一种超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强HDPE给水管材的制作方法

本发明涉及建材技术领域，具体涉及一种超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材。

背景技术：

常规hdpe给水管材在生产过程中，一般采用hdpe树脂和黑色母共混挤出生产，但由于碳黑表面的非极性以及亲水性，在加工储存过程中容易团聚及吸潮，导致在hdpe聚合物中难以均匀分散，明显影响管材的强度、氧化诱导时间和静液压强度等性能。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材。

为实现本发明目的，采用的技术方案是：一种超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材，所述纳米碳黑增强hdpe给水管材的制备方法包括纳米炭黑表面处理、黑色母粒的制备、给水管材的挤出成型和材料性能测试4个步骤，所述hdpe给水管材包括hdpe树脂90％～95％和高光黑色母粒5％～10％，所述高光黑色母粒包括hdpe树脂40％～60％、处理后的纳米碳黑30％～50％、润滑剂2％～5％、加工助剂3％～8％、抗氧剂1％～3％和光稳定剂2％～4％，所述处理后的纳米碳黑包括纳米碳黑80％～90％、聚烯烃类超分散剂5％～10％、接枝共聚物类超分散剂2％～6％和表面增效剂1％～5％。

优选的，所述聚烯烃类超分散剂为甲基丙烯酸甲酯类分散剂和端基聚异丁烯类分散剂，所述接枝共聚物类超分散剂为水溶性高分子分散剂和乳液分散剂。

优选的，所述润滑剂为聚烯烃低聚物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂，所述加工助剂为硅烷交联聚乙烯共聚物、聚乙烯接枝共聚物、无氟聚合物、甲基丙烯酸酯类和马来酸酐及其接枝物类。

优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和抗水解剂，所述光稳定剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。

优选的，所述hdpe给水管材的制备方法如下：

1).纳米炭黑表面处理：按比例称量纳米碳黑和超分散剂，通过高速风送的方式将纳米碳黑均匀送至高速搅拌机内，在恒温搅拌状态下将表面增效剂、超分散剂以雾化的方式加入，继续恒温搅拌，充分浸润纳米碳黑粉体，最后过滤、洗涤、干燥、粉碎和存储得到处理后的纳米碳黑；

2).黑色母粒的制备：按高光黑色母粒的配比比例称量处理后的纳米碳黑、hdpe树脂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂进行均匀混合，混合后通过密炼机密炼成均匀熔体，将成型后的均匀熔体通过单螺杆挤出机挤出造粒，采用水冷拉条切粒或水环热切等方式切粒，制得高光黑色母粒；

3).给水管材的挤出成型：按hdpe给水管材的配比比例称量制得的黑色母粒和hdpe树脂，通过单螺杆挤出机挤出管材型胚、通过定径套、冷却水箱、牵引机、切割机和翻板架设备制得成型管材，管材挤出口模处加装聚四氟乙烯型胚环，以提高管材表面光泽度及光亮度。

4).材料性能测试:将经以上工序生产的hdpe给水管材使用测试设备分别测试其拉伸强度≥25mpa，测试其焊接拉伸强度≥25mpa，测试其断裂伸长率≥600％，测试其碳黑含量2％～3％，测试其氧化诱导时间(200℃)≥80min，测试其纵向回缩率≤2％，测试其碳黑分散等级≤等级2，测试其表面光亮度≥60°以及测试其静液压是否不破裂不渗漏。

优选的，所述hdpe树脂在额定温度为190℃和额定负荷为5kg时的熔融指数为0.25～0.4g/10min。

优选的，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤1中的恒温恒速搅拌反应时间设置为0.5～1h。

优选的，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤2中的密炼温度设置为125℃～145℃，密炼时间设置为6～12min。

优选的，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤2中的挤出造粒温度设置为165℃～180℃。

优选的，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤3中的单螺杆挤出温度设置为180～195℃，模具温度设置为190～210℃。

本发明的有益效果为：本发明超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材中合理的原材料选择，合理的原材料配比，所制得的高光黑色母粒中纳米碳黑具备比表面积大，着色能力强，光稳定性好，增强效果明显的优点，利用本发明高光黑色母粒所制得的hdpe给排水管材在强度、抗氧化程度和静液压强度方面有着显著的提升。

附图说明

图1是本发明超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材的原材料配比表。

图2是本发明超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材的制备方法工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1所示，本发明采用的技术方案为：一种超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材，所述纳米碳黑增强hdpe给水管材配比方法如下：

实施例1

高光hdpe给水管材原料配比：hdpe树脂90％和高光黑色母粒10％；高光黑色母粒原料配比为hdpe树脂48％、处理后的纳米碳黑38％、润滑剂5％、加工助剂3％、抗氧剂2％和光稳定剂4％；处理后的纳米碳黑原料配比为纳米碳黑81％、聚烯烃类超分散剂10％、接枝共聚物类超分散剂6％和表面增效剂3％。

其中，聚烯烃类超分散剂为端基聚异丁烯类分散剂；接枝共聚物类超分散剂为水溶性高分子分散剂；润滑剂为聚烯烃低聚物；加工助剂为硅烷交联聚乙烯共聚物；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；光稳定剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。

实施例2

高光hdpe给水管材原料配比：hdpe树脂95％和高光黑色母粒5％；高光黑色母粒原料配比为hdpe树脂50％、处理后的纳米碳黑40％、润滑剂2％、加工助剂3％、抗氧剂2％和光稳定剂3％；处理后的纳米碳黑原料配比为纳米碳黑85％、聚烯烃类超分散剂10％、接枝共聚物类超分散剂2％和表面增效剂3％。

其中，聚烯烃类超分散剂为甲基丙烯酸甲酯类分散剂；接枝共聚物类超分散剂为乳液分散剂；润滑剂为硅烷偶联剂；加工助剂为聚乙烯接枝共聚物；抗氧剂为受阻胺类抗氧剂；光稳定剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。

实施例3

高光hdpe给水管材原料配比：hdpe树脂94％和高光黑色母粒6％；高光黑色母粒原料配比为hdpe树脂51％、处理后的纳米碳黑39％、润滑剂2％、加工助剂3％、抗氧剂1％和光稳定剂4％；处理后的纳米碳黑原料配比为纳米碳黑81％、聚烯烃类超分散剂10％、接枝共聚物类超分散剂6％和表面增效剂3％。

其中，聚烯烃类超分散剂为甲基丙烯酸甲酯类分散剂；接枝共聚物类超分散剂为水溶性高分子分散剂；润滑剂为钛酸酯偶联剂；加工助剂为甲基丙烯酸酯类；抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂；光稳定剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。

实施例4

高光hdpe给水管材原料配比：hdpe树脂92％和高光黑色母粒8％；高光黑色母粒原料配比为hdpe树脂49％、处理后的纳米碳黑41％、润滑剂2％、加工助剂3％、抗氧剂3％和光稳定剂2％；处理后的纳米碳黑原料配比为纳米碳黑88％、聚烯烃类超分散剂6％、接枝共聚物类超分散剂3％和表面增效剂3％。

其中，聚烯烃类超分散剂为端基聚异丁烯类分散剂；接枝共聚物类超分散剂为乳液分散剂；润滑剂为铝酸酯偶联剂；加工助剂为马来酸酐及其接枝物类；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；光稳定剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。

请参阅图2所示，本发明采用的技术方案为：一种超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材，所述hdpe给水管材的制备方法如下：

1).纳米炭黑表面处理：按比例称量纳米碳黑和超分散剂，通过高速风送的方式将纳米碳黑均匀送至高速搅拌机内，在恒温搅拌状态下将表面增效剂、超分散剂以雾化的方式加入，继续恒温搅拌，充分浸润纳米碳黑粉体，最后过滤、洗涤、干燥、粉碎和存储得到处理后的纳米碳黑；

2).黑色母粒的制备：按高光黑色母粒的配比比例称量处理后的纳米碳黑、hdpe树脂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂进行均匀混合，混合后通过密炼机密炼成均匀熔体，将成型后的均匀熔体通过单螺杆挤出机挤出造粒，采用水冷拉条切粒或水环热切等方式切粒，制得高光黑色母粒；

3).给水管材的挤出成型：按hdpe给水管材的配比比例称量制得的黑色母粒和hdpe树脂，通过单螺杆挤出机挤出管材型胚、通过定径套、冷却水箱、牵引机、切割机和翻板架设备制得成型管材，管材挤出口模处加装聚四氟乙烯型胚环，以提高管材表面光泽度及光亮度。

4).材料性能测试:将经以上工序生产的hdpe给水管材使用测试设备分别测试其拉伸强度≥25mpa，测试其焊接拉伸强度≥25mpa，测试其断裂伸长率≥600％，测试其碳黑含量2％～3％，测试其氧化诱导时间(200℃)≥80min，测试其纵向回缩率≤2％，测试其碳黑分散等级≤等级2，测试其表面光亮度≥60°以及测试其静液压是否不破裂不渗漏。

进一步地，所述hdpe树脂在额定温度为190℃和额定负荷为5kg时的熔融指数为0.25～0.4g/10min。

进一步地，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤1中的恒温恒速搅拌反应时间设置为0.5～1h。

进一步地，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤2中的密炼温度设置为125℃～145℃，密炼时间设置为6～12min。

进一步地，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤2中的挤出造粒温度设置为165℃～180℃。

进一步地，所述高光hdpe给水管材成型方法中步骤3中的单螺杆挤出温度设置为180～195℃，模具温度设置为190～210℃。

在本发明中，本发明超分散剂表面活化处理纳米碳黑增强hdpe给水管材中合理的原材料选择，合理的原材料配比，所制得的高光黑色母粒中纳米碳黑具备比表面积大，着色能力强，光稳定性好，增强效果明显的优点，利用本发明高光黑色母粒所制得的hdpe给排水管材在强度、抗氧化程度和静液压强度方面有着显著的提升。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。