一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料

1.一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，其特征在于，该材料包括以下成分的重量份：
HDPE： 78～82； 碳酸钙： 0.6～0.8；
超细滑石粉： 18～22； 纳米二氧化硅： 3.0～4.0；
改性剂： 4.0～5.0； 着色剂： 4.0～5.0；
抗紫外剂： 0.6～0.7； 抗氧剂： 0.7～0.8；
所述的超细滑石粉的粒径为1200目～3000目；所述的着色剂选自钛白粉、炭黑、锌钡白、氧化锌中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料，其特征在于，所述的HDPE
3 3
的相对密度为0.94g/cm ～0.96g/cm。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料，其特征在于，所述的纳米二氧化硅的粒径为200nm～400nm。
4.根据权利要求1-2任意一项所述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料，其特征在于，所述的改性剂选自甲基三乙氧基硅烷、聚苯乙烯、TiO2中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料，其特征在于，所述的改性剂选自甲基三乙氧基硅烷、聚苯乙烯、TiO2中的至少一种。
6.根据权利要求1-2任意一项所述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料，其特征在于，所述的抗紫外剂选自UV-327、UV-531、UV-326中的至少一种。
7.根据权利要求1-2任意一项所述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂选自亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯、亚磷酸（三壬基苯基）酯、二亚磷酸季戊四醇二硬脂酸酯中的至少一种。

一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，属于高分子材料技术领域。\n背景技术\n[0002] 缠绕增强管又名克拉管，现有的绝大部分是采用HDPE缠绕增强管，是以高密度聚乙烯(HDPE)为主要原料，采用热态缠绕加工工艺，以聚丙烯(PP)波纹管为支撑结构制成具有较高抗外压能力的管材。由于缠绕增强管能够达到采用水泥排水管道的强度甚至更强；\n而且管材插接后无间隙克服了采用水泥排水管插接所存在的缝隙而导致管道内水外溢或管道外水内渗的现象，且采用缠绕增强管还具有安装性能优异、较好的柔韧性以及HDPE可循环回收利用等优点。因此，在应用过程中，同等条件下使用缠绕增强管与传统的水泥管相比更优越，特别是在施工场地狭窄、地下管线复杂及酸碱性土壤中铺设管道等。虽然采用塑料管材缠绕增强管替代水泥管道具有阻力小、防渗漏、质量轻、易施工、耐腐蚀性好等优点，但是管材仍存在环刚度低，易变形，甚至破裂的缺陷，尤其是大孔径的缠绕管材，在实际应用中也带来了不少的影响。但采用纯的HDPE材料制成的缠绕增强管制品性能较差，一般对用于缠绕管的材料进行改进等。\n[0003] 如中国专利申请(公开号：C N101974177A，公开日：2011年02月16日)公开了一种多功能聚乙烯管材及制备方法，其中聚乙烯管材的复合材料的质量组成为：高密度聚乙烯(HDPE)：30-50份；超高分子量聚乙烯(UHMWPE)：70-90份；聚辛烯橡胶(TOR)：10-15份；纳米稀土β晶型成核剂：1.5-2.0份；过氧化二异丙苯(DCP)：1.0-1.5份；硅酮聚合物阻燃剂：3-5份；色母：3-5份；所述的纳米稀土β晶型成核剂是由纳米稀土和β晶型成核剂按质量比1∶2的比例混合搅拌至98-102℃即为纳米稀土β晶型成核剂。该复合材料在用于管材时解决了聚乙烯管材的低温脆性、耐磨性、抗老化性等问题，但是并没有披露该复合材料在用于管材时管材的环刚度等性能参数，且其材料中使用了纳米稀土等高成本原料，在一定程度上也提高了生产成本。\n发明内容\n[0004] 本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，目的在于提供一种配比合理、成本低、用于缠绕增强管具有环钢度高、抗爆性强的HDPE复合材料。\n[0005] 本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成分的重量份：\n[0006] HDPE： 75～85； 碳酸钙： 0.5～1.0；\n[0007] 超细滑石粉： 15～25； 纳米二氧化硅： 2.0～5.0；\n[0008] 改性剂： 3.0～6.0； 着色剂： 3.0～6.0；\n[0009] 抗紫外剂： 0.5～0.8； 抗氧剂： 0.5～1.0。\n[0010] 本发明的HDPE复合材料用于制成缠绕增强管，能够有效的提高缠绕增强管的力学综合强度和环刚度，与采用单一的HDPE材料制成的缠绕增强管相比，其力学综合强度能够提高15％左右，环刚度能够提高5％～10％；且色牢度也较高。通过对复合材料的组成及各原料的重量配比进行调整改后，配比更合理，使材料性能更优越，且同时还减少了原材料的使用，不需要使用纳米稀土等价格昂贵的原料，降低了生产成本。通过加入碳酸钙能够提高材料的韧性；加入纳米二氧化硅不仅提高材料的混合分散性，使混合更均匀，还能够提高HDPE与其它各材料的混合相容性，而加入的改性剂进一步对纳米二氧化硅进行改性，从而提高复合材料的性能。而着色剂主要是为了提高该复合材料用于制成缠绕增强管的美观性，可以根据实际需要加入不同的着色剂。抗紫外剂和抗氧化剂的加入同样能够提高复合材料的性能，改善复合材料的抗老化性、相容性和稳定性。\n[0011] 作为进一步的优选，上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成分的重量份：\n[0012] HDPE： 78～82； 碳酸钙： 0.6～0.8；\n[0013] 超细滑石粉： 18～22； 纳米二氧化硅： 3.0～4.0；\n[0014] 改性剂： 4.0～5.0； 着色剂： 4.0～5.0；\n[0015] 抗紫外剂： 0.6～0.7； 抗氧剂： 0.7～0.8。\n[0016] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的HDPE是高密度聚乙烯，是一种可生物降解的材料，具有环保好的性能，熔点约为130℃。作为优选，所述的HDPE的相对\n3 3\n密度为0.94g/cm ～0.96g/cm。由于高密度聚乙烯按其强度等级分又可分为32级、40级、\n63级、80级和100级五个等级，因此，作为更进一步的优选，所述的高密度聚乙烯为80级或\n100级高密度聚乙烯。采用80级高密度聚乙烯或100级高密度聚乙烯与本发明的复合材料组合使用后具有耐高温稳定性好，不易变形的优点，不易导致因温度过高而管材凹陷等缺点，影响使用的美观性，而使用40级、63级或32级的高密度聚乙烯与本发明的复合材料组合使用后在耐高温稳定性方面不及采用100级或80级时的性能。\n[0017] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的超细滑石粉具有比表面积大，化学稳定性高，添加该材料后用于缠绕增强管，起到骨架支撑作用，提高缠绕增强管的耐压及耐爆破性能，还使缠绕增强管的环刚度和综合强度提高；减少原材料的使用，且选用的超细滑石粉原料易得，成本低；同时，由于超细滑石粉的选用，使复合材料在综合成本上能够节省15％左右。同时，通过加入滑石粉提高复合材料的成型性、光滑性和分散均匀性。\n作为优选，所述的超细滑石粉的粒径为1200目～3000目。进一步保证使用该复合材料后得到的缠绕增强管的综合性能和环刚度，与采用单一的HDPE材料制成的缠绕增强管相比，环刚度能够提高8％～10％。\n[0018] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的纳米二氧化硅能够对HDPE进行改性，主要用于提高材料的增韧性和可塑性，提高HDPE复合材料的综合力学性能，如在拉伸强度、断裂伸长率及弹性模量等性能方面。作为优选，所述的纳米二氧化硅的粒径为\n200nm～400nm。选用上述粒径的纳米二氧化硅还具有改善复合材料的分散性，如果粒径过大，则分散效果不佳，如果粒径过小，则由于粒径过细会引起粉尘，不利于实际操作。\n[0019] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的碳酸钙用于改善材料的韧性，提高韧性，且在拉伸强度和断裂伸长率方面也有较大的提高，拉伸强度≥18MPa，断裂伸长率≥45％。与现有技术中采用较高量的碳酸钙相比，本发明的复合材料所述的碳酸钙用量少，对材料的性能改进效果好，既提高复合材料的性能，又实现降低生产成本。\n[0020] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的改性剂用于改善纳米二氧化硅的活性，尤其是提高纳米二氧化硅的表面活性，改变纳米二氧化硅与HDPE的亲和性，通过改变纳米二氧化硅的表面活性后减少了纳米二氧化硅分子之间的键合力，具有提高纳米二氧化硅分散性的效果，从而进一步的改进复合材料的综合性能。作为优选，所述的改性剂选自甲基三乙氧基硅烷、聚苯乙烯、TiO2中的至少一种。\n[0021] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的着色剂用于改善HDPE复合材料使用后的色彩，增加美观性。根据实际需要可以选择染料或颜料等着色剂。作为优选，所述的着色剂选自钛白粉、炭黑、锌钡白、氧化锌中的至少一种。上述着色剂不仅能够提高色彩的美观性，添加该着色剂的复合材料用于缠绕增强管后还能提高成型后管材表面的光滑性，减少阻力，如缠绕增强管当排水管用时可因阻力的减少而提高排放效率。\n[0022] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的抗紫外剂主要用于增强材料的抗老化效果，提高使用寿命。作为优选，所述的抗紫外剂选自UV-327、UV-531、UV-326中的至少一种。所述的UV-327也称为2-(2-羟基-3，5-二丁叔基苯基)-5-氯代苯并三唑，具有较强的吸收紫外线能力，化学性质稳定，与本发明的高分子聚乙烯材料相容性好。\n[0023] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，所述的抗氧剂选自亚磷酸三(2，\n4-二叔丁基苯基)酯、亚磷酸(三壬基苯基)酯、二亚磷酸季戊四醇二硬脂酸酯中的至少一种。选用上述抗氧剂能够与HDPE之间产生协同作用，不仅能够有效的提高复合材料的抗氧化性能，还能改进材料的相容性。所述的抗氧剂还可以选用受阻酚类抗氧剂。\n[0024] 在上述的用于缠绕增强管的HDPE复合材料中，还可以根据实际需要加入0.5～\n1.0重量份阻燃剂、0.5～1.0重量份润滑剂中的至少一种。通过加入阻燃剂能够进一步提高材料的阻燃性，而加入润滑剂则能更进一步改善材料的分散均匀性。上述的阻燃剂可以选用卤系阻燃剂、磷系阻燃剂等，所述卤系阻燃剂如十溴二苯乙烷、四溴双酚A等；上述的润湿剂如硬酯酸钙等。\n[0025] 综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：\n[0026] 1.本发明的上述用于缠绕增强管的HDPE复合材料，具有成份配比合理，各原料之间相互协同作用效果好，且原料成本低。\n[0027] 2.本发明的上述用于缠绕增强管的HDPE复合材料，应用在缠绕增强管上能够有效的提高缠绕增强管的力学性能和环刚度，与采用单一的HDPE材料制成的缠绕增强管相比，力学综合强度能够提高15％左右，环刚度能够提高5％～10％，改善了缠绕增强管的性能，从而有效地解决大孔径缠绕增强管材在使用中易变形，影响地面及周边的平整性，甚至造成缠绕增强管材破裂等问题。\n[0028] 3.本发明的上述用于缠绕增强管的HDPE复合材料，具有抗紫外和抗氧化效果好，不易老化，使用寿命长等优点，选用的抗氧剂与HDPE之间的具有协同作用，提高复合材料之间的相容性。\n具体实施方式\n[0029] 下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。\n[0030] 实施例1\n[0031] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0032] HDPE：75重量份； 碳酸钙：1.0重量份；\n[0033] 超细滑石粉：15重量份； 纳米二氧化硅：5重量份；\n[0034] 改性剂：6重量份； 着色剂：6重量份；\n[0035] 抗紫外剂：0.8重量份； 抗氧剂：1.0重量份。\n[0036] 其中所述的HDPE的密度为0.94g/cm3，所述碳酸钙的粒径为1200目，所述的超细滑石粉的粒径为2000目，所述的纳米二氧化硅的粒径为200nm，所述的改性剂为聚苯乙烯，所述的着色剂为钛白粉，所述的抗紫外剂为UV-327，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。\n[0037] 按照上述重量配比称取各原料，先将纳米二氧化硅与改性剂聚苯乙烯加入混合机中进行混合均匀后，再加入其它原料，再次搅拌混合均匀，将混合均匀的混合料加入的螺杆挤出机中进行挤出、造粒，所述的螺杆挤出机的各段挤出温度为：190℃、200℃、220℃、\n215℃、215℃，所述的螺杆挤出机是采用本领域常规的螺杆挤出机，得到HDPE复合材料。采用该HDPE复合材料按照本领域的常规方法进一步成型加工得到大孔径的缠绕增强管，该缠绕增强管的孔径直径为2米。该管材的耐酸碱色牢度达到5级；与采用单一的HDPE材料成型的缠绕增强管相比，综合力学性能增加15％，环刚度提高8％。\n[0038] 实施例2\n[0039] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0040] HDPE：80重量份； 碳酸钙：0.5重量份；\n[0041] 超细滑石粉：20重量份； 纳米二氧化硅：2.0重量份；\n[0042] 改性剂：4.0重量份； 着色剂：3.0重量份；\n[0043] 抗紫外剂：0.5重量份； 抗氧剂：0.8重量份。\n[0044] 其中所述的HDPE的密度为0.96g/cm3，所述碳酸钙的粒径为1200目，所述的超细滑石粉的粒径为3000目，所述的纳米二氧化硅的粒径为400nm，所述的改性剂为甲基三乙氧基硅烷，所述的着色剂为氧化锌，所述的抗紫外剂为UV-531，所述的抗氧剂为亚磷酸(三壬基苯基)酯。\n[0045] 按照上述重量配比称取各原料，先将纳米二氧化硅与改性剂甲基三乙氧基硅烷加入混合机中进行混合均匀后，再加入其它原料，再次搅拌混合均匀，将混合均匀的混合料加入的螺杆挤出机中进行挤出、造粒，所述的螺杆挤出机的各段挤出温度为：190℃、200℃、\n220℃、215℃、215℃，所述的螺杆挤出机是采用本领域常规的螺杆挤出机，得到HDPE复合材料。采用该HDPE复合材料按照本领域的常规方法进一步成型加工得到大孔径的缠绕增强管，该缠绕增强管的孔径直径为2米。该管材的耐酸碱色牢度达到4级；与采用单一的HDPE材料成型的缠绕增强管相比，综合力学性能增加18％，环刚度提高10％。\n[0046] 实施例3\n[0047] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0048] HDPE：85重量份； 碳酸钙：0.6重量份；\n[0049] 超细滑石粉：25重量份； 纳米二氧化硅：3.0重量份；\n[0050] 改性剂：5.0重量份； 着色剂：5.0重量份；\n[0051] 抗紫外剂：0.6重量份； 抗氧剂：0.7重量份。\n[0052] 其中所述的HDPE的密度为0.95g/cm3，所述碳酸钙的粒径为2000目，所述的超细滑石粉的粒径为1200目，所述的纳米二氧化硅的粒径为300nm，所述的改性剂为TiO2，所述的着色剂为炭黑，所述的抗紫外剂为UV-326，所述的抗氧剂为二亚磷酸季戊四醇二硬脂酸酯。\n[0053] 上述的HDPE复合材料的制备方法与实施例1中的方法一致，这里不在赘述。\n[0054] 实施例4\n[0055] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0056] HDPE：82重量份； 碳酸钙：0.8重量份；\n[0057] 超细滑石粉：18重量份； 纳米二氧化硅：3.5重量份；\n[0058] 改性剂：4.5重量份； 着色剂：4.0重量份；\n[0059] 抗紫外剂：0.6重量份； 抗氧剂：0.6重量份。\n[0060] 其中所述的HDPE的密度为0.94g/cm3～0.96g/cm3，所述碳酸钙的粒径为1200目，所述的超细滑石粉的粒径为1200目，所述的纳米二氧化硅的粒径为400nm，所述的改性剂为聚苯乙烯，所述的着色剂为钛白粉和锌钡白，其中钛白粉与锌钡白的重量比为2∶1，所述的抗紫外剂为UV-531，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。\n[0061] 上述的HDPE复合材料的制备方法与实施例1中的方法一致，这里不在赘述。\n[0062] 实施例5\n[0063] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0064] HDPE：78重量份； 碳酸钙：0.7重量份；\n[0065] 超细滑石粉：22重量份； 纳米二氧化硅：4.0重量份；\n[0066] 改性剂：6.0重量份； 着色剂：4.5重量份；\n[0067] 抗紫外剂：0.7重量份； 抗氧剂：0.5重量份。\n[0068] 其中所述的HDPE的密度为0.94g/cm3～0.96g/cm3，所述碳酸钙的粒径为1200目，所述的超细滑石粉的粒径为2000目，所述的纳米二氧化硅的粒径为200nm，所述的改性剂为TiO2，所述的着色剂为钛白粉，所述的抗紫外剂为UV-531，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，\n4-二叔丁基苯基)酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，其中，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯与亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯的重量比为2∶1。\n[0069] 上述的HDPE复合材料的制备方法与实施例2中的方法一致，这里不在赘述。\n[0070] 实施例6\n[0071] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0072] HDPE：77重量份； 碳酸钙：0.65重量份；\n[0073] 超细滑石粉：21重量份； 纳米二氧化硅：3.0重量份；\n[0074] 改性剂：5.5重量份； 着色剂：3.5重量份；\n[0075] 抗紫外剂：0.5重量份； 抗氧剂：0.9重量份。\n[0076] 其中所述的HDPE的密度为0.94g/cm3～0.96g/cm3的100级的HDPE，所述碳酸钙的粒径为2000目，所述的超细滑石粉的粒径为1200目，所述的纳米二氧化硅的粒径为400nm，所述的改性剂为聚苯乙烯，所述的着色剂为钛白粉与炭黑，其中钛白粉与炭黑的重量比为\n2∶1，所述的抗紫外剂为UV-327，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。\n[0077] 按照上述重量配比称取各原料，先将纳米二氧化硅与改性剂聚苯乙烯加入混合机中进行混合均匀后，再加入其它原料，再次搅拌混合均匀，将混合均匀的混合料加入的螺杆挤出机中进行挤出、造粒，所述的螺杆挤出机的各段挤出温度为：190℃、200℃、220℃、\n215℃、215℃，所述的螺杆挤出机是采用本领域常规的螺杆挤出机，得到HDPE复合材料。采用该HDPE复合材料按照本领域的常规方法进一步成型加工得到大孔径的缠绕增强管，该缠绕增强管的孔径直径为2.5米。该管材的耐酸碱色牢度达到5级；与采用单一的HDPE材料成型的缠绕增强管相比，综合力学性能增加16％，环刚度提高10％。\n[0078] 实施例7\n[0079] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0080] HDPE：81重量份； 碳酸钙：0.9重量份；\n[0081] 超细滑石粉：19重量份； 纳米二氧化硅：2.5重量份；\n[0082] 改性剂：3.5重量份； 着色剂：6.0重量份；\n[0083] 抗紫外剂：0.7重量份； 抗氧剂：0.8重量份。\n[0084] 其中所述的HDPE的密度为0.94g/cm3，所述碳酸钙的粒径为1200目，所述的超细滑石粉的粒径为1200目，所述的纳米二氧化硅的粒径为350nm，所述的改性剂为聚苯乙烯和T i O2，其中，聚苯乙烯与TiO2的重量比为1∶1，所述的着色剂为钛白粉，所述的抗紫外剂为UV-327，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯。\n[0085] 上述的HDPE复合材料的制备方法与实施例6中的方法一致，这里不在赘述。\n[0086] 实施例8\n[0087] 一种用于缠绕增强管的HDPE复合材料，该材料包括以下成份的重量份：\n[0088] HDPE：77重量份； 碳酸钙：0.65重量份；\n[0089] 超细滑石粉：21重量份； 纳米二氧化硅：3.0重量份；\n[0090] 改性剂：5.5重量份； 着色剂：3.5重量份；\n[0091] 抗紫外剂：0.5重量份； 抗氧剂：0.9重量份；\n[0092] 阻燃剂：1.0重量份； 润湿剂：2.0重量份。\n[0093] 其中所述的HDPE的密度为0.94g/cm3～0.96g/cm3的80级的HDPE，所述碳酸钙的粒径为3000目，所述的超细滑石粉的粒径为1200目，所述的纳米二氧化硅的粒径为300nm，所述的改性剂为聚苯乙烯，所述的着色剂为钛白粉与锌钡白，其中钛白粉与锌钡白的重量比为2∶1，所述的抗紫外剂为UV-531，所述的抗氧剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，所述的润湿剂为硬脂酸钙，所述的阻燃剂为磷酸三苯酯。\n[0094] 按照上述重量配比称取各原料，先将纳米二氧化硅与改性剂聚苯乙烯加入混合机中进行混合均匀后，再加入其它原料，再次搅拌混合均匀，将混合均匀的混合料加入的螺杆挤出机中进行挤出、造粒，所述的螺杆挤出机的各段挤出温度为：190℃、200℃、220℃、\n215℃、215℃，所述的螺杆挤出机是采用本领域常规的螺杆挤出机，得到HDPE复合材料。采用该HDPE复合材料按照本领域的常规方法进一步成型加工得到大孔径的缠绕增强管，该缠绕增强管的孔径直径为2米。该管材的耐酸碱色牢度达到5级；与采用单一的HDPE材料成型的缠绕增强管相比，综合力学性能增加17％，环刚度提高9％。\n[0095] 本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替