本发明涉及材料加工技术领域，具体而言，涉及一种聚乙烯材料及其制备方法与应用。
背景技术：
波纹管是由高密度聚乙烯(hdpe)添加若干必要的助剂经过挤出成型，成为外层呈波纹状内层光滑的新型渗排水塑料管材，主要用于城镇建筑外污水、雨水排放。透水波纹管是通过在凹槽处打孔，管外四周外包针刺土工布加工而成。根据波纹管类型可分为单壁透水波纹管和双壁透水波纹管。目前，可采用高密度聚乙烯(hdpe)新原料加工，或采用直接添加无机物、废旧塑料加工而成。
波纹管最重要的技术指标是环刚度以及冲击韧性，其产品标准规定允许加入一定量的无机物和符合要求的回收塑料。然而，一方面，相关技术中采用全新原料加工，导致生产成本过高，产品环刚度偏低，又需要通过增加管道壁厚，来提高管道的环刚度，更进一步提高了成本，严重影响其市场竞争力和推广应用；另一方面，许多企业加工时，相关技术中直接通过添加无机填料来提高管道的环刚度，往往导致造成管材性能不稳定，冲击韧性下降，难以达到使用要求。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种聚乙烯材料，所述的聚乙烯材料成本低，加工性能好，适用于制备管材，所得管材管道环刚度高、冲击韧性好，能够满足管道应用的要求，符合国家节能、环保、循环经济的产业政策。
本发明的第二目的在于提供一种所述的聚乙烯材料的制备方法，该方法工艺简单，适于大规模生产。
本发明的第三目的在于提供一种所述的聚乙烯材料的应用，所述的聚乙烯材料适用于制备管材，尤其适用于制备波纹管材，所得管材管道环刚度高、冲击韧性好，能够满足管道应用的要求，符合国家节能、环保、循环经济的产业政策。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种聚乙烯材料，所述聚乙烯材料主要由以下质量份数的原料制备得到：
高密度聚乙烯70-90份、低密度聚乙烯10-30份和硅酸盐填料1-5份。
本发明聚乙烯材料采用特定用量比例的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和硅酸盐填料制备得到，成本低，加工性能好，适用于制备管材，所得管材管道环刚度高、冲击韧性好，能够满足管道应用的要求，符合国家节能、环保、循环经济的产业政策。
优选地，所述聚乙烯材料主要由以下质量份数的原料制备得到：
高密度聚乙烯75-85份、低密度聚乙烯10-20份和硅酸盐填料1-3份。
进一步优选地，所述聚乙烯材料主要由以下质量份数的原料制备得到：
高密度聚乙烯80份、低密度聚乙烯10份和硅酸盐填料2份。
可选地，所述原料还包括抗氧剂。
可选地，所述抗氧剂的用量为0.01-0.1份，优选为0.03-0.07份，进一步优选为0.05份。
可选地，所述高密度聚乙烯包括高密度聚乙烯片料中的一种或多种，优选包括高密度聚乙烯小中空片料和高密度聚乙烯大中空片料中的一种或多种。
可选地，所述低密度聚乙烯包括低密度聚乙烯颗粒料中的一种或多种。
可选地，所述高密度聚乙烯包括高密度聚乙烯回收料中的一种或多种。
可选地，所述低密度聚乙烯包括低密度聚乙烯回收料中的一种或多种，优选包括低密度聚乙烯膜再生颗粒料中的一种或多种。
可选地，所述硅酸盐填料包括片层硅酸盐填料中的一种或多种，优选包括片层蒙脱土。
上述的一种聚乙烯材料的制备方法，按比例将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，再加入硅酸盐填料，继续捏合，挤出塑化造粒，得到一种聚乙烯材料。
本发明聚乙烯材料的制备方法工艺简单，适于大规模生产。
可选地，按比例将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，再加入硅酸盐填料和抗氧剂，继续捏合，挤出塑化造粒，得到一种聚乙烯材料。
可选地，捏合前控制所述高密度聚乙烯的含水量为0.1wt％以下。
可选地，所述将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合的捏合温度为80-100℃，优选为90℃。
可选地，所述将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合的捏合时间为5-8min，优选为6min。
可选地，将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，冷却，再加入硅酸盐填料，或硅酸盐填料和抗氧剂。
可选地，所述将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，冷却至50℃以下，优选冷却至50℃。
可选地，所述继续捏合的捏合温度为50-80℃，优选为70℃。
可选地，所述继续捏合的捏合时间为5-8min，优选为6min。
可选地，所述挤出塑化造粒采用挤出机进行，优选采用双螺杆挤出机进行；
可选地，所述挤出塑化造粒的料筒温度分别为90-110℃、110-130℃、130-150℃、150-170℃、150-170℃和170-190℃，优选分别为100℃、120℃、140℃、160℃、160℃和180℃。
可选地，所述挤出机机头温度控制为170-190℃、170-190℃和170-190℃，优选控制为180℃、180℃和180℃。
可选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为180-200r/min，优选为190r/min。
可选地，所述挤出后进行二次过滤。
可选地，所述二次过滤中第一次过滤采用80目滤网。
可选地，所述二次过滤中第二次过滤采用100目滤网。
可选地，所述挤出后采用拉条、水冷、风切工艺进行造粒。
上述的一种聚乙烯材料的应用，所述聚乙烯材料用于制备管材，优选用于制备波纹管材。
本发明聚乙烯材料适用于制备管材，尤其适用于制备波纹管材，所得管材管道环刚度高、冲击韧性好，能够满足管道应用的要求，符合国家节能、环保、循环经济的产业政策。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明聚乙烯材料采用特定用量比例的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和硅酸盐填料制备得到，制备方法工艺简单，成本低。所得聚乙烯材料加工性能好，适用于制备管材，尤其适用于制备波纹管材。所得管材管道环刚度高、冲击韧性好，能够满足管道应用的要求，符合国家节能、环保、循环经济的产业政策。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式提供的实施例提供的聚乙烯材料的制备方法工艺流程图。
附图标记：
1-捏合机；2-平行同向双螺杆挤出机；3-风切造粒机；
4-脱水机；5-成品料收集装置。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明具体实施方式中提供了一种聚乙烯材料，所述聚乙烯材料主要由以下质量份数的原料制备得到：
高密度聚乙烯70-90份、低密度聚乙烯10-30份和硅酸盐填料1-5份。
本发明聚乙烯材料采用特定用量比例的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和硅酸盐填料制备得到，成本低，加工性能好，适用于制备管材，所得管材管道环刚度高、冲击韧性好，能够满足管道应用的要求，符合国家节能、环保、循环经济的产业政策。
优选地，所述聚乙烯材料主要由以下质量份数的原料制备得到：
高密度聚乙烯75-85份、低密度聚乙烯10-20份和硅酸盐填料1-3份。
进一步优选地，所述聚乙烯材料主要由以下质量份数的原料制备得到：
高密度聚乙烯80份、低密度聚乙烯10份和硅酸盐填料2份。
采用特定用量的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和硅酸盐填料，有助于进一步提高所得聚乙烯材料的综合性能，进一步提高采用这种聚乙烯材料制备得到的管材的环刚度和冲击韧性。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述原料还包括抗氧剂，可采用市售各类抗氧剂。
抗氧剂是一类化学物质，又被称为“防老剂”。可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述抗氧剂的用量为0.01-0.1份，优选为0.03-0.07份，进一步优选为0.05份。
采用特定用量比例的抗氧剂，有助于提高所得聚乙烯材料的耐老化性能。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述高密度聚乙烯包括高密度聚乙烯片料中的一种或多种，优选包括高密度聚乙烯小中空片料(主要是常用生活日用品塑料瓶)和高密度聚乙烯大中空片料(主要是塑料桶)中的一种或多种。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述低密度聚乙烯包括低密度聚乙烯颗粒料中的一种或多种。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述高密度聚乙烯包括高密度聚乙烯回收料中的一种或多种。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述低密度聚乙烯包括低密度聚乙烯回收料中的一种或多种，优选包括低密度聚乙烯膜再生颗粒料(主要是由工业包装膜回收再造粒)中的一种或多种。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述硅酸盐填料包括片层硅酸盐填料中的一种或多种，优选包括片层蒙脱土。
片层硅酸盐填料对聚乙烯具有特殊的改型性能，能够充分提高采用所得聚乙烯材料制备的管材的环刚度。而蒙脱土是一种经过插层处理的片状硅酸盐，又名胶岭石、微晶高岭石，被称为“万能材料”，具有很强的吸附能力和阳离子交换性能，能够明显改善聚乙烯的强度、韧性，弯曲模量。
上述的一种聚乙烯材料的制备方法，按比例将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，再加入硅酸盐填料，继续捏合，挤出塑化造粒，得到一种聚乙烯材料。
本发明聚乙烯材料的制备方法工艺简单，适于大规模生产。
本发明一种优选的具体实施方式中，按比例将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，再加入硅酸盐填料和抗氧剂，继续捏合，挤出塑化造粒，得到一种聚乙烯材料。
本发明一种优选的具体实施方式中，捏合前控制所述高密度聚乙烯的含水量为0.1wt％以下。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合的捏合温度为80-100℃，优选为90℃。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合的捏合时间为5-8min，优选为6min。
本发明一种优选的具体实施方式中，将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，冷却，再加入硅酸盐填料，或硅酸盐填料和抗氧剂。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述将高密度聚乙烯和低密度聚乙烯捏合后，冷却至50℃以下，优选冷却至50℃。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述继续捏合的捏合温度为50-80℃，优选为70℃。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述继续捏合的捏合时间为5-8min，优选为6min。
采用特定捏合条件，有助于各原料之间的充分混合，充分提高所得聚乙烯材料的综合性能。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述挤出塑化造粒采用挤出机进行，优选采用双螺杆挤出机进行；
本发明一种优选的具体实施方式中，所述挤出塑化造粒的料筒温度分别为90-110℃、110-130℃、130-150℃、150-170℃、150-170℃和170-190℃，优选分别为100℃、120℃、140℃、160℃、160℃和180℃。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述挤出机机头温度控制为170-190℃、170-190℃和170-190℃，优选控制为180℃、180℃和180℃。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为180-200r/min，优选为190r/min。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述挤出后进行二次过滤。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述二次过滤中第一次过滤采用80目滤网。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述二次过滤中第二次过滤采用100目滤网。
采用特定挤出塑化造粒工艺，能够使片层硅酸盐填料充分发挥改性作用，充分提高所得聚乙烯材料的综合性能，提高采用这种聚一次材料制备得到的管材的性能稳定性和冲击韧性。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述挤出后采用拉条、水冷、风切工艺进行造粒。
颗粒经冷却，烘干。经旋风分离器分出颗粒成品，包装待用。
上述的一种聚乙烯材料的应用，所述聚乙烯材料用于制备管材，优选用于制备波纹管材。
本发明聚乙烯材料适用于制备管材，尤其适用于制备波纹管材，所得管材管道环刚度高、冲击韧性好，能够满足管道应用的要求，符合国家节能、环保、循环经济的产业政策。
本发明一种优选的具体实施方式中，聚乙烯材料的制备方法工艺流程图如图1所示，主要包括捏合机(连接喂料机)1、平行同向双螺杆挤出机(连接换网器)2、风切造粒机3、脱水机(连接振动筛和压力泵)4和成品料收集装置5。
本发明具体实施方式中所采用的高密度聚乙烯(hdpe)小中空塑料片、高密度聚乙烯(hdpe)大中空塑料片，低密度聚乙烯(ldpe)膜再生颗粒，片层蒙脱土和抗氧剂,其中：
hdpe小中空要求：熔融指数(5kg测试)在2g/10min内，密度0.965kg/m3内，灰分在3％(质量分数)内，颜色不限；
hdpe大中空要求：熔融指数(5kg测试)在0.5g/10min内，密度0.965kg/m3内，灰分在3％(质量分数)内，颜色不限；
ldpe膜颗粒要求：熔融指数(2.16kg测试)在2g/10min内，密度0.930kg/m3内，灰分在3％(质量分数)内，断裂伸长率在500％以上，颜色不限；
蒙脱土要求：片状，粒径为2位数纳米级；
抗氧剂要求：1010型号。
实施例1
一种聚乙烯材料的制备方法，包括：
第一步：配料准备：对高密度聚乙烯(全部采用小中空塑料片)分选、干燥，控制水分含量小于0.1％，同时准备好低密度聚乙烯、蒙脱土和抗氧剂原料。对加工设备调试好温度，设备预热。防止杂质混入，选用好合适的过滤网过滤。
第二步：配方称重：按照高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、蒙脱土和抗氧剂的质量比为70：10：1：0.01，按照设备容积投料系数，估算投料量。
第三步：搅拌捏合：把高密度聚乙烯和低密度聚乙烯加入混合，投入捏合机混合，塑炼原料，一般混合时间在5min,温度控制在100℃，冷却至50℃，再加入蒙脱土和抗氧剂，在50℃充分搅拌捏合8min。
第四步：挤出造粒：使用平行同向双螺杆挤出机组进行塑化造粒，温度控制在90℃、110℃、130℃、150℃、150℃和170℃。机头温度控制三段170℃、170℃和170℃。螺杆转速200r/min。选用二次过滤，第一道过滤采用80目3层滤网，第二道过滤采用100目2层滤网。采用拉条，水冷，风切造粒工艺。颗粒经冷却，烘干。经旋风分离器分出颗粒成品，包装待用。
实施例2
一种聚乙烯材料的制备方法，采用实施例1的方法，区别在于：
第一步：高密度聚乙烯全部采用大中空塑料片；
第二步：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、蒙脱土和抗氧剂的质量比为90：30：5：0.1；
第三步：一般混合时间在8min,温度控制在80℃，冷却至40℃，再加入蒙脱土和抗氧剂，在80℃充分搅拌捏合5min；
第四步：挤出造粒：使用平行同向双螺杆挤出机组进行塑化造粒，温度控制在110℃、130℃、150℃、170℃、170℃和190℃。机头温度控制三段190℃、190℃和190℃。螺杆转速180r/min。
实施例3
一种聚乙烯材料的制备方法，采用实施例1的方法，区别在于：
第一步：高密度聚乙烯采用小中空塑料片和大中空塑料片(小中空塑料片和大中空塑料片的质量比为30：45)；
第二步：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、蒙脱土和抗氧剂的质量比为75：10：1：0.03；
第三步：一般混合时间在6min,温度控制在95℃，冷却至45℃，再加入蒙脱土和抗氧剂，在60℃充分搅拌捏合7min；
第四步：挤出造粒：使用平行同向双螺杆挤出机组进行塑化造粒，温度控制在95℃、115℃、135℃、155℃、155℃和175℃。机头温度控制三段175℃、175℃和175℃。螺杆转速195r/min。
实施例4
一种聚乙烯材料的制备方法，采用实施例1的方法，区别在于：
第一步：高密度聚乙烯采用小中空塑料片和大中空塑料片(小中空塑料片和大中空塑料片的质量比为45：40)；
第二步：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、蒙脱土和抗氧剂的质量比为85：20：3：0.07；
第三步：一般混合时间在7min,温度控制在85℃，冷却至50℃，再加入蒙脱土和抗氧剂，在70℃充分搅拌捏合6min；
第四步：挤出造粒：使用平行同向双螺杆挤出机组进行塑化造粒，温度控制在105℃、125℃、145℃、165℃、165℃和185℃。机头温度控制三段185℃、185℃和185℃。螺杆转速185r/min。
实施例5
一种聚乙烯材料的制备方法，采用实施例1的方法，区别在于：
第一步：高密度聚乙烯采用小中空塑料片和大中空塑料片(小中空塑料片和大中空塑料片的质量比为30：50)；
第二步：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、蒙脱土和抗氧剂的质量比为80：10：2：0.05；
第三步：一般混合时间在6min,温度控制在90℃，冷却至50℃，再加入蒙脱土和抗氧剂，在70℃充分搅拌捏合6min；
第四步：挤出造粒：使用平行同向双螺杆挤出机组进行塑化造粒，温度控制在100℃、120℃、140℃、160℃、160℃和180℃。机头温度控制三段180℃、180℃和180℃。螺杆转速190r/min。
实施例6-10
一种聚乙烯材料的制备方法，依次分别采用实施例1-5的方法，区别在于，均不使用抗氧剂。
对比例1-5
一种聚乙烯材料的制备方法，依次分别采用实施例1-5的方法，区别在于，均不使用片层蒙脱土。
对比例6
一种双壁波纹管，生产商为宁夏青龙管材有限公司，型号为ql-pe-ps500，规格为dn500mm。
对比例7
一种双壁波纹管，生产商为南京国晋塑胶有限公司，型号为gj-pesb500,规格为dn500mm。
采用本发明各实施例和对比例制备得到的聚乙烯材料，制备双壁波纹管。双壁波纹管是经过挤出和特殊的成型工艺加工而成，内壁光滑，外壁为封闭波纹型的一种新型轻质管材。加工步骤大致为：1、混合筛后粉料；2、向挤出机上料；3、挤出机加热塑化；4、挤出机头分流；5、压缩成双层薄壁管状；6、在模块与定径套间由压缩空气吹涨；7、内外壁成型；8、冷却水次序却定型；9、连续牵引管材脱模。
一般规格为：dn110mm，dn125，dn150，dn220，dn225mm，dn250，dn300mm，dn400mm,dn500mm，dn600mm，dn700mm，dn800，dn1000，dn1200等多种规格产品，常用的dn300mm，dn400mm,dn500mm，dn600mm加工生产。
对上述采用本发明各实施例和对比例所得聚乙烯材料制备得到的双壁波纹管进行性能检测，所得结果如下：
采用国标gb/t19472.1-2004《埋地用聚乙烯(pe)结构壁管道系统第一部分:聚乙烯双壁波纹管管材》测试方法进行检测：环刚度最少为4kn/m2(一般最大为6.3kn/m2)，冲击韧性是落锤冲击9/10次。
表1本发明聚乙烯材料制备得到波纹管性能测试结果
注：表1中所得双壁波纹管的规格均为dn500mm。
通过表1可以看出，使用本发明提供的波纹管专用料生产的双壁波纹管环刚度和冲击韧性优异。相比之下，抗氧剂的使用对所得双壁波纹管环刚度和冲击韧性的影响较小，但使用抗氧剂能够有效延长所得双壁波纹管的使用寿命。而添加片层蒙脱土可使所得双壁波纹管的环刚度和冲击韧性显著提高，片层蒙脱土对于提高双壁波纹管的环刚度和冲击韧性具有显著的增效作用。同时，相比现有技术中的同类产品，本发明所得双壁波纹管的环刚度可以提高约15-20％，冲击韧性提高约10％。本发明大大降低生产成本，提高市场竞争力和应用的普及率，同时已经补充添加足够的抗氧剂，因此在耐候性上，完全与新料加工的管道一致。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。