聚乙烯实壁管及其生产装置和给水管专用色母的制作方法

[0001]
本发明涉及聚乙烯管材技术领域，尤其涉及一种聚乙烯实壁管及其生产装置和给水管专用色母。


背景技术：

[0002]
随着部分大城市禁止使用镀锌钢管作为生活给水管后，许多城市开始推广聚乙烯管材，聚乙烯管材尤其适用于旧管非开挖改造以及新型居住区的管道敷设。但是由于聚乙烯管材本身的特点，也存在一定的缺点，理论上，生产聚乙烯给水管材应当使用混配专用料生产，但目前混配料价格较高，且很多石化厂没有计划进行投产，导致材料供应量非常有限，基本只有有限的国外进口资源，进口材料能提供的产量也不稳定，而且混配料价格一般高于同等级白料800-1000元/吨，导致产品造价远远高于市场流通产品行情价格。基于此，国内多数的聚乙烯管材大多数时候还是保持采用白加黑方式生产管材，即企业自行采取本色料加黑色母料，白加黑方式生产管材存在以下隐患及不稳定因素：
[0003]
a、炭黑含量达不到国家标准要求，传统行业qb/t4132标准规定色母中炭黑含量为38％-41％，而管材要求炭黑含量要求2.0-2.5％，意味着色母添加量必须达到6％及以上，添加量过大管材表面麻点多，因此市面上大多数采用白加黑的生产管材方式基本都是有意减低色母添加量，现有技术一般只有 2％-3％色母添加量才能达到良好的外观，加上色母本身色母含量不高，实际管材炭黑含量一般只有1％左右，达不到国家标准要求；
[0004]
b、色母中碳黑品种选用难达合理程度；
[0005]
c、碳黑分散度达不到标准要求；
[0006]
d、采用集中供料系统混料，由于混料量很大，混合料往往是暴露在空气中，色母中有大量炭黑，有吸潮的风险，如采用烘干系统，电能耗用大，成本高；
[0007]
e、混料均匀性难以保证。
[0008]
另外，采用了传统的人工投料及螺旋提升混料工艺，由于人工拌料存在失误可能性，以及色母和聚乙烯原料本身存在比较大的密度差异，加上色母本身质量可靠性不佳。因此目前采用的色母及生产工艺采用“白加黑”的做法对管材的寿命、应力开裂性能、卫生安全性均会产生严重的质量隐患。长期老化性不佳，导致爆管，给人们生活带来不便，这些缺点限制了聚乙烯给水管的推广应用，在未能满足混配料供应情况下，如何解决白加黑方式生产管材出现的问题是当前聚乙烯给水管生产企业急需解决的难题。


技术实现要素：

[0009]
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种聚乙烯实壁管，解决给水管产品炭黑含量不合格的问题，通过非混配料生产方式，获得符合国家标准的产品，同时降低原料成本和设备投入成本，提高产品市场竞争力；本发明的目的之二在于提供一种聚乙烯实壁管的生产装置；本发明的目的之三在于提供一种给水管专用色母。
[0010]
为了实现上述目的，提供了如下技术方案：
[0011]
一种聚乙烯实壁管，其特征在于：所述聚乙烯实壁管包括以下重量份的原料：hdpe树脂94.7-95.2份、给水管专用色母4.8-5.3份，
[0012]
所述的给水管专用色母由以下重量份的原料组成：纳米炭黑43-48份、 hdpe树脂30-40份、ldpe树脂5-15份、润滑剂0.2-2份、抗氧剂0.2-1.0份、超级分散剂0.5-3份。
[0013]
可选的是，所述给水管专用色母的制备步骤为：按上述组分的纳米炭黑和hdpe树脂在80-110℃进行预混5-10min；加入润滑剂和超级分散剂预混 5-10min；加入抗氧剂预混5-10min；预混好的带有热量的粉体从上端直接输送至密炼机，在140-180℃下密炼15-30min；密炼后的熔体直接进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒，即得。
[0014]
可选的是，所述的hdpe树脂为pe100管材专用料。
[0015]
可选的是，所述炭黑粒径为22-26纳米，优选为全蒽油类炭黑。
[0016]
可选的是，所述润滑剂为pe蜡和氧化聚乙烯蜡的混合物。
[0017]
可选的是，所述抗氧剂为168和1010的混合物。
[0018]
可选的是，所述的超级分散剂为一种带有极性基团的乙撑双脂肪酸酰胺类与偶联剂的混合物，所述的偶联剂优选为钛酸酯偶联剂。
[0019]
聚乙烯实壁管的生产装置，其特征在于，包括原料储料罐、失重式喂料机、色母储料罐、色母输送管道、混料通道、实壁管挤出机、牵引机和米重控制器，
[0020]
所述挤出机包括料筒、设置在料筒内的混料螺杆，以及用于检测混料螺杆转速的主轴传感器，牵引机上设置有用于检测牵引机牵引速度的牵引机传感器，
[0021]
原料储料罐的输出口与称重系统的输入口连通，称重系统的输出口与混料通道的上端连通，混料通道的侧壁上设有色母输入口，色母输送管道一端通过色母输入口与混料通道连通，另一端与色母储料罐的输出口连通，色母输送管道内设有加料螺杆，加料螺杆由伺服电机驱动，伺服电机与侧喂料微电脑控制器电连接，侧喂料微电脑控制器、失重式喂料机、主轴传感器、牵引机传感器均与米重控制器电连接。
[0022]
一种给水管专用色母，其特征在于，所述的给水管专用色母由以下重量份的原料组成：纳米炭黑43-48份、hdpe树脂30-40份、ldpe树脂5-15份、润滑剂0.2-2份、抗氧剂0.2-1.0份、超级分散剂0.5-3份。
[0023]
可选的是，所述给水管专用色母的制备步骤为：按上述组分的纳米炭黑和hdpe树脂在80-110℃进行预混5-10min；加入润滑剂和超级分散剂预混 5-10min；加入抗氧剂预混5-10min；预混好的带有热量的粉体从上端直接输送至密炼机，在140-180℃下密炼15-30min；密炼后的熔体直接进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒，即得。
[0024]
采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明将色母中炭黑含量要求提高至43-48％，以适当减少色母添加量，解决给水管产品炭黑含量不合格问题；同时，合适的熔融指数可以保证更好的流动性，改善黑色母分散不佳问题；调整色母生产的工艺，增加预混工艺，提高炭黑在hdpe 载体中均匀分散，先采用润滑剂进行包裹，再采用超级分散剂进行包裹，最后将抗氧剂附着在最外表面及分散在各个位置，形成分散及抗氧的协同效应；本发明色母的挥发分≤1000mg/kg，灰分≤0.5％，解决色母料吸潮问题，不用烘料；采用侧喂料+失重式称量系统方式，将色母与hdpe原料分开独立计量控制，实现比例的可控性和混料的均匀性，减少混料罐投入，减少工人劳动强度，自动化水平很高，操作简单，色母分开计量也不存在混合料生产结束后剩余问题，结合色母的组分、性能及工艺协调控
制，可实现生产聚乙烯管材符合国家标准的要求，在保证产品质量符合国家标准的前提下达到采用独立白加黑形式替代混配料的目的，拓展了聚乙烯实壁管的用料范围，大幅度降低了材料成本。
附图说明
[0025]
图1为本发明新型聚乙烯实壁管的生产装置的结构示意图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细的说明。
[0027]
实施例1
[0028]
给水管专用色母由以下重量份的原料组成：纳米炭黑43份、hdpe树脂 40份、ldpe树脂15份、润滑剂0.2份、抗氧剂1.0份、超级分散剂0.5份。
[0029]
优选地，所述的hdpe树脂为pe100管材专用料。
[0030]
优选地，所述的润滑剂为pe蜡和氧化聚乙烯蜡按一定比例的混合物。
[0031]
优选地，所述的抗氧剂为168和1010按一定比例的混合物。
[0032]
优选地，所述的超级分散剂为一种带有极性基团的乙撑双脂肪酸酰胺类与偶联剂的混合物。所述的偶联剂优选为钛酸酯偶联剂。
[0033]
优选地，所述的纳米炭黑粒径为22-26纳米，优选为全蒽油类炭黑。
[0034]
给水管专用色母采用预混-密炼-造粒的工艺，在传统的工艺上增加了预混的工艺，先按上述组成分的纳米炭黑和hdpe树脂在80-110℃进行预混 5-10min，加入润滑剂和超级分散剂，预混5-10min，加入抗氧剂预混5-10min，预混好的带有热量的粉体从上端直接输送至密炼机，在140-180℃下密炼 15-30min，密炼后的熔体不用再经过传统的再撕裂和破碎可直接进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒，即可得到聚乙烯黑色母。
[0035]
实施例2
[0036]
给水管专用色母由以下重量份的原料组成：纳米炭黑46份、hdpe树脂 35份、ldpe树脂5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、超级分散剂2份。
[0037]
给水管专用色母的制备方法与实施例1相同。
[0038]
实施例3
[0039]
给水管专用色母由以下重量份的原料组成：纳米炭黑48份、hdpe树脂 30份、ldpe树脂10份、润滑剂2份、抗氧剂0.2份、超级分散剂3份。
[0040]
给水管专用色母的制备方法与实施例1相同。
[0041]
按照上述实施例1-3所制备的给水管专用色母熔融指数为2-8g/10min，挥发分≤1000mg/kg，灰分≤0.5％，分散≤3级，氧化诱导≥90min。合适的熔融指数可以保证更好的流动性，改善黑色母分散不佳问题；调整色母生产的工艺，增加预混工艺，提高炭黑在hdpe载体中均匀分散，先采用润滑剂进行包裹，再采用超级分散剂进行包裹，最后将抗氧剂附着在最外表面及分散在各个位置，形成分散及抗氧的协同效应；本发明色母的挥发分≤1000mg/kg，灰分≤0.5％，解决色母料吸潮问题，不用烘料。将上述实施例制备的给水管专用色母用于生产聚乙烯实壁管材，其管材性能可完全符合国家标准的要求。
[0042]
实施例4
[0043]
一种聚乙烯实壁管，包括以下重量份的原料：hdpe树脂94.7份、给水管专用色母5.3份。所述给水管专用色母采用实施例1-3中所制备的给水管专用色母。
[0044]
优选地，所述的hdpe树脂为pe100管材专用料。
[0045]
实施例5
[0046]
一种聚乙烯实壁管，包括以下重量份的原料：hdpe树脂95.2份、给水管专用色母4.8份。所述给水管专用色母采用实施例1-3中所制备的给水管专用色母。
[0047]
实施例6
[0048]
一种聚乙烯实壁管，包括以下重量份的原料：hdpe树脂95份、给水管专用色母5份。所述给水管专用色母采用实施例1-3中所制备的给水管专用色母。
[0049]
本发明的有益效果是：
[0050]
①
将色母中炭黑含量要求提高至43-48％，以适当减少色母添加量，解决给水管产品炭黑含量不合格问题；同时，合适的熔融指数可以保证更好的流动性，改善黑色母分散不佳问题；与qb/t 4132要求的有所差异。某方面性能也由于原标准，例如挥发分、氧化诱导时间、灰分，过高的灰分会导致管材灰分的不合格；过高的挥发分必须进行烘干，增加能耗成本且存在不确定的质量影响；偏小的氧化诱导时间，在经过二次加工形成管材过程中大量抗氧剂被消耗导致管材达不到≥20min的要求；本发明色母挥发分≤1000mg/kg，灰分≤0.5％，解决色母料吸潮问题，不用烘料。
[0051]
本发明给水管专用色母的性能参数与qb/t 4132标准的对比如下表：
[0052][0053][0054]
②
调整色母生产的工艺，增加预混工艺，提高炭黑在hdpe载体中均匀分散，先采用润滑剂进行包裹，再采用超级分散剂进行包裹，最后将抗氧剂附着在最外表面及分散在各个位置，形成分散及抗氧的协同效应。
[0055]
传统的人工投料及螺旋提升混料工艺，由于人工拌料存在失误可能性，以及色母和聚乙烯原料本身存在比较大的密度差异，加上色母本身质量可靠性不佳。因此目前采用的色母及生产工艺采用“白加黑”的做法对管材的寿命、应力开裂性能、卫生安全性均会产生严重的质量隐患。为此，申请人提供了一种专用于生产上述聚乙烯实壁管的生产装置。
[0056]
参照图1，本发明提供的聚乙烯实壁管的生产装置，包括原料储料罐1、失重式喂料机3、色母储料罐2、色母输送管道4、混料通道6、实壁管挤出机5、牵引机(图中未示出)和米重控制器(图中未示出)，挤出机5包括料筒52、设置在料筒52内的混料螺杆51，以及用于检
测混料螺杆51转速的主轴传感器(图中未示出)，牵引机上设置有用于检测牵引机牵引速度的牵引机传感器(图中未示出)，原料储料罐1的输出口与失重式喂料机3的输入口连通，失重式喂料机3的输出口与混料通道6的上端连通，混料通道6的侧壁上设有色母输入口，色母输送管道4一端通过色母输入口与混料通道6连通，另一端与色母储料罐2的输出口连通，色母输送管道4内设有加料螺杆41, 所述加料螺杆41由伺服电机驱动42，伺服电机42与侧喂料微电脑控制器电连接，侧喂料微电脑控制器、失重式喂料机3、主轴传感器、牵引机传感器均与米重控制器电连接。
[0057]
失重式喂料机目前已广泛使用，其结构和原理与现有技术相同。失重式喂料机由料斗、喂料器(单、双轴螺旋喂料器)、称重系统和调节器组成，在操作中，料斗、物料和喂料器共同连续地进行称重。随着物料送出后，测量真实的失重速率，并将它与所需要的失重速率(设定值)加以比较。失重式喂料机通过调节喂料器速率来自动修正偏离设定点的偏值，从而可以均匀准确地连续喂送物料。
[0058]
本发明聚乙烯实壁管的生产装置的工作过程如下：启动生产线后，设定管材规格、米重、产量、色母比例，开启联动功能，通过使用主轴传感器和牵引机传感器采集信号反馈给米重控制器进行运算与设定产量值作比较，如果实际值小于设定值，米重控制器就对失重式喂料机3发送信号，逐渐提速至需要的产量，同时，侧喂料微电脑接收到信号进行运算后也对伺服电机发出指令，进行变速，伺服电机42驱动加料螺杆41得到合适的色母投送量，与设置的百分比基本一致。其中，伺服电机42采用先进的高精度伺服电机，并配合专用侧喂料微电脑控制器，可精确地计量色母的添加比例。通过与米重控制器的共享反馈信号进行同步运转，保证成型产品实际米重与设定米重一致的同时其内部配方成份占比准确，从而保证挤出的最终产品物理性能达标。
[0059]
本发明弃了传统的管材生产混料工艺，采用侧喂料+失重式称量系统方式，将色母与hdpe原料分开独立计量控制，实现比例的可控性和混合的均匀性，减少混料罐投入，减少工人劳动强度，自动化水平很高，操作简单，色母分开计量也不存在混合料生产结束后剩余问题，结合色母的组分、性能及工艺协调控制，可实现生产聚乙烯管材符合国家标准的要求，在保证产品质量符合国家标准的前提下达到采用独立白加黑形式替代混配料的目的，拓展了聚乙烯实壁管的用料范围，大幅度降低了材料成本。
[0060]
以dn110*10sdr11管材为例：
[0061][0062]
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。