本发明涉及化工材料领域，确切地说是一种交联聚乙烯热水管材及其制备方法。
背景技术：
交联聚乙烯凭其独特的分子结构(三维网状热固性结构)和优异的性能(如耐压强度大、耐热等级高、耐腐蚀性能好，其管材制品在90℃、2.0MPa的条件下使用寿命可达50年)广泛应用于地板采暖、冷暖给水和电线电缆等领域。
随着全球能源紧张局势的不断加剧，节能新技术-地板辐射采暖的推广应用得到了长足的发展，交联聚乙烯管材的市场需求也在逐年递增。
聚乙烯交联后改善了聚乙烯本身热变形温度低、抗蠕变性和刚性不足等缺点，在耐热性、耐老化性、耐环境应力开裂等方面都有了很大的提高，使其成为最佳的热水管材之一。
按照交联方式的不同，交联聚乙烯管目前可分为过氧化物交联聚乙烯(PE-Xa)管、硅烷交联聚乙烯(PE-Xb)管和辐射交联聚乙烯(PE-Xc)管.
PE-Xa管材是将PE、过氧化物交联剂混合加入间歇冲击式挤出机中生产的。高温高压下PE的分子链在过氧化物交联剂的引发下实现化学交联。
PE-Xb管材是先将PE和乙烯基硅烷在挤出机中接枝制得可交联的硅烷接枝PE管材，然后在催化剂的存在下水解缩合交联。
PE-Xc管材是先用普通管材挤出机挤出管材，然后再于辐照装置中在一定剂量的高能射线作用下，PE分子结构中的一部分主链或侧链被高能射线打断，产生自由基，这些自由基彼此再结合后形成交联键。
但是过氧化物交联聚乙烯管材具有生产速度极慢，稳定性难以控制，能耗大，交联度不高等缺点。硅烷交联聚乙烯管材具有容易产生预交联、原料储存时间短、交联度不稳定、管材挤出成型后需要进行长时间的水煮才能进行交联，导致生产周期长等缺点。辐射交联聚乙烯管材的挤出与交联完全分离，挤出量不受限制，产品的产量完全由辐射过程决定，但这种方法的主要缺点在于对大截面制品(如厚壁管)所需的辐射能量极为巨大，为获得均匀的交联密度，制品需不停的转动，速度极慢。同时设备投资成本相当昂贵、操作维护复杂、防护要求苛刻。
近年来，紫外光辐照交联技术已经成功应用于电线电缆行业，该项技术具有独特的优势：所需交联设备投资低、工艺简单、操作维护方便，节能环保、生产效率高、产品成本低，耐高温特性和力学性能优良，同时由于采用紫外光作为辐照源，可适用于制造不同尺寸的产品。然而紫外光辐照技术由于紫外光的能量较低导致穿透力较低，因此需在制品熔融透明状态下进行辐照交联。聚乙烯在冷却条件下进行紫外光辐照则无法得到满意的交联度，因为聚乙烯冷却后结晶，结晶后的材料不透明导致紫外光无法穿透而得不到满意的交联度。例如紫外光辐照交联聚乙烯电线电缆材料时需在挤出机出口处进行辐照，才能达到合格的交联度。然而管材的生产不同于电线电缆，管材在挤出后需首先进行冷却定径，只有冷却定径后才能进行下一步工艺。如在挤出后立即进行紫外光辐照交联后再定径，则会由于管材已经发生了交联导致定径不准确。
技术实现要素：
本发明要解决现有的制备交联聚乙烯管材的过氧化物法存在能量消耗大、生产效率低；硅烷交联法容易产生预交联、原料储存时间短、需进行长时间水煮、生产周期长；辐射交联法存在设备投资高，操作维护复杂、防护要求苛刻的问题，而提供一种紫外光交联聚乙烯热水管材及其制备方法。
一种交联聚乙烯热水管材，其特征在于：其是由下述重量份的原料制得：100份聚乙烯，0.1-5.0份自由基光引发剂、0.1-5.0份多官能团交联剂、0.1-5.0份交联促进剂、0.1-5.0份透明剂和0.1份-5.0份复合抗氧剂。
所述的一种紫外光交联聚乙烯热水管材，其特征在于，所述聚乙烯为高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE、中密度聚乙烯MDPE和线性低密度聚乙烯LLDPE中的一种或几种组合。
所述的一种紫外光交联聚乙烯热水管材，其特征在于，所述自由基引发剂为安息香双甲醚、二烷基苯乙酮、占吨酮、蒽醌或者二苯甲酮及其衍生物中的一种或几种的组合。
所述的一种紫外光交联聚乙烯热水管材，其特征在于，所述多官能团交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三烯丙醚、季戊四醇三烯丙醚、季戊四醇四烯丙醚和三甘醇甲基丙烯酸酯中的一种或者几种的组合。
所述的一种紫外光交联聚乙烯热水管材，其特征在于，所述交联促进剂为二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基咪唑、二乙基咪唑及其衍生物中的一种或几种的组合。
所述的一种紫外光交联聚乙烯热水管材，其特征在于,所述透明剂为二苄叉山梨醇、二(对一甲基苄叉)山梨醇、二(对氯取代苄叉)山梨醇及山梨醇苄叉衍生物中的一种或几种的组合。
根据权利要求1所述的一种紫外光交联聚乙烯热水管材，其特征在于，所述复合抗氧剂由酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂和含硫酯类抗氧剂中的两种或两种以上组成。
一种紫外光交联聚乙烯热水管材的制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数取各原料，高速搅拌均匀得到混合料；
(2)将挤塑机加热到120-250℃，投入步骤(1)得到的混合料，然后进行挤出、冷却定型；
(3)在步骤(2)中冷却定型后的物料通过紫外光辐照交联设备，采用紫外光波长为300-400nm、功率密度500-8000mW/cm2的紫外光源进行辐照交联，光照时间1-30s，得到紫外光交联聚乙烯管材。
本发明的有益效果为：
本发明优化了聚乙烯材料配方的基础上采用紫外光辐照交联的方法，制备交联聚乙烯热水管材。
针对过氧化物法存在能量消耗大、生产效率低；硅烷交联法容易产生预交联、原料储存时间短、需进行长时间水煮、生产周期长；辐射交联法存在设备投资高，操作维护复杂、防护要求苛刻等缺点，本发明提供一种紫外光辐照交联的方法来克服上述传统方法的缺点。紫外光辐照交联法的设备投资低、操作简单、节能环保、生产效率高、产品成本低，所得产品的性能优良。
针对由于聚乙烯在冷却后紫外光交联效率低以至于无法得到令人满意的交联度的特点，本发明对聚乙烯紫外光交联管材配方体系作了大量的试验筛选，发现通过交联合适量的交联促进剂和成核透明剂。可使冷却状态下的聚乙烯的紫外光交联效率和相关性能得到显著提高。
具体实施方式
以下结合优选的实施方式，以及管材的测量参数对本发明进一步进行说明和解释。
实施例一
本实施例紫外光交联聚乙烯热水管材及其制备方法按以下步骤进行：
一、按重量份数称取100份高密度聚乙烯(5000S)、2.5份BDK、1.8份TAIC、2.5份交联促进剂二乙基苯胺、0.7份透明剂二苄叉山梨醇、0.2份抗氧剂300和0.2份TPP；
二、将以上原料在混料机中以250rpm的速度搅拌10min后得到混合料；
三、将挤塑机预热到170℃，投入步骤二得到的混合料，使得混合料充分塑化，挤出并进入定径装置；
四、定径结束后，进入紫外光辐照交联设备中进行辐照，采用紫外光波长为385nm、功率密度6000mW/cm2的紫外光源进行辐照交联，平均光照时间2s，得到紫外光辐照交联聚乙烯热水管材。
实施例二
一、按重量份数称取75份高密度聚乙烯(5000S)、25份线性低密度聚乙烯(7042)、2.2份4-氯二苯甲酮、1.2份TMPTA、1.2份交联促进剂二甲基咪唑、0.5份透明剂二(对氯取代苄叉)山梨醇、0.3份抗氧剂1010和0.1份DLTP；
二、将以上原料在混料机中以250rpm的速度搅拌8min后得到混合料；
三、将挤塑机预热到165℃，投入步骤二得到的混合料，使得混合料充分塑化，挤出并进入定径装置；
四、定径结束后，进入紫外光辐照交联设备中进行辐照，采用紫外光波长为365nm、功率密度5000mW/cm2的紫外光源进行辐照交联，平均光照时间3s，得到紫外光辐照交联聚乙烯热水管材。
对比试验(此对比试验原料中未添加交联促进剂和透明剂，其余原料与实施例二相同)
一、按重量份数称取75份高密度聚乙烯(5000S)、25份线性低密度聚乙烯(7042)、2.2份4-氯二苯甲酮、1.2份TMPTA、0.3份抗氧剂1010和0.1份DLTP；
二、将以上原料在混料机中以250rpm的速度搅拌8min后得到混合料；
三、将挤塑机预热到165℃，投入步骤二得到的混合料，使得混合料充分塑化，挤出并进入定径装置；
四、定径结束后，进入紫外光辐照交联设备中进行辐照，采用紫外光波长为365nm、功率密度5000mW/cm2的紫外光源进行辐照交联，平均光照时间3s，得到紫外光辐照交联聚乙烯热水管材。
对实施例一和实施例二所得交联聚乙烯热水管进行测试，所得数据如下表：
实施例一和实施例二中紫外光交联聚乙烯热水管材料经紫外光辐照交联后，性能优良，完全可以满足交联热水管的性能要求。而作为对比试验中没有添加交联促进剂和透明剂，其交联度仅为23.2％，抗拉强度17.8MPa，同时热老化试验无法通过。