本發(fā)明涉及波紋管制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種HDPE雙壁波紋管及其制備方法。
背景技術(shù)：
過去在埋地排水領(lǐng)域多采用鋼筋混凝土管、鑄鐵管、陶土管以及磚石等，由于上述管道均為剛性管，基礎(chǔ)也是剛性的，當(dāng)?shù)鼗^差或處理不當(dāng)時，極易造成管道和接頭的損壞，管道腐爛，接頭滲漏極為嚴(yán)重，常出現(xiàn)滲水、漏水等現(xiàn)象，對周邊環(huán)境造成影響。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，HDPE管等新型高分子材料逐漸應(yīng)用到城市排水系統(tǒng)中，這些材料的粗糙系數(shù)一般遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管，不僅減小了水頭損失、增加了排水能力，同時也增加了管道的輸送能力。
HDPE(高密度聚乙烯)雙壁波紋管是以HDPE為主要原料經(jīng)擠出成型方式加工而成的具有波紋結(jié)構(gòu)的管材。其管壁截面為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁表面光滑，外壁為等距排列的環(huán)形中空波紋結(jié)構(gòu)的管材。80年代初在德國首先研制成功，在我國，HDPE雙壁波紋管的推廣和應(yīng)用正處在上升勢態(tài)階段。作為一種新型輕質(zhì)管材，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管相比，HPDE雙壁波紋管具有如下優(yōu)點：可回收再利用、質(zhì)量輕、施工快(接頭密封好，連接方便，無滲漏)、壽命長(埋地使用達(dá)50年以上)、電絕緣、耐磨耐腐蝕等優(yōu)點。同時，HDPE雙壁波紋管具有高韌性，且內(nèi)壁平滑，流量大、摩擦阻力小，是傳統(tǒng)排污排水管材的理想替代產(chǎn)品。
申請公布號為CN104927172A、申請公布日為2015年09月23日的中國專利申請公開了一種HDPE雙壁波紋管，HDPE雙壁波紋管的配方由下述重量份的原料組成：高密度聚乙烯50～70份；木粉30～50份；鈦酸酯偶聯(lián)劑2～4份；酚醛樹脂5～9份；其中，木粉的目數(shù)為90～120目。
現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于，現(xiàn)有的雙壁波紋管基本上都是采用HDPE新樹脂來制備，成本較高，為了節(jié)約資源、降低成本、提高經(jīng)濟效益，生產(chǎn)中會用HDPE回料來制備雙壁波紋管。純的HDPE回料制備的雙壁波紋管脆性較大，在低溫條件下容易發(fā)生開裂等現(xiàn)象，從而影響管材的使用壽命。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的是提供一種HDPE雙壁波紋管，其解決了純的HDPE回料制備的雙壁波紋管脆性較大的問題，具有提高HDPE雙壁波紋管的韌性的效果。
本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：
一種HDPE雙壁波紋管，包括外壁和內(nèi)壁，外壁由以下重量份的原料組成：HDPE回料：80-90份；填充料：50-60份；色母：5-8份；消泡劑4-8份；內(nèi)壁由以下重量份的原料組成：HDPE回料：70-80份；填充料：50-60份；色母：2-4份；消泡劑：4-8份；HDPE回料由以下步驟制備得到：A1：挑選HDPE廢料，將HDPE廢料破碎成2-3mm的顆粒，以乙醇為介質(zhì)，在超聲波清洗機中清洗去除HDPE表面油污，再用水清洗2-3遍；A2：將HDPE廢料干燥后，按如下重量百分比稱取下述原料：HDPE廢料：70％；POE：10％-25％，余量為HDPE新樹脂，混料；A3：將A2中的原料放入擠出機造粒得到HDPE回料。
進(jìn)一步優(yōu)選為：POE為乙烯-丁烯共聚物，丁烯鏈段所占的比例為30-35％。
聚乙烯(PE)本身是一種結(jié)晶的材料，但由于分子鏈中丁烯的介入破壞了部分聚乙烯的結(jié)晶，丁烯鏈段與結(jié)晶被破壞的聚乙烯鏈段共同形成了彈性的軟段，聚乙烯的結(jié)晶部分形成硬段，起著物理交聯(lián)點的作用，使POE具有了很好的韌性。將其與HDPE共混，其中的PE鏈段與HDPE有優(yōu)良的相容性，丁烯鏈段在HDPE鏈段之間形成柔性橋接部，從而提高HDPE的韌性。與活性碳酸鈣有較好的相容性。
進(jìn)一步優(yōu)選為：超聲波清洗機的功率為68kHZ，清洗溫度為60-80℃。
超聲波清洗機有利于將HDPE廢料表面的油脂更高效地溶解出來，從而提高清洗效率。
進(jìn)一步優(yōu)選為：外壁由以下重量份的原料組成：HDPE回料：82.5份；填充料：56份；黑色母：5份；消泡劑6份；內(nèi)壁由以下重量份的原料組成：HDPE回料：70份；填充料：56份；黑色母：4份；消泡劑：8份；填充料為炭黑；HDPE回料由以下重量百分比的原料組成：HDPE廢料：70％；POE：10％；HDPE：20％。
進(jìn)一步優(yōu)選為：外壁由以下重量份的原料組成：HDPE回料：87.5份；填充料：50份；黑色母：6份；消泡劑5份；內(nèi)壁由以下重量份的原料組成：HDPE回料：75份；填充料：50份；藍(lán)色母：2份；消泡劑：5份；填充料為碳酸鈣；HDPE回料由以下重量百分比的原料組成：HDPE廢料：70％；POE：20％；HDPE：10％。
進(jìn)一步優(yōu)選為：碳酸鈣的目數(shù)為80-100目。
本發(fā)明的第二目的是提供一種HDPE的雙壁波紋管的制備方法。
一種HDPE雙壁波紋管的制備方法，包括如下步驟：
S1：取配方量的HDPE回料，倒入攪拌裝置攪拌；
S2：在攪拌的條件下加入填充料，攪拌2min，加入色母和消泡劑，攪拌4-5min至均勻，放入吸料筒備用；
S3：打開主機電源，再開啟擠出機加熱，升溫到100-120℃保溫2h，再升溫至150-160℃，保溫1h，再升溫至175-185℃，保溫1h；
S4：將擠出機的加料段溫度設(shè)為85-90℃；壓縮段溫度設(shè)為180-190℃；均化段溫度為190-200℃；機頭溫度為210℃，保溫30-40min，向料桶內(nèi)加料，開啟擠出機開始工作。
綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：1、根據(jù)環(huán)柔性測試結(jié)果可以看出，與不添加POE和HDPE新樹脂的純HDPE廢料制備而成的雙壁波紋管相比，或者與只添加POE或者HDPE新樹脂的雙壁波紋管相比，本發(fā)明實施例的結(jié)果均為試樣圓滑，無反向彎曲，無破裂，兩壁無脫開，具有很好的柔韌性，而對比例1-5均有不同程度的破裂，說明加入POE和HDPE新樹脂提高了純HDPE廢料的柔韌性。2、并且抗沖擊試驗結(jié)果也均為≦10％，具有很好的抗沖擊性能，而對比例1-5的抗沖擊性試驗表明，其抗沖擊性能小于本發(fā)明實施例的抗沖擊性能，究其原因是由于本發(fā)明實施例中POE和HDPE新樹脂提高了純HDPE廢料的柔韌性，進(jìn)而提高其抗沖擊性能；3、同時，所有試驗樣的環(huán)剛度都達(dá)到了SN8的級別，表明按照本發(fā)明的配方和方法能夠制備環(huán)剛度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的高環(huán)剛度雙壁波紋管。
具體實施方式
以下對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。
實施例1-4：HDPE回料的制備，其中各組分的含量如表一所示：
A1：挑選HDPE廢料，切除污染嚴(yán)重部分；
A2：將HDPE廢料破碎成2-3mm的顆粒，以乙醇為介質(zhì)，在功率為68kHZ的超聲波清洗機中清洗去除HDPE表面油污，超聲清洗的溫度控制在60-80℃，再用水沖洗2-3遍；
A3：將HDPE廢料干燥后，按配方量稱取下述原料：HDPE廢料、POE和HDPE新樹脂，攪拌均勻；
A4：將A3中攪拌均勻的原料放入擠出機造粒得到HDPE回料。
其中POE為乙烯-丁烯共聚物，其中丁烯鏈段所占的比例為30-35％。
表一：實施例1-4中的組成成分表
實施例5-20：按照下述步驟制備一種HDPE的雙壁波紋管，實施例5-20中的各組分含量參見表二，其中HDPE回料編號1代表組分含量如實施例1所述，HDPE回料編號2代表組分含量如實施例2所述，以此類推。
一種HDPE雙壁波紋管的制備：
S1：取配方量的HDPE回料，倒入攪拌裝置攪拌；
S2：在攪拌的條件下加入填充料，加料完畢后攪拌2min，再加入色母和消泡劑，攪拌4-5min至均勻，將混合均勻的混合料放入吸料筒備用；
S3：打開主機電源，再開啟單螺桿擠出機加熱，以5℃/min的速度升溫到100-120℃后保溫2h，再以5℃/min的速度升溫至150-160℃，保溫1h，最后以5℃/min的速度升溫至175-185℃，保溫1h；
S4：將擠出機的加料段溫度設(shè)為85℃；壓縮段溫度設(shè)為185℃；均化段溫度為200℃；機頭溫度為210℃，保溫30-40min，向料桶內(nèi)加料，開啟單螺桿擠出機開始工作；
S5：通過擠出、成型牽引、切割、噴淋冷卻等后續(xù)工藝完成HDPE雙壁波紋管的制備。
其中，實施例13-20中的碳酸鈣的目數(shù)為80-100目。
制備得到的管材公稱內(nèi)徑有225mm，300mm，400mm，500mm，600mm，800mm幾種規(guī)格，對應(yīng)的管材外徑為260mm，346mm，460mm，578mm，696mm，933mm。管材長度可制成6000mm，9000mm，12000mm。
對比例1-5：
對比例1：與實施例5的不同之處在于，HDPE回料中，HDPE廢料、POE和HDPE新樹脂的重量百分比分別為：90％，10％，0。
對比例2：與實施例5的不同之處在于，HDPE回料中，HDPE廢料、POE和HDPE新樹脂的重量百分比分別為：80％，0，20％。
對比例3：與實施例18的不同之處在于，HDPE回料中，HDPE廢料、POE和HDPE新樹脂的重量百分比分別為：90％，0，10％。
對比例4：與實施例18的不同之處在于，HDPE回料中，HDPE廢料、POE和HDPE新樹脂的重量百分比分別為：80％，20％，0。
對比例5：與實施例18的不同之處在于，HDPE回料中，HDPE廢料、POE和HDPE新樹脂的重量百分比分別為：100％，0，0。
表二 實施例5-20的組成成分表
性能測試
一、抗沖擊性能測試
將實施例5、7、9、11、13、15、17、19以及對比例1-5作為測試樣，按GB/T14152-2001進(jìn)行抗沖擊性能測試，其中管材的公稱內(nèi)徑為600mm。得到的TIR值如表三所示。
二、環(huán)柔性測試
將實施例5、7、9、11、13、15、17、19以及對比例1-5作為測試樣，從一根管子上取(300±20)mm長度的試樣三段，兩端與軸線垂直切平，按照ISO13968:1997進(jìn)行測試。當(dāng)試樣在垂直方向外徑變形量為原外徑的30％時立即卸載，觀察試樣的內(nèi)壁是否保持圓滑，有無反向彎曲，是否破裂，兩壁是否脫開。
三、環(huán)剛度測試
根據(jù)GB/T9647—2003《熱塑性塑料管材環(huán)剛度的測定》，用管材在恒速變形時所測得的力值和變形值確定環(huán)剛度。將管材試樣水平放置，按管材的直徑確定平板的壓縮速度，用兩個互相平行的平板垂直方向?qū)υ嚇邮┘訅毫ΑＴ谧冃螘r產(chǎn)生反作用力，用管材試樣截面直徑方向變形量為0.03di時的力值計算環(huán)剛度(di為管材試樣的內(nèi)徑)。即：用兩塊平行的夾板上下同時對試樣施加壓力，以特定的壓縮速度將試樣壓縮變形至內(nèi)徑的97％時，試樣對平板的反作用力大小體現(xiàn)了管材的環(huán)剛度值。
環(huán)剛度的計算公式為：
S＝(0.0186+0.025Y/d)×F/L×Y (1)
式中：F——相對于管材3.0％變形時的力值，kN；
L——試樣長度，m；
d——試樣內(nèi)徑，m；
Y——相對應(yīng)于3.0％變形時的變形量，m；
S——管材的環(huán)剛度，kN/m2。
由(1)式可以看出：管材的環(huán)剛度受到試樣長度、試樣內(nèi)徑、變形量和變形后力值的影響，而對于特定的樣品，試樣長度、變形量為定值，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)徑同樣有明確的要求，因此，力值F是惟一的可變量，力值F越大，環(huán)剛度S越大。原料的彈性模量的大小決定了該力值的大小。
四、烘箱試驗：
從一根管材上不同部位切取三段試樣，試樣長度為300mm±20mm。將烘箱溫度升到110℃時放入試樣，試樣放置時不得相互接觸且不與烘箱壁接觸，待烘箱溫度回升到110℃時開始計時，維持烘箱溫度110℃±2℃，試樣在烘箱內(nèi)加熱時間為60min。加熱到規(guī)定時間后，從烘箱內(nèi)將試樣取出，冷卻至室溫，檢查試樣有無開裂和分層及其他缺陷。
表三性能測試結(jié)果匯總表
根據(jù)表三的性能測試結(jié)果可以看出，與不添加POE和HDPE新樹脂的純HDPE廢料制備而成的雙壁波紋管相比，或者與只添加POE或者HDPE新樹脂的雙壁波紋管相比，本發(fā)明實施例的環(huán)柔性測試結(jié)果均為試樣圓滑，無反向彎曲，無破裂，兩壁無脫開，具有很好的柔韌性，而對比例1-5均有不同程度的破裂，說明加入POE和HDPE新樹脂提高了純HDPE廢料的柔韌性。并且抗沖擊試驗結(jié)果也均為≦10％，具有很好的抗沖擊性能，而對比例1-5的抗沖擊性試驗表明，其抗沖擊性能小于本發(fā)明實施例的抗沖擊性能，究其原因是由于本發(fā)明實施例中POE和HDPE新樹脂提高了純HDPE廢料的柔韌性，進(jìn)而提高其抗沖擊性能。同時，所有試驗樣的環(huán)剛度都達(dá)到了SN8的級別，表明按照本發(fā)明的配方和方法能夠制備環(huán)剛度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的高環(huán)剛度雙壁波紋管。