大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法和应用。所述制备方法包括：将包括高密度聚乙烯和乙烯基硅氧烷的原料混合后，加入挤出机中挤出，所得平带料缠绕形成内筒；将肋管材料缠绕于相邻平带料的结合处，并在缠绕的同时，将肋管材料与内筒复合粘结；成型后脱模冷却，得到缠绕管；挤出机包括：熔融段，混炼段，压缩排气段，交联反应段和均化挤出段；挤出机的螺杆温度为175‑220℃；平带料中聚乙烯的交联度为30％以下。本发明专利技术中，通过控制挤出温度和平带料的交联度，保证肋管与内筒之间的熔接性，保持缠绕管的整体强度；采用肋管熔接与内筒缠绕同步进行，使得肋管与内筒形成牢固的熔接接枝层，保证产品强度。

Preparation and Application of Large Caliber High Density Crosslinked Polyethylene Hot Winding Wall Tube

【技术实现步骤摘要】
大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法和应用
本专利技术涉及管材
，具体而言，涉及大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法和应用。
技术介绍
在核聚变海水冷却系统中，换热管炉体换热过程最高水温可达70℃。金属管的使用温度虽高，但是耐海水侵蚀能力差；HDPE的适用温度在-40～60℃，适于冷水而不适于热水的输送。交联聚乙烯管材(PE-X)分子结构呈网状排列，适用温度能够由HDPE的-40～60℃扩展至-75～110℃，最小耐爆破压力由1.0MPa提高到4.0MPa，其他性能如阻隔性、抗蠕变性、抗应力开裂、刚性、耐腐蚀性、抗撕裂及电绝缘性等都有不同程度的提高，符合对核聚变海水冷却系统管材的所有要求。然而，由于现有大口径交联管生产技术尚不完善，使得大口径交联管仍难以实现规模化、商业化的生产。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法。本专利技术的第二目的在于提供一种由本专利技术制备方法得到的大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管。本专利技术的第三目的在于提供包含本专利技术大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的装置或设备。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法，所述制备方法包括：将包括高密度聚乙烯和乙烯基硅氧烷的原料混合后，加入挤出机中挤出，所得平带料缠绕形成内筒；将肋管材料缠绕于相邻平带料的结合处，并在缠绕的同时，将肋管材料与内筒复合粘结；成型后脱模，冷却，得到大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管；其中，所述挤出机包括：熔融段，混炼段，压缩排气段，交联反应段和均化挤出段；其中，挤出机的螺杆温度为175-220℃；其中，所得平带料中，硅烷交联聚乙烯的交联度为30％以下。同时，本专利技术也提供了由所述的方法所得到的大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管。进一步的，本专利技术还提供了包含本专利技术大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的装置或设备。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术中，通过控制挤出温度和所得平带料中硅烷交联聚乙烯的交联度，能够保证肋管与内筒之间的熔接性，从而保持大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的整体强度；同时，通过采用肋管复合粘结与内筒缠绕同步进行的方式，也能够使得肋管与内筒形成牢固的熔接接枝层，保证产品强度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为不同规格的缠绕壁结构管结构示意图。其中，图1中，(a)为小口径单臂缠绕管，(b)为直径1800-2000mm的缠绕壁结构管，(c)为直径3600mm以上的缠绕壁结构管。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。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。一方面，本专利技术提供了一种大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法。缠绕壁结构管通常有三种截面形式，具体参见图1(a)，(b)，(c)。图1(a)所示管壁形式主要用于小口径(直径600mm以下)的单臂缠绕管；图1(b)所示管壁形式，主要用于直径1800-2000mm的缠绕管；图1(c)所述管壁形式，主要用于直径3600mm以上的管廊等。本专利技术中，所提供的制备方法，主要是一种用于直径小于等于1800-2000mm的大口径缠绕壁的制备方法。本专利技术所提供的制备方法主要包括如下步骤：(a)原料干燥：本专利技术中，用以制备大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管(内筒)的原料包括：高密度聚乙烯(主料)，乙烯基硅氧烷(交联剂)以及任选的其他辅料；其中，作为优选，作为主料的高密度聚乙烯包括：燕山石化2300，以及LG6500中的至少一种；所述辅料包括：引发剂，填料，催化剂，抗氧剂，以及辅抗氧剂中的至少一种；作为优选，所述乙烯基硅氧烷包括：乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷等中的至少一种；优选的，乙烯基硅氧烷的用量为高密度聚乙烯质量的1.0％-1.5％；作为优选，所述引发剂包括：过氧化二异丙苯以及过氧化叔丁基中的至少一种；作为优选，所述填料包括：色母粒；作为优选，所述催化剂包括：二月桂酸二丁基锡；作为优选，所述抗氧剂包括：抗氧剂1010；作为优选，所述辅抗氧剂包括：DLTP(硫代二丙酸双月桂酯)。在本专利技术更优选的一些实施方式中，用以制备大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管(内筒)的原料包括：高密度聚乙烯，乙烯基三乙氧基硅烷，过氧化二异丙苯，色母粒，二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡，抗氧剂1010以及DLTP；作为优选，其中，乙烯基三乙氧基硅烷的用量为高密度聚乙烯质量的1.0％-1.5％：通过控制乙烯基硅氧烷的添加量，能够使得挤出得到的平带料中硅烷交联聚乙烯的交联度保持较低的水平，进而保证由平带料缠绕所形成的内筒的结合处能够与肋管有效熔接，而这也能够保持大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的整体强度。本专利技术优选的一些实施方式中，原料干燥的步骤包括：将各原料分别进行加热干燥，加热温度为40-80℃(例如，但不限于50,60,70℃等)，干燥的时间为60-120min(例如，但不限于75,90min等)。通过将原料干燥，也能够避免原料在有水的条件下发生预交联，从而有利于对交联度的控制。(b)将原料进行混合将干燥后的各原料混合均匀，例如，可以在混料机中，将各原料进行混合。(c)塑化挤出将混匀后的各原料加入(螺杆)挤出机中，挤出得到平带料。在挤出机中，原料高密度聚乙烯与乙烯基硅氧烷会发生接枝反应，反应机理可参考如下：(1)过氧化物引发PE自由基：(2)PE自由基与乙烯基硅氧烷接枝，得到乙烯基硅氧烷接枝聚乙烯自由基：(3)乙烯基硅氧烷接枝聚乙烯自由基通过自由基转移，形成乙烯基硅氧烷接枝聚乙烯：然后，乙烯基硅氧烷接枝聚乙烯在催化剂等辅料的作用下，通过水解等反应，进行缩合交联：(1)硅烷接枝聚乙烯的OR'的基团与水发生水解反应，生成硅醇和部分硅醇：(2)官能团Si(OR')2OH缩合，形成交联结构专利技术人经研究发现，如果挤出得到的平带料中硅烷交联聚乙烯的交联度大于30％，那么进一步缠绕所得到的内筒则无法与肋管实现熔接。因此，本专利技术中，需要通过加料、挤出温度等各条件控制，使得平带料中硅烷交联聚乙烯的交联度小于30％(优选为5-30％)。在本专利技术的一些实施方式中，是以五段式螺杆挤出机作为挤出机，所述五段式螺杆挤出机依次包括：熔融段，混炼段，压缩排气段，交联反应段，以及均化挤出段。通过使用包含压缩排气段的五段式螺杆挤出机，能够避免后续挤出过程中，由于产生气体过多而使得平带料中泡孔过多；其中，挤出机的螺杆温度为175-220℃；作为优选，本专利技术中，熔融段的螺杆温度T1为175℃以上(优选为175-205℃，例如，但不限于178，180，182,185,190,195,200℃等)；由于乙烯基硅氧烷与乙烯接枝的反应是一个吸热过程，因而需要将熔融段温度控制在175℃以上，从而避免对于后续交联反应的影响。作为优选，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将包括高密度聚乙烯和乙烯基硅氧烷的原料混合后，加入挤出机中挤出，所得平带料缠绕形成内筒；将肋管材料缠绕于相邻平带料的结合处，并在缠绕的同时，将肋管材料与内筒复合粘结，形成肋管；成型后脱模，冷却，得到大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管；所述挤出机包括：熔融段，混炼段，压缩排气段，交联反应段和均化挤出段；其中，挤出机的螺杆温度为175‑220℃；其中，所得平带料中，硅烷交联聚乙烯的交联度为30％以下。

【技术特征摘要】
1.一种大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将包括高密度聚乙烯和乙烯基硅氧烷的原料混合后，加入挤出机中挤出，所得平带料缠绕形成内筒；将肋管材料缠绕于相邻平带料的结合处，并在缠绕的同时，将肋管材料与内筒复合粘结，形成肋管；成型后脱模，冷却，得到大口径高密度交联聚乙烯热态缠绕结构壁管；所述挤出机包括：熔融段，混炼段，压缩排气段，交联反应段和均化挤出段；其中，挤出机的螺杆温度为175-220℃；其中，所得平带料中，硅烷交联聚乙烯的交联度为30％以下。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙烯基硅氧烷包括：乙烯基三甲氧基硅烷，以及乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料包括：高密度聚乙烯，乙烯基硅氧烷，以及任选的辅料；其中，所述辅料包括：引发剂，填料，催化剂，抗氧剂，以及辅抗氧剂中的至少一种；优选的，乙烯基硅氧烷的用量为高密度聚乙烯质量的1.0％-1.5％；优选的，所述引发剂包括：过氧化二异丙苯以及过氧化叔丁基中的至少一种；优选的，所述填料包括：色母...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建达，魏文月，刘书敏，张静，吴春虹，
申请(专利权)人：倍适北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11