本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种埋地聚乙烯结构壁管道专用料及其制备方法。
背景技术：
在各种管道的生产制造技术中，高密度聚乙烯(hdpe)埋地排水管的发展最为迅猛，根据现有生产技术分类，主要有两种工艺：直接挤出成型和缠绕-熔接成型，而应用最广的是直接挤出成型工艺制得的结构管。这类结构管是以hdpe为主要原料，分别由内、外挤出机共挤一次成型，其内壁平整、外壁呈梯形波纹状，内外壁之间有夹壁空心层的塑料管材。其具有重量轻、耐高压、环刚度大、韧性好、耐低温、耐腐蚀、施工快、寿命长等优点。
埋地聚乙烯结构壁管道作为结构性管材，对材料的强度、刚度、使用寿命和成型要求较高，因此要求其必须要有适当的熔体流动速率、较高的机械性能、耐环境应力开裂及抗热氧老化性。国标gb/t19472.1-2004对埋地用聚乙烯结构壁管道进行详细的规定。
为了制备性能满足国标的埋地聚乙烯结构壁管道专用料，目前国内大多采用的是以管材级聚乙烯树脂为基料，并在基料中添加少量hdpe管材回料、线性低密度聚乙烯、增强母粒、炭黑、抗氧剂、改性剂等混炼而成，如公布的专利cn102494203a，所用的树脂全部是聚乙烯新料，而在利用废旧聚乙烯材料生产埋地聚乙烯结构壁管道专用料的的报道和专利较少，公开号为cn106832528a的专利公开了一种hdpe再生改性材料的生产方法，但是其所涉及的废旧塑料没有具体的物性要求。
然而，在国家科技进步和经济的快速发展的进程中，废旧聚乙烯制品种类繁多、总量庞大。如何循环利用这些废旧聚乙烯不仅是国家所鼓励和倡导的政策方向之一，而且是塑料改性企业的社会责任之一。根据长期生产经验，埋地聚乙烯结构壁管道专用料的原材料如果全部用废旧聚乙烯材料，挤出过程容易出现麻面、鼓包、气泡等挤出缺陷，同时很多生产塑料管道的厂家为了降本添加再生料而忽略产品质量，在使用再生料生产时对再生料的底料、来源、物性特点等了解不全，并且缺乏试验验证，出现了环刚度不够、韧性不够、耐环境应力开裂等现象，造成了工程返工、误期等事故。因此急需开发一种全部以废旧聚乙烯材料为原材料、性能满足国标、挤出外观合格的埋地聚乙烯结构壁管道专用料新技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种埋地聚乙烯结构壁管道专用料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种埋地聚乙烯结构壁管道专用料，包含以下重量份的制备原料：管材级聚乙烯10～40份、中空级聚乙烯10～30份、注塑级聚乙烯3～10份、薄膜级线性聚乙烯20～45份、炭黑母粒4～6份、外观改善剂1～3份和耐环境应力开裂调节剂4～10份。
本发明所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料选择四种不同级别的聚乙烯，以上述配比可以制得具有优异机械性能和外观性能的再生埋地聚乙烯结构壁管道。
优选地，所述管材级聚乙烯、中空级聚乙烯、注塑级聚乙烯和薄膜级线性聚乙烯均为回收树脂。管材级聚乙烯、中空级聚乙烯、注塑级聚乙烯、薄膜级线性聚乙烯各原料可以为新树脂，也可以为回收树脂，也可以为新树脂和回收树脂的混合物，优选均采用回收树脂，可以极大降低成本，采用本发明所述专用料的配方制得的埋地聚乙烯结构壁管道在各原料均采用废旧回收料的情况下，仍能保持较好的机械性能，全部满足国标要求，且挤出过程无外观缺陷，如气泡、鼓包、麻面、缩孔等。
管材级聚乙烯回收废料主要是指以高密度聚乙烯类管道破碎而来的一类破碎料，如燃气管、高密度聚乙烯波纹管、滴灌管、埋地钢质管道的防腐层、容积100l以上的聚乙烯大桶等。其来源较为纯净、性能优异，具有较高的耐环境应力开裂性能。
中空级聚乙烯回收废料主要指以高密度聚乙烯中空制件破碎而来的一类破碎料，如容积100l以内的聚乙烯中空桶、聚乙烯类奶瓶、日杂聚乙烯类瓶等。其机械性能较好、含极少量的pp杂料。
注塑级聚乙烯回收废料主要由高密度聚乙烯瓶盖或者其他注塑制件(如啤酒框、周转筐等)破碎而来，其杂质较少、粒子光泽度较好、性能优良。
薄膜级线性聚乙烯回收废料，主要是以lldpe为主体的一类膜类再生造粒料。由于lldpe的拉伸性能远高于ldpe，因此可以通过测试其拉伸性能来判断这类膜料的主体树脂。
优选地，所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料包含以下重量份的制备原料：管材级聚乙烯15～30份、中空级聚乙烯10～20份、注塑级聚乙烯5～8份、薄膜级线性聚乙烯20～40份、炭黑母粒4～6份、外观改善剂1～3份和耐环境应力开裂调节剂5～8份。
优选地，所述管材级聚乙烯的熔体流动速率为0.1～0.5g/10min，所述管材级聚乙烯的熔体流动速率根据gb/t3682使用5kg重量并在190℃下测量。
优选地，所述中空级聚乙烯的熔体流动速率为0.5～2.0g/10min，所述中空级聚乙烯的熔体流动速率根据gb/t3682使用5kg重量并在190℃下测量。
优选地，所述注塑级聚乙烯的熔体流动速率为0.5～2.0g/10min，所述注塑级聚乙烯的熔体流动速率根据gb/t3682使用2.16kg重量并在190℃下测量。
优选地，所述薄膜级线性聚乙烯的熔体流动速率为2.0～4.0g/10min，所述薄膜级线性聚乙烯根据gb/t3682使用2.16kg重量并在190℃下测量。
优选地，所述管材级聚乙烯的密度为0.95～0.97g/cm3，根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于25mpa，伸长率大于600％。
优选地，所述中空级聚乙烯的密度为0.95～0.97g/cm3，根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于22mpa，伸长率大于350％。
优选地，所述注塑级聚乙烯的密度为0.95～0.97g/cm3，根据gb/t1040.2模塑1a型样条、厚度4mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于20mpa，伸长率大于50％；根据gb/t9341-2008测试的弯曲模量大于750mpa。
优选地，所述薄膜级线性聚乙烯的密度为0.915～0.955g/cm3，根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于22mpa，伸长率大于500％。
所述管材级聚乙烯、中空级聚乙烯、注塑级聚乙烯和薄膜级线性聚乙烯的灰分＜2％，灰分测试条件为650±50℃下在马弗炉里灼烧2小时。
优选地，所述炭黑母粒包含以下重量份的组分：薄膜级线性聚乙烯30～50份、炭黑40～45份、抗氧剂15～20份、分散剂1～3份和耐候剂1～3份；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸脂类抗氧剂，所述分散剂为pe蜡，所述耐候剂为紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂的混合物。
所述薄膜级线性聚乙烯可以为新树脂也可以为回收树脂，优选采用回收树脂，其熔体流动速率为2.0～4.0g/10min，所述薄膜级线性聚乙烯根据gb/t3682使用2.16kg重量并在190℃下测量，密度为0.915～0.955g/cm3，拉伸强度根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行测试：拉伸强度大于22mpa，伸长率大于500％。在炭黑母粒中，薄膜级线性聚乙烯优选为造粒料。
优选地，所述外观改善剂为pe基氧化钙母粒。
优选地，所述耐环境应力开裂改善剂为乙烯-丁烯高聚物和/或乙烯-辛烯高聚物。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂的混合物，所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂的重量之比为3:2；和/或所述耐候剂为紫外吸收剂和受阻胺光稳定剂的重量之比为1:1。
本发明的目的还在于提供所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管材级聚乙烯、中空级聚乙烯和注塑级聚乙烯混合造粒，得破碎料；
(2)将薄膜级线性聚乙烯造粒，得薄膜造粒料；
(3)将破碎料、薄膜造粒料、炭黑母粒、外观改善剂和耐环境应力开裂调节剂混合均匀后投入上阶单螺杆挤出机，熔融挤出后流入下阶挤出机熔融挤出、水冷、切粒、过筛、烘干，得所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料。
由于步骤(1)中的管材级聚乙烯、中空级聚乙烯和注塑级聚乙烯与步骤(2)的薄膜级线性聚乙烯的密度、粒径和尺寸相差较大，如果按照传统的“一锅混”混料工艺会导致破碎片和粒子分层，影响均匀性，导致成品性能波动、甚至不合格。因此，采用将步骤(1)中的管材级聚乙烯、中空级聚乙烯和注塑级聚乙烯与步骤(2)的薄膜级线性聚乙烯分别造粒后再混合，熔融挤出，能实现成品性能的均一性。
采用双阶挤出机组生产埋地聚乙烯结构壁管道专用料，上阶单螺杆挤出机能够有效地对废旧聚乙烯破碎料进行塑化、除杂和自然排气，下阶挤出机通过设计螺杆组合能够改善各组分的分散性和相容性，设置真空系统能进一步脱挥，从而制得光泽度高、切面无气孔的再生埋地聚乙烯结构壁管道专用料。
优选地，所述炭黑母粒的制备方法为：将薄膜级聚乙烯、炭黑、抗氧剂、分散剂和耐候剂在高混机中低转速混合均匀后，投入密炼机中，密炼温度160～175℃，密炼时间10～15分钟；然后将密炼好的物料团经锥双螺杆喂入单螺杆挤出机进行磨面风冷造粒，单螺杆挤出机的温度170～190℃。
优选地，步骤(1)中，所述造粒用的挤出机为单螺杆熔融挤出造粒机，各温区的温度为160～200℃，单螺杆的换网器和机头的温度为200～210℃，换网器的滤网目数为60+80目。
优选地，步骤(3)中，所述混合所用的设备为容积大于5m3的立式混料机或卧式混料机，以提高混合的均匀性。
优选地，步骤(3)中，上阶单螺杆挤出机至少有一个排气口，单螺杆的输送段采用深螺槽设计以提高喂料量；熔融压缩段先采用分离型螺杆设计实现固液分离提高塑化能力，然后在靠近排气段的地方设置斜槽屏障段(长度为1～2d)以增加熔融、混炼效果；排气段为了提高脱挥效率采用深螺槽设计；在计量段中设置较深螺槽较短导程以增加熔体的环状混合效果。
优选地，一阶机单螺杆机的各区段温度为：固体输送段180℃、熔融压缩段220～240℃、排气段225℃、均化段215～225℃、滤板220℃、出料管220℃；
所述步骤(3)中，下阶挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，若为单螺杆，其螺杆结构宜采用较深螺杆、较短导程的结构，以提高熔体的环状混合效果；若为双螺杆，其螺杆组合通过设计多段式的45°啮合区域以提高各组分的分散和相容性。排气口加装抽真空设备，真空度为-0.08mpa，各温区的温度为190～200℃，模头210℃。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种埋地聚乙烯结构壁管道专用料及其制备方法。本发明所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料选择管材级聚乙烯、中空级聚乙烯、注塑级聚乙烯和薄膜级线性聚乙烯四种不同级别的聚乙烯，可以制得具有优异机械性能和外观性能的再生埋地聚乙烯结构壁管道。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例和对比例所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料的制备原料配方见表2和表3。
实施例和对比例中，所述管材级聚乙烯破碎料、中空级聚乙烯破碎料、注塑级聚乙烯破碎料均为回收树脂，经过分拣、破碎、清洗、脱水所得，薄膜级线性聚乙烯造粒料为回收的线性聚乙烯类薄膜分拣、破碎、清洗、脱水所得。
所述管材级聚乙烯破碎料均选自具有以下特征的聚乙烯材料：熔体流动速率为0.1～0.5g/10min(根据gb/t3682使用5kg重量并在190℃下测量)，密度为0.95～0.97g/cm3，根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于25mpa，伸长率大于600％。
所述中空级聚乙烯均选自具有以下特征的聚乙烯材料：熔体流动速率为0.5～2.0g/10min(根据gb/t3682使用5kg重量并在190℃下测量)，密度为0.95～0.97g/cm3，根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于22mpa，伸长率大于350％。
所述注塑级聚乙烯均选自具有以下特征的聚乙烯材料：熔体流动速率为0.5～2.0g/10min(根据gb/t3682使用2.16kg重量并在190℃下测量)，密度为0.95～0.97g/cm3，根据gb/t1040.2模塑1a型样条、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于20mpa，伸长率大于50％；根据gb/t9341-2008测试的弯曲模量大于750mpa。
所述薄膜级线性聚乙烯均选自具有以下特征的聚乙烯材料：熔体流动速率为2.0～4.0g/10min(根据gb/t3682使用2.16kg重量并在190℃下测量)，密度为0.915～0.955g/cm3，根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于22mpa，伸长率大于500％。
所述炭黑母粒包含以下重量份的组分：薄膜级线性聚乙烯40份、炭黑43份、抗氧剂18份、分散剂2份和耐候剂2份；所述薄膜级线性聚乙烯均选自具有以下特征的聚乙烯材料：熔体流动速率为2.0～4.0g/10min(根据gb/t3682使用2.16kg重量并在190℃下测量)，密度为0.915～0.955g/cm3，根据gb/t1040.2采用挤塑1ba型样条、厚度2mm、拉伸速度50mm/min进行拉伸性能测试：拉伸强度大于22mpa，伸长率大于500％。
所述炭黑母粒的制备方法为：将薄膜级聚乙烯、炭黑、抗氧剂、分散剂和耐候剂在高混机中低转速混合均匀后，投入密炼机中，密炼温度160～175℃，密炼时间10～15分钟；然后将密炼好的物料团经锥双螺杆喂入单螺杆挤出机进行磨面风冷造粒，单螺杆挤出机的温度170～190℃。所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂的混合物，所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂的重量之比为3:2，所述分散剂为pe蜡，所述耐候剂为紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂的混合物，紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂的重量之比为1:1。其中，受阻酚类抗氧剂购自天津利安隆新材料股份有限公司，型号为rianox1010；亚磷酸脂类抗氧剂购自天津利安隆新材料股份有限公司，型号为rianox168；pe蜡购自广州恒石进出口贸易有限公司，型号为cs-12n；紫外光吸收剂购自氰特工程材料(上海)有限公司，型号为uv-531；受阻胺光稳定剂购自艾迪科(中国)投资有限公司，型号为la-402af。
外观改善剂为pe基氧化钙母粒，购自广州绿鑫环保科技有限公司，商品型号为ndm-1008。
耐环境应力开裂改善剂为乙烯-丁烯高聚物和/或乙烯-辛烯高聚物，购自宁波能之光新材料科技股份有限公司，商品型号为mc218。
实施例和对比例所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料的制备方法包括以下步骤：
(1)将管材级聚乙烯破碎料、中空级聚乙烯破碎料和注塑级聚乙烯破碎料清洗、脱水后装袋备用，将低密度聚乙烯薄膜分拣、破碎、清洗、脱水后，经单螺杆挤出机熔融挤出造粒备用，单螺杆熔融挤出造粒的各温区的温度为160～200℃，单螺杆的换网器和机头的温度为200～210℃，换网器的滤网目数为60+80目；
(2)将处理后的管材级聚乙烯破碎料、中空级聚乙烯破碎料和注塑级聚乙烯破碎料按配方比例称取重量，投入容积为5m3的立式混料罐混30min后，投入振动下料计量秤的料仓中；将薄膜级聚乙烯造粒料、专用功能炭黑母粒、外观改善剂和耐环境应力开裂改善剂按配方比例称取重量，投入容积为2m3的卧式混料罐混20min后，投入另外一台计量秤(可以为振动下料计量秤或螺杆下料计量秤)的料仓中。按配方比例设置两台计量秤的下料比例或重量，物料会按照比例准确下料至上阶单螺杆挤出机的下料口中；
(3)物料进入上阶单螺杆挤出机经历了固体输送、熔融塑化、熔融混合和熔体除杂过滤四个过程，其挤出温度为180～230℃，过滤板上的滤网目数为80+100目；除杂后的熔体流入下阶单螺杆或双螺杆挤出机的下料口，其造粒温度为170～200℃，切粒方式为水拉条或者水下磨面热切，然后过筛、在线烘干、包装，即得到所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料。
实施例和对比例的性能测试方法见表1：
表1
测试结果见表2和表3。
表2
表3
由表2、3可知，实施例1～7所述埋地聚乙烯结构壁管道专用料具有满足gb/t19472.1-2004的专用料指标。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。