[发明专利]一种PE压力管道用HDPE载体炭黑母粒及其制备方法

说明书

本发明涉及一种PE压力管道用HDPE载体炭黑母粒及其制备方法，属于高分子材料领域，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE载体树脂27‑52.7份，炭黑40‑55份，乙烯共聚物分散剂5‑10份，松香类助分散剂2‑5份，抗老化助剂0.3‑3份，上述原料混合均匀直接通过三螺杆挤出机挤出或双转子连续密炼机混炼造粒制得；用以解决和改进现有炭黑母粒在压力管道中使用后的引起管道破裂，管材高压力下的长期使用出现应力开裂问题，而且原料成分及工艺步骤比较简单。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种PE压力管道用HDPE载体炭黑母粒及其制备方法。

背景技术

炭黑母粒，又称黑色母或黑母粒，它是塑料加工中最常用的一种色母粒，也是用量最大的一种，其不仅有着着色的作用，还起到紫外线屏蔽剂的作用。炭黑母粒是由炭黑、载体树脂、分散剂三大部分构成，制作过程多是炭黑与载体树脂，在分散剂作用下经剪切混合等加工方式良好分散而成的。目前炭黑母粒最通用技术是以线性聚乙烯或低密度聚乙烯为基体树脂，在配方中添加一定含量的聚乙烯蜡、EBS等低分子润滑剂以提高炭黑的分散性。

PE(聚乙烯)压力管道主要应用于城市供水输配管网与燃气输送管网，尤其是在第三代聚乙烯管道料(PE100)推出后，聚乙烯压力管道许用压力大幅度提高,管材最小要求强度(20℃、50年的使用条件下，置信度为97.5％的静液压预测强度)由8.0兆帕提升至10.0兆帕，并且其增强了管材耐慢速裂纹增长与抗裂纹快速扩展能力同时兼顾了管材强度与加工性能。管材许用压力的提高就要求管材所用色母粒载体树脂具有更优异的力学性能，为避免管材长期承压过程中出现应力开裂问题，也要求色母中不能使用小分子及低聚物蜡作为分散剂及加工助剂。

现有技术中，用于压力管道的炭黑母粒一般主要使用LDPE或LLDPE为载体，如公布号为CN108192187A的一种给水聚乙烯管道专用黑色母粒及其制备方法中提到使用低密度聚乙烯树脂(LDPE)作为色母粒载体，因其具有较长的支链结构，能够有效的对炭黑起到浸润作用，可以做到较高的炭黑含量同时保证炭黑有着较好预分散作用，但LDPE树脂物理性能较差，其屈服强度远低于高密度聚乙烯，压力管道中使用该种类载体树脂的黑色母会使管材长期静液压测试项目不合格，表现为抵抗慢速裂纹生长和快速开裂扩展能力下降。

而现有技术中使用HDPE为载体的压力管道用的炭黑母粒，则一般采用低分子量的分散剂，如公布号为CN107216529A的一种应用于HDPE给排水管材的高光黑色母粒制备方法中，高光黑色母粒的原料采用称量处理后的纳米碳黑、HDPE树脂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂进行均匀混合，混合后通过密炼机密炼成均匀熔体，然后再经单螺杆挤出机挤出造粒，其中处理后的纳米炭黑包括纳米碳黑、聚烯烃类超分散剂、接枝共聚物类超分散剂和表面增效剂。

虽然上述黑色母粒的制备原料中采用的载体树脂为HDPE，但是该方案中还存在如下问题：

1.其为解决炭黑在色母粒中的分散问题，使用聚烯烃低聚物，以达到炭黑浸润的目的，避免炭黑团聚，但低聚物的加入会在加工过程中出现挥发性气体，会析出到制品表面，影响制品外观及长期使用性能，尤其表现为影响压力管道长期耐压性能；

2.为实现碳黑与HDPE载体树脂的相容性，需要首先采用聚烯烃类超分散剂、接枝共聚物类超分散剂和表面增效剂对纳米碳黑与进行预处理制成粒，然后再采用处理后的纳米碳黑与HDPE载体树脂及其他助剂混合成熔体制粒，即该种方案需要两步法进行，工艺步骤较为繁琐；

3.原料配方中需加入表面增效剂、润滑剂等助剂，以实现各组分之间的相容性以及制粒的成粒性，原料成分比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适用于聚乙烯压力管道的炭黑母粒及其制备方法，用以解决和改进现有炭黑母粒在压力管道中使用后的引起管道破裂，管材高压力下的长期使用出现应力开裂问题，而且原料成分及工艺步骤比较简单。