一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管
阅读说明：本技术 一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管 (Nano modified high-density polyethylene corrugated pipe ) 是由 夏新华 叶林杰 吴迪高 谢纯辉 杨湘刚 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管,其由包含纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的原料制成,所述纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的质量比为(12.0-14.0)：1.0,所述助剂的重量占所述纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的总重的10-23%；所述助剂由包含以下重量份的原料组成,碳酸钙无机填料10-15份；色母粒5-10份；润滑剂2-5份；分散剂1-3份；增塑剂4-6份；光稳定剂2-5份；抗氧化剂2-4份。本发明通过优化纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的种类及配比,能提高波纹管的抗紫外线、抗氧化和耐热性能,具有延缓波纹管老化并延长其使用寿命的优点。(The invention relates to a nano modified high-density polyethylene corrugated pipe which is prepared from raw materials comprising nano material modified high-density polyethylene, maleic anhydride grafted polyethylene and an auxiliary agent, wherein the mass ratio of the nano material modified high-density polyethylene to the maleic anhydride grafted polyethylene is (12.0-14.0): 1.0, wherein the weight of the auxiliary agent accounts for 10-23% of the total weight of the nano material modified high-density polyethylene and the maleic anhydride grafted polyethylene; the auxiliary agent comprises the following raw materials in parts by weight, 10-15 parts of calcium carbonate inorganic filler; 5-10 parts of color master batch; 2-5 parts of a lubricant; 1-3 parts of a dispersant; 4-6 parts of a plasticizer; 2-5 parts of a light stabilizer; and 2-4 parts of an antioxidant. According to the invention, through optimizing the types and the proportion of the nano material modified high-density polyethylene, the maleic anhydride grafted polyethylene and the auxiliary agent, the ultraviolet resistance, the oxidation resistance and the heat resistance of the corrugated pipe can be improved, and the corrugated pipe has the advantages of delaying the aging of the corrugated pipe and prolonging the service life of the corrugated pipe.)
技术领域
本发明涉及波纹管的技术领域，尤其是涉及一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管。
背景技术
随着市政工程以及基础设施建设的大力发展，对预应力波纹管的需求呈迅猛增长趋势。波纹管作为预应力后张法的成孔材料是预应力体系的重要组成部分，从最早的抽拔管到金属波纹管，再发展到目前的塑料波纹管，可广泛地应用于桥梁、公路、铁路、高层建筑、水电、核电、污水处理厂等领域。
目前主要以高密度聚乙烯（HDPE）为主要材料生产的预应力塑料波纹管，由于受HDPE主材物化性能影响，普遍存在环刚度低、结构分层、耐热性和防火性能差等质量缺陷，而且目前的高密度聚乙烯波纹管相对比较轻，在混凝土浇筑过程中，容易产生上浮现象，再加上HDPE原料成本偏高导致波纹管产品价格也居高不下，我国进入经济新常态以来，建筑市场复苏乏力，进一步导致HDPE预应力塑料波纹管明显缺乏市场竞争力。
为此，授权公告号为CN102070810B的中国专利公开了一种高密度聚乙烯预应力混凝土用波纹管专用料，以重量份数计，原料配方包括如下组分：再生高密度聚乙烯100、云母粉5-20、硅烷偶联剂KH570为0.1-0.5、马来酸酐接枝聚乙烯1-6、PE蜡1-3、白矿油0.3-1.5和色母粒0.2-0.5。
上述专用料通过加入云母粉这种矿物增强的方式，不仅能增强波纹管的整体力学性能，而且具有增重的效果，能改善目前聚乙烯波纹管质量轻，在混凝土施工中易上浮的缺陷。但是，上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述专用料生产的波纹管在实际使用时，波纹管内部是通孔状态，在光和氧的作用下容易老化，再加上高密度聚乙烯材质不耐热的缺陷，波纹管在浇筑混凝土时也容易受热老化，进而会影响波纹管的使用寿命，有待改进。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管，其通过提高的波纹管抗紫外线、抗氧化和耐热性能，达到了延缓波纹管老化并延长其使用寿命的目的。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管，由包含纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的原料制成，所述纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的质量比为（12.0-14.0）：1.0，所述助剂的重量占所述纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的总重的10-23%；所述助剂由包含以下重量份的原料组成，碳酸钙无机填料 10-15份；色母粒 5-10份；润滑剂 2-5份；分散剂 1-3份；增塑剂 4-6份；光稳定剂 2-5份；抗氧化剂 2-4份。
通过采用上述技术方案，首先以上述配比的纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯代替原先的高密度聚乙烯作为基材，并通过添加光稳定剂和抗氧化剂，在直接提高波纹管抗紫外线、抗氧化和耐热性能的同时，能增加上述基材与助剂之间的相容性；其次，碳酸钙无机填料能与马来酸酐接枝聚乙烯作为填充物分散在上述基材中，直接增强波纹管的重量，避免其上浮；另外，色母粒、润滑剂、分散剂和增塑剂能以马来酸酐接枝聚乙烯作为载体，在确保均匀分散于纳米材料改性高密度聚乙烯中的同时，能在加工过程中有效减少波纹管的熔体缺陷，进而保证波纹管具有较好的抗老化性能；综上所述，通过优化纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的种类及配比，能提高波纹管的抗紫外线、抗氧化和耐热性能，具有延缓波纹管老化并延长其使用寿命的优点。
优选的，由包含纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的原料制成，所述纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的质量比为13.4：1.0，所述助剂的重量占所述纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的总重的17%；所述助剂由包含以下重量份的原料组成，碳酸钙无机填料 12份；色母粒 9份；润滑剂 3份；分散剂 2份；增塑剂 5份；光稳定剂 4份；抗氧化剂 3份。
进一步的，所述纳米材料改性高密度聚乙烯由包含以下重量份的原料组成，纳米硫酸钡改性高密度聚乙烯 15-25份；纳米二氧化硅改性高密度聚乙烯 15-25份；纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯 50-70份。纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯具有优异的力学、光学和热稳定性能，且高密度聚乙烯接枝纳米二氧化钛后能高度分散，再以纳米硫酸钡改性高密度聚乙烯和纳米二氧化硅改性高密度聚乙烯包络于纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯形成的骨架上，这种复合体系能进一步提高波纹管的耐老化和耐热性能，达到延长波纹管使用寿命的目的。
进一步的，所述碳酸钙无机填料由包含以下重量份的原料组成，超细重质碳酸钙40-60份；二氧化硅基底单晶单层石墨烯 25-30份；纳米二氧化钛负载银离子 15-30份。其中，在石墨烯表面沉积二氧化硅薄层，阻碍了石墨烯片层之间的ππ堆叠作用，实现了石墨烯的均匀分散，再以超细重质碳酸钙和二氧化硅作为基本骨架分散在波纹管原料内，并以石墨烯、纳米二氧化钛和纳米银作为微粒填充物均匀分散在上述基本骨架上，既能增加波纹管重量，又能起到抗紫外线的作用，进而延长波纹管使用寿命。
进一步的，所述色母粒的粒径小于1μm。这些粒径的色母粒在波纹管材料中具有较好的相容性。
进一步的，所述润滑剂为矿物油、棕榈油、硬脂酸盐中的一种或几种的组合物。这些润滑剂粘附于碳酸钙无机填料表面，从而调节纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯之间的粘合柔润的性能，进而达到润滑目的，促进各组分均匀分散。
进一步的，所述分散剂为聚乙烯蜡。聚乙烯蜡具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性，能促使纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯高度分散。
进一步的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸甲苯基丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或几种的组合物。通过上述增塑剂与纳米二氧化硅改性高密度聚乙烯协同作用，在保证自身增塑性的同时，能提高波纹管的耐水性、耐碱性、耐候性和硬度，进而延长波纹管使用寿命。
进一步的，所述光稳定剂为苯并三唑基十二烷基 p－甲酚、亚甲基双－苯并三唑基四甲基丁基酚、苯并三唑基丁苯酚磺酸钠中的一种或几种的组合物。上述光稳定剂均属于高分子质量化的苯并三唑类光稳定剂，不仅有利于环保，而且有助于提高助剂热稳定性、与纳米材料改性高密度聚乙烯之间的相容性，从而起到优良的抗紫外线功能。
进一步的，所述抗氧化剂为四[β-（3,5－二叔丁基－4－羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三（壬基苯酚）亚磷酸酯、双十三醇硫代二丙酸酯中的一种或几种的组合物。一方面，在高密度聚乙烯体系中能通过上述各组分之间的协同作用，来增加波纹管原料的抗氧化性能和长效稳定性；另一方面，四[β-（3,5－二叔丁基－4－羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯能与纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯复合形成多功能抗氧化剂，能进一步提高波纹管的抗老化作用。
综上所述，本发明的有益技术效果为：通过优化纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的种类及配比，能提高波纹管的抗紫外线、抗氧化和耐热性能，具有延缓波纹管老化并延长其使用寿命的优点。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例
实施例1：为本发明公开的一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管，由包含纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的原料制成。其制备方法包括以下步骤，
S1 制备纳米材料改性高密度聚乙烯，将纳米硫酸钡改性高密度聚乙烯22份、纳米二氧化硅改性高密度聚乙烯18份、纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯63份混合，得到纳米材料改性高密度聚乙烯；
S2 助剂原料准备，将超细重质碳酸钙50份、二氧化硅基底单晶单层石墨烯27份、纳米二氧化钛负载银离子22份混合，得到碳酸钙无机填料；选择粒径小于1μm的色母粒，选择矿物油作为润滑剂，选择聚乙烯蜡作为分散剂，选择邻苯二甲酸二正丁酯作为增塑剂，选择苯并三唑基十二烷基 p－甲酚作为光稳定剂，选择四[β-（3,5－二叔丁基－4－羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯作为抗氧化剂；
S3 制备助剂，将S2准备的碳酸钙无机填料12份、色母粒9份、润滑剂3份、分散剂2份、增塑剂5份、光稳定剂4份、抗氧化剂3份混合，得到助剂；
S4 将S1得到的纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯按照13.4：1.0的质量比、S3得到的助剂按照占纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的总重的17%的重量，进行混合后，投入双螺杆挤出机中熔融挤出管坯，并经过螺旋缠绕、冷却成型、定长切割，质检，得到波纹管。
实施例2：为本发明公开的一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管，与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数及重量比如表1所示。
另外，在S2中，选择棕榈油作为润滑剂，选择邻苯二甲酸甲苯基丁酯作为增塑剂，选择亚甲基双－苯并三唑基四甲基丁基酚作为光稳定剂，选择三（壬基苯酚）亚磷酸酯作为抗氧化剂。
实施例3：为本发明公开的一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管，与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数及重量比如表1所示。
另外，在S2中，选择硬脂酸盐作为润滑剂，选择邻苯二甲酸二辛酯作为增塑剂，选择苯并三唑基丁苯酚磺酸钠作为光稳定剂，选择双十三醇硫代二丙酸酯作为抗氧化剂。
实施例4：为本发明公开的一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管，与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数及重量比如表1所示。
另外，在S2中，选择硬脂酸盐作为润滑剂，选择邻苯二甲酸二异壬酯作为增塑剂，选择亚甲基双－苯并三唑基四甲基丁基酚作为光稳定剂，选择四[β-（3,5－二叔丁基－4－羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯作为抗氧化剂。
实施例5：为本发明公开的一种纳米改性高密度聚乙烯波纹管，与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数及重量比如表1所示。
另外，在S2中，选择矿物油作为润滑剂，选择邻苯二甲酸甲苯基丁酯作为增塑剂，选择苯并三唑基丁苯酚磺酸钠作为光稳定剂，选择双十三醇硫代二丙酸酯作为抗氧化剂。
表1
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的质量比
13.4：1.0
12.0:1.0
13.5:1.0
14.0:1.0
12.7:1.0
助剂占纳米材料改性高密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的总重的质量百分比
17%
23%
10%
15%
20%
表1-续
组分
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
纳米硫酸钡改性高密度聚乙烯
22
20
15
25
18
纳米二氧化硅改性高密度聚乙烯
18
25
15
20
22
纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯
63
60
65
50
70
碳酸钙无机填料
12
11
14
10
15
色母粒
9
6
5
8
10
润滑剂
3
4
5
2
3
分散剂
2
2
1
1
3
增塑剂
5
6
6
5
4
光稳定剂
4
5
4
2
5
抗氧化剂
3
4
3
2
2
超细重质碳酸钙
50
40
45
60
55
二氧化硅基底单晶单层石墨烯
27
25
26
28
30
纳米二氧化钛负载银离子
25
20
16
15
30
性能检测试验
对实施例1-5制得的波纹管的性能进行如下测试实验：
1.热氧化诱导期测定：割取30cm长度的波纹管作为试样，将试样与惰性参比物氧化铝置于差热分析仪中，在80℃下用氧气迅速置换试样室内的惰性气体氮气，测试由于试样氧化而引起的DTA曲线（差热谱）的变化，并获得波纹管试样的热氧化诱导期（min）数值，记录到表2中，评定塑料的防热老化性能。
2.紫外线老化测定：割取30cm长度的波纹管作为试样，在暴露室中，选用紫外光暴露试样，暴露室温度设置为50℃，暴露时间设置为4h，暴露4h后，检测波纹管试样的紫外线老化程度，记录数据于表2中。
表2
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
热氧化诱导期（min）
27
20
25
22
22
紫外线老化程度（%）
0.1
0.1
0.1
0.2
0.2
由表2可知，本发明的波纹管通过优化纳米材料改性高密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯和助剂的种类及配比，能提高波纹管的抗紫外线、抗氧化和耐热性能，具有延缓波纹管老化并延长其使用寿命的优点。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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