和强度，这无疑提高了生产成本，降低了利润空间。因此，研制开发一种既能提高管材环刚度，又能保持壁厚或适度降低壁厚，且保持管材其它物理力学性能符合相关要求的材料，将具有广阔的市场前景。本文正是基于塑料埋地排水管的巨大市场潜力，在现有原材料性能缺失的基础上，使用了硅、钙、镁晶须以下简称SCM晶须，利用晶须增强改性高聚物技术成功的研制出了SCM晶须高密度聚乙烯复合材料1】，以下简称SCMHDPE复合材料。使用SCMHDPE复合材料，生产的同类型管材在同种口径时，在相同管重情况下可以大幅度提高环刚度，而在相同环刚度时则可以降低管胚或矩管壁厚，减轻管重，且仍保持良好的其它性能。SCMHDPE复合材料适用于各种结构类型、各种口径的埋地排水管。2实验21主要原材料SCM晶须；绵阳市仁智奇微新材料有限公司增容剂；自制；高密度聚乙烯；上海金菲石化润滑剂；市售碳黑；市售加工助剂；市售其它；市售22实验与检测设备高速混合机SHR型，张家港市新科机械厂；双螺杆挤出机SHJ50型，南京杰恩特机电有限公司；熔体流动速率测试率XLR4000型，吉林大学科教仪器厂；塑料注射成型机海天机械有限公司；微机控制电子万能试验机CMT6000型，深圳市新三思计量技术有限公司PE双壁波纹管材生产线潍坊中云机器有限公司PE缠绕结构壁管材生产线青岛德意利机械有限责任公司其他检验及实验设备23实验方法231SCM阳PE复合材料的制各应用新的粉体表面改性配方和技术制备活性SCM晶须【2】；将活性SCM晶须、HDPE、增容剂、润滑剂、碳黑等其他助剂由高速混合机组均匀混合，经平行双螺杆挤出机熔融挤出造粒而得SCMHDPE复合材料【3卜一【4232埋地排水管的制备将SCMHDPE复合材料与纯HDPE树脂两种材料分别经过PE双壁波纹管材生产线和PE缠绕结构壁管材生产线而制备出埋地排水管中的双壁波纹管和缠绕结构壁管。3结果与讨论31SCMHDPE复合材料与纯HDPE树脂的性能对比表1SCMHDPE复合材料与纯HDPE树脂的性能对比项材料熔体指数拉伸强度断裂伸长弯趋强度弯随模量冲击强度G10MINMPA塞MPA摩AKJM2纯HDPE树脂023025015052247563544SCMHDPE复合材料0225375678232342152374制备出SCMHDPE复合材料，测定其性能与纯HDPE树脂性能进行对比。由表1可见，SCMHDPE复合材料的拉伸强度比纯树脂明显增加而断裂伸长率呈下降趋势。这是由于SCM晶须是具有一定长径比的单晶纤维材料，具有高度有序的原子排列结构，单晶结构十分完整，因此SCM晶须本身具有极高的拉伸强度大于400MPA；当复合材料受到外力作用时，由于SCM晶须的抗拉强度远大于纯HDPE树脂的拉伸强度，由树脂传向SCM晶须的力在复合材料内部的相界面上产生剪应力，当剪切应力达到HDPE树脂的剪切屈服强度时，SCM晶须被从HDPE树脂中拉出。SCM晶须本身具有高的长径比有效地增加了树脂在相界面产生的剪切屈服应力，因而拉抻强度也随之大幅度增加。由于SCM晶须的应变远小于基体树脂中高分子链的应变且SCM晶须的加入会阻碍高分子链的链段运动，当复合材料受力时基体树脂应变行为减少，复合材料表现为断裂伸长率下降。表1测试数据可以看出，SCMHDPE复合材料比纯HDPE树脂的冲击韧性稍有提高，这主要是由于SCM晶须具有较高的比表面积，改性后的SCM晶须在HDPE基体树脂中均匀地分散并与HDPE树脂形成了更有效和更大面积的结合，冲击向量能在更大远程范围传递，均化了应力分布，因此，阻止了裂纹发展，导致复合材料的冲击性能也得到一定改善。表1测试数据可以看出，SCMHDPE复合材料的弯曲强度和弯曲模量与纯HDPE树脂相比较有很大程度的提高。这是因为改性后的SCM晶须在HDPE基体树脂中能够均匀分散，并有效地通过基体脂将应力转移到SCM晶须上，由于SCM晶须具有极高的弯曲强度和模量，远大于基体树脂的强度和模量，当应力作用于复合材料时，SCM晶26须在周围的基体树脂中局部地抵抗应变，并通过基体树脂将应变传递给周围的晶须，因而SCMHDPE复合材料的弯曲强度和弯曲模量比纯HDPE树脂有很大程度的提高。表1测试数据可以看出，SCMHDPE复合材料的熔体流动速率比纯HDPE树脂稍有降低，这是因为呈刚性纤维状的SCM晶须加入后，高分子链的热运动受到了阻碍，使得复合材料的熔体流动速率降低，流动性能变差。32SCMHDPE复合材料生产的管材与纯HDPE树脂生产的管材性能对比表2SCMHDPE复合材料生产的管材与纯HDPE树脂生产的管材性能对比管材类型规格材料环刚度KNM2管重KGM环柔性烘箱测试值提高测试值变化实验KNM2值KGMKGM双壁波纹管ID600HDPE43200合格合格双壁波纹管复合材料105244220505合格合格双壁波纹管113300HDPE1634合格合格双壁波纹管复合材料26816753602合格合格缠绕管B型ID600HDPE35520合格合格缠绕管B型复合材料46129517822合格合格缠绕管A型IDL400HDPE924198合格合格缠绕管A型复合材料1231331183一150合格合格33性价比分析从表2可以看出，双壁波纹管在600RAM的管径上，使用纯树脂管重20公斤，米，环刚度为43KN时当使用了SCMHDPE复合材料后，管重205公斤米，环刚度为105KNM，管重只增加了05公斤，米，而环刚度是原来的244。2；环柔性与烘箱实验均合格。双壁波纹管在300RAM的管径上，使用纯树脂管重34公斤米，环刚度为16KNM2当使用了SCMHDPE复合材料后，管重36公斤，米，环刚度为268KNM，管重只增加了02公斤米，而环刚度是原来的1295；环柔性与烘箱实验均合格。缠绕管B型在600MM的管径上，使用纯树脂管重20公斤米，环刚度为355KN肝，当使用了SCMHDPE复合材料后，管重178公斤米，环刚度为46KNM,管重减少了22公斤，米，而环刚度是原来的1331；环柔性与烘箱实验均合格。缠绕管A型在1400MM的管径上，使用纯树脂管重198公斤米，环刚度为924KNM2，当使用了SCMHDPE复合材料后，管重183公斤米，环刚度为123KNM，管重减27少了15公斤米，而环刚度是原来的1331；环柔性与烘箱实验均合格。表2数据说明，使用了SCMHDPE复合材料后，在同类型同口径的管材上，相同的管重，可以大幅度提高环刚度，以提高管材的品质，如果要求相同的环刚度，可以减轻管重，节约原材料，从而降低生产的成本，而其它性能满足相关标准的要求。4结论1本文成功的将SCM晶须应用于HDPE增强改性，采用了新的粉体表面改性配方和技术，使用合理的双螺杆熔体共混挤出造粒设计，在尽可能保持SCM晶须原有长度基础上，实现了在复合材料中晶须的均化分布，制得了熔混质量好的高性能SCMHDPE复合材料。2SCM晶须可以大幅度提高SCMHDPE复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量，具有明显的增强、增刚作用。3SCMHDPE复合