聚乙烯树脂及用其制作的管材和管件接头制造技术

一种成形性和长期物理性能优异的、适用于管材和管件接头的聚乙烯树脂，其特征在于密度为０．９１５～０．９５５ｇ·ｃｍ↑［－３］，在１９０℃在２．１６Ｋｇｆ负荷条件下测定的熔体流动速率在０．２０ｄｇ·ｍｉｎ↑［－１］以下，同样在１９０℃在２１．６Ｋｇｆ负荷条件下测定的熔体流动速率为１７．０～７０．０ｄｇ·ｍｉｎ↑［－１］，用流变计在１９０℃利用平行板以板间隙１．５ｍｍ，形变率１０～１５％、在１００～０．０１ｒａｄ·ｓ↑［－１］的频率（ω）范围内测定时得到的动态熔体粘度（η↑［＊］，单位Ｐａ·ｓ）用式［１］充分近似时的零剪切粘度（η↓［０］）为２００，０００～２，０００，０００Ｐａ·ｓ，特征时间常数（τ↓［０］）为５０～５００秒，且（τ↓［０］／η↓［０］）为１．０×１０↑［－４］～４．０×１０↑［－４］Ｐａ↑［－１］： η↑［＊］＝η↓［０］／１＋（τ↓［０］·ω）↑［ｎ］ ［１］ （式中ｎ为参数）。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及既适合于挤压成形也适合于注塑成形、而且也适合于提供长期寿命优异的管材的聚乙烯树脂，以及用该树脂成形的管材和管件接头。先有技术聚乙烯树脂成形制成的管材已得到广泛实际应用，近年来，尤其也在用于水管或气管等。这些埋设在地下使用的管材由于施工后要使用极长的时间，因而要求尤其长期不会变形或破坏的可靠性。这些特性可以用蠕变寿命即施加静负荷的材料直至断裂的时间，或长时间疲劳强度即周期性施加负荷时材料直至断裂的时间来表示。此外，由于这些管道要在施工时边施工边彼此连接，因而需要接头。这种接头由于要用注塑成形法成形，因而除要求高流动性外，同时还要求长时间的蠕变寿命或疲劳强度。一般来说，为了提高聚乙烯树脂的流动性，只有使其平均分子量降低才成为可能，但若降低平均分子量，则有长期寿命恶化的缺点。以管材用树脂为目的，已经有人提出了通过用两段聚合、熔融掺合、干掺合等方法混合分子量不同的乙烯类聚合物来拓宽分子量分布的方法等。然而，例如特公昭63-67811号公报公开的树脂虽说密度高、刚性也高，但长期寿命差，又例如特开平8-134285号公报公开的树脂由于熔融粘度高、流动性差，因而难以成形，能使物理性质和成形性两者同时充分满足的树脂从来没有人得到过。专利技术要解决的课题本专利技术的目的是提供有优异蠕变寿命和疲劳强度且流动性优异、可注塑成形的聚乙烯树脂，进而提供有上述特性的管材以及与该管材组合使用的管道用接头。用来解决课题的手段本专利技术者等人为达到上述目的而进行深入研究的结果，发现其负荷不同的熔体流动速率满足预定值且其动态熔融粘度与频率色散满足预定关系的聚乙烯树脂，除挤压和注塑成形性优异外还有优异的蠕变寿命和疲劳强度，而且在用于需要长期物理性能的管材或管件接头的成形的情况下显示出显著优异的效果，从而实现本专利技术。本专利技术的第一方面是一种聚乙烯树脂，其特征在于密度为0.915～0.955g·cm-3，在190℃在2.16kgf负荷条件下测定的熔体流动速率为0.20dg·min-1以下，同样在190℃在21.6kgf负荷条件下测定的熔体流动速率为17.0～70.0dg·min1，在流变计上于190℃用平行板以板间隙1.5mm、变形率10～15％、在100～0.01rad·s1的频率(ω)范围内测定时得到的动态熔体粘度(η*单位Pa·s)充分近似于式〔1〕时的零剪切粘度(η0)为200,000～2,000,000Pa·s，特征时间常数(τ0)为50～500s，而且(τ0/η0)为1.0×104～4.0×10-4Pa-1η*=η01+(τ0·ω)n----]]>(式中n为参数)本专利技术的第二方面是一种管材，其特征在于用挤压成形法使上述聚乙烯树脂成形。本专利技术的第三方面是一种管件接头，其特征在于用挤压成形法使上述聚乙烯树脂成形。本专利技术的第四方面是一种连接管道，系由上述用挤压成形法成形的管材与上述用挤压成形法成形的管件接头组合而成。专利技术实施形态本专利技术的聚乙烯树脂的密度在0.915～0.955g·cm3、较好在0.935～0.955g·cm3范围内。若密度小于0.915g·cm3则太软，不适合作为管材，若超过0.955g·cm3则蠕变特性或疲劳强度不能令人满意。本专利技术的聚乙烯树脂在190℃在2.16kgf负荷条件下测定的熔体流动速率(以下简称MFR2.16)要在0.20dg·min-1以下，较好要在0.02～0.20dg·min-1。若超过0.20dg·min-1，则蠕变寿命不能令人满意。此外，本专利技术的聚乙烯树脂在190℃在21.6kgf负荷条件下测定的熔体流动速率(以下简称MFR216)要在17.0～70.0dg·min-1，较好在17.0～30.0dg·min-1。如果不足170dg·min-1，则管材成形时的挤压变得困难，或者有生产率显著降低之虞，而且使管件接头的注塑成形变得困难，或者成形后有变形之虞。而若超过70.0dg·min-1，则会使管材的长期寿命低下。进而，本专利技术的聚乙烯树脂组合物，在190℃用平行板以板间隙为1.5mm，形变率10～15％、在100～0.01s-1的频率(ω)范围内测定时得到的动态熔体粘度(η*单位Pa·s)与频率(0ω，单位s-1)要满足一定的关系。具体地说，动态熔体粘度与频率的关系充分近似于上述式〔1〕时的η0为200,000～2,000,000Pa·s，更好的是在350,000～1，000,000Pa·s的范围内，特征时间常数(τ0)为50～500s，更好的是在100～300s的范围内，进而(τ0/η0)是在1.0×10-4～4.0×10-4Pa-1的范围内。上述τ0、τ0是从在使用平行板的流变计上测定的值求出的。即在190℃以板间隙1.5mm、形变率10～15％、频率(ω，单位rad·s-1)为100～0.01的范围内测定动态熔体粘度(η*)，所得到的数据近似于式〔1〕。从这种近似求出零剪切粘度(τ0)、特征时间常数(τ0)、参数(n)。此外，对式〔1〕的回归法近似可以用适当的市售回归法计算机程序计算。此外，τ0是表示松弛时间的参数，n是表示高剪切速度区域内剪切速度依赖性的参数。式〔1〕是一般称为“正交式”的实验式，其概要可参阅诸如GlennV.Gordon，Montgomery T.Shaw，“Computer Programs forRheologists”，Hanser Publishers。190℃的动态熔体粘度与频率的关系可以用市售仪器如Rheometrics公司制RMS-800型流变计等得到。式中参数n表示高切剪速度区域内熔体粘度的剪切速度依赖性。本专利技术中所谓“充分近似时”，系指用最小二乘法近似的回归曲线与数据点之间的线性相关系数的平方即偏向系数R2达到0.9992以上这样的近似。η0表示完全没有剪切应力状态下的熔体粘度，是对重均分子量和Z均分子量两者都有影响的参数，这个值越大，一般来说平均分子量就越高，蠕变寿命和疲劳强度也越高。本专利技术的聚乙烯树脂，η0不足200,000Pa·s时蠕变寿命不能令人满意，若超过2,000,000Pa·s则挤压或注塑成形性会变得不好。特征时间常数(τ0)是熔融状态下形变难度的指标，本专利技术聚乙烯树脂组合物的τ0在50～500s、较好在100～300s的范围内。不足50s时蠕变寿命和疲劳强度与挤压，注塑成形性的平衡会变差，而若超过500s则难以以实用规模制造。此外，τ0与η0之比(τ0/η0)是成为树脂熔融时的弹性指标的参数，比值越大，弹性也越大。特别是在分子结构上，在有长链支链的情况下，显示出显著大的值。在本专利技术的聚乙烯树脂中，有长链支链的分子结构由于有蠕变寿命和疲劳强度不充分之虞而且有成形品表面层平滑性恶化之虞，因而是所不希望的。在这个意义上，本专利技术聚乙烯树脂中，τ0/η0要在1.0×10-4～4.0×104Pa1的范围内。当τ0/η0超过4.0×10-4Pa-1时，可以预期分子结构上有长链支链，其结果是长期性能恶化，而当不足1.0×10-4Pa-1时则成形性不良。本专利技术的聚乙烯树脂是满足上述全部条件的聚乙烯树脂，这样的聚乙烯树脂是有特殊分子量分布的聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：松冈彻，松冈清文，那贺文彰，佐藤清信，
申请(专利权)人：日本聚烯烃株式会社，
类型：发明
国别省市：