[发明专利]一种耐慢速裂纹增长性能高的PE100-RC管及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于管材制备领域，涉及一种PE管，具体涉及一种耐慢速裂纹增长性能高的PE100-RC管及其制备方法。

背景技术

以聚乙烯混配料为主要原料，经挤出成型的管材已大批生产和应用，这种管道耐腐蚀、安装、连接方式简单、可靠、韧性、挠性好，PE管道断裂伸长率超过600%，局部位移不会引起全部管子位移，抗震性很强；另外，聚乙烯的挠性使PE管可以盘卷（尤其是小口径管材），减少大量的连接管件；与金属管道相比，有更好的综合性能，在市政给水、燃气输送、化工流体输送等领域广泛使用。

因为PE管的长期强度高，可以保证燃气管道足够长的使用寿命期间承受足够高的压力。同时PE管的耐高速开裂扩展能力好，可以保证燃气管道不发生偶然性的灾难事故。上述两点对于安全性要求很高的燃气行业来说至关重要，所以燃气管道普遍使用PE管材。但是目前的聚乙烯管道材料50年的设计使用寿命都是基于没有瑕疵、内表面和外表面完好无损的管材的长期静液压试验数据外推得到。过往数十年的应用经验表明，施工中由于拖拽或者其他外在因素，特别是采用一些非传统的管道安装方式时（包括施工现场由于时间紧迫或者责任心不强，直接回填；非开挖施工、老旧管道修复等等），管材外壁的划伤和点载荷（石块顶入造成）是不可避免的。解决此问题有两个思路：一是如何使聚乙烯材料在承受裂纹和点载荷的情况下，能够达到设计使用寿命的要求；二是寻找一种新材料。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种耐慢速裂纹增长性能高的PE100-RC管。该PE管在有外部划伤和点载荷的作用下，仍能够达到100年的设计使用寿命。

本发明的另一目的在于提供所述PE100-RC管的制备方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种耐慢速裂纹增长性能高的PE100-RC管的制备方法，包括如下步骤：

S1.选用密度在950~960kg/m³，熔体流动速率在0.25~0.35g/10min，200℃下热稳定性>20min的HDPE为原料；

S2.将步骤S1.所述聚乙烯原料进行干燥，直到其水分含量小于150mg/kg，然后进行挤出、定径、牵引和冷却；使用的挤出机为单螺杆挤出机，螺杆的长径比设为30，在挤出机的加料段与塑化段之间的区段、塑化段与计量段之间的区段各设有2~3个不等距的螺纹；挤出机中，进料口温度为170~190℃，机筒温度为185~195℃，机头温度为195~210℃，口模温度为210~220℃；定径的真空度设为0.03~0.06Mpa。

作为一种优选方案，所述冷却水温度优选控制在20±2℃。

本发明中，经过发明人的深入研究证实，确定管材使用寿命的主要机理是管材的应力裂纹开裂和慢速裂纹增长。所谓慢速裂纹增长，其原理是：施工过程中人为的拖拽引起的刮伤以及周围环境例如石头顶住管材外表面造成的点载荷，会形成应力集中区，产生初始的裂纹并发展成为微观的银纹/孔洞，孔洞间的材料会被拔出形成高强度的微纤结构（也称银纹，由于折光指数不同呈现发白的现象而得名）。同时，申请人发现，PE管选用的材料，是影响其银纹是继续增长发展成裂纹而导致材料破坏，还是阻止银纹进一步发展成裂纹的一个重要因素。因此筛选合理的聚乙烯来制备耐慢速裂纹增长性能好的管材非常重要。申请人对现有的聚乙烯作了严格的筛选，意外地发现性能满足上述要求的聚乙烯结合本发明所述的制备工艺可以得到耐慢速裂纹增长性能极好的PE管。本发明所述的聚乙烯可以通过市购获得，如道达尔公司牌号为XRC208的PE混配料即满足所述聚乙烯的要求。

水分控制、合理的挤出成型温度、合理的定径真空度，合理的牵引工艺对管材的性能均有影响。

挤出成型温度过低，塑化不好；温度过高，聚合物易降解。定径的真空度会影响管材的外径和内应力。冷却方式和冷却水温保证了对管坯的及时冷却，避免因冷却不及造成管坯在自身重力的作用下或牵引机夹紧压力作用下变形。

作为一种优选方案，所述冷却的方式优选为采用水膜润滑和水环式冷却。

作为一种优选方案，所述牵引的牵引速度与挤出速度一致。

一种由所述制备方法制得的PE100-RC管。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：