一种快速检测聚乙烯管材专用料等级的方法技术

本发明专利技术涉及一种快速检测聚乙烯管材专用料等级的方法，(1)测试样品得到差示扫描量热曲线；(2)将曲线上的多种熔融峰按照温度大于等于127℃；127-120℃；110-120℃；小于等于110℃分成四组计算对应积分面积；计算重量百分比和对应可结晶序列长度：长序列为≥260个亚甲基；较长序列为260～160个亚甲基；不长序列为160～90个亚甲基和短序列为≤90个亚甲基；根据可结晶序列长度，按质量含量进行聚乙烯管材料定级：长序列为30-86％；较长序列为3-25％；不长序列为3-30％；短序列为0-50％；本方法具有方便快捷、节省资金的优点，能够加快管材料新产品的研究开发进程，可进行在线检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚乙烯管材料的性能评价和定级的方法，尤其是一种快速检测聚乙烯管材的IS09080等级的方法。
技术介绍
聚乙烯管材专用料是指用于工农业、日常生活中的压力管道所用的原料，主要有高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)，是近年来国内外树脂生产企业专用料的研发重点。由于采用管材专用料生产管材，这类管材以突出的耐化学腐蚀性、耐低温性、耐热、 耐磨、摩擦系数低、焊接性能好，对输送介质无污染、使用寿命长、制造安装费用低等优异性能，愈来愈广泛地应用于燃气输送、供水、排污、供热、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域。国际上根据聚乙烯(PE)管的长期静液压强度(MRS)对管材及其原料分类和命名。MRS是指连续施加在该PE管壁上50年引起管材破坏时所计算的管壁上的环向张应力，该值是管材结构设计的基础。根据PE管的MRS，国际上将PE管材料分为 PE 32，PE 40，PE 63，PE 80 和 PE100 五个等级。管材料等级的提升伴随着新技术的进步。随着新型催化剂和聚合技术的发展，人们将α -烯烃共聚单体引入到HDPE线性分子量中，开发出了具有更高认证等级的ΡΕ-80、ΡΕ100管材料，甚至有报道可达到ΡΕ125级。该树脂采用与己烯、辛烯或丁烯共聚合，产品的相对分子质量大都呈双峰分布.在提高MRS的同时.也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能，并具有良好的加工性，为提高管网输送压力、增大管道口径、扩大管道应用范围创造了条件。目前，ΡΕ100管材料的使用量，特别是在大口径管材上的用量正迅速上升。这种乙烯/α -烯烃共聚物之所以具有普通聚乙烯不具有的优良性能，且可通过调节α -烯烃的含量得到性能多变的聚乙烯材料(从塑料到弹性体)，归根结底，是由于支链的存在使得大分子结构具有非均匀性引起的。这种结构非均匀性主要包括支化链的类型、含量、长短以及分布引起的分子间和分子内的非均匀性，以及分子量大小和分布上的非均匀性，这些因素在很大程度上影响了其聚集态结构，聚集态结构直接影响了其加工和机械性能。因此，短链支化含量和分布是影响ΡΕ-100管材料性能的一个关键且重要的因素。PE管材料定级是PE管应用的基础。在对PE管进行定级时，需要按照IS09080的要求，在20°C、60°C和80°C这三个温度条件下，分别进行至少9000小时以上的静液压试验，然后再进行复杂的多元线性回归分析，外推到20. C和50年预测的静液压强度97. 5%的置信下限σ La。σ m在8. 00 9. 999. 99MPa的聚乙烯材料为PE80级管材料。管材料只有在完成上述试验并取得相应的等级认证的前提下，才能被用做生产燃气管。燃气管对材料级别的最小要求是PE80级。而今，随着聚乙烯生产技术的不断发展，已开发出第三代聚乙烯管材PE100并迅速占领了高端聚乙烯管材市场。如前所述，对PE管道进行定级时需在国际公认的认证机构(如瑞典Bodycote)进行长期静液压测试。这种评价方法确定的PE管道级别可信度高，但其缺点是测试周期长，厂商的等待时间久，对于更高等级的管材料研究开发尤为不利。因此，能否提出一种快捷测试的管材料性能评价方法，优选用于认证的PE管材，加快研究开发的步伐，具有重要的现实意义。达到这一目的，将大大降低厂商管材树脂通过认证的风险，给企业降低不必要的支出。基于差示扫描量热仪的热分级技术发展始于十九世纪70年代。热分级技术是一种经由精心设计热循环测试步骤可快速评估热塑性半结晶材料的分子链结构异质(chainheretogeneities)程度的一种新技术。这种新技术对考察乙烯/ α -烯烃共聚物的短链支化度和短链支化分布尤其有效。其中，连续自成核退火热分级(SSA)技术发展始于十九世纪90年代，是一种更具有时效性的更有发展潜力的一种新型热分级技术。SSA技术是基于差示扫描量热设备的一种将一系列的自成核和退火步骤应用到高分子样品上一种热分级方法。近几十年，由于DSC设备具有具有操作简便、样品用量少、耗时短等优点，基于DSC的热分级技术取得飞速发展，逐渐趋于成熟。将聚乙烯样品经过某些特定的DSC热分级处理后，也能得到一系列与升温淋洗分级(TREF)类似的链结构信息。热分级处理后得到的多重 熔融峰与不同可结晶序列长度的链段相对应，不同可结晶序列长度的链段和支化度以及形成的不同晶片厚度一一对应。对应链段的含量的多少可用热分级处理后得到的多重熔融峰曲线的积分面积的大小来量化。热分级技术已经广泛应用于考察线性低密度聚乙烯的短链支化度和短链支化分布。热分级技术非常适合于用做石化企业或其他科研机构的乙烯/α -烯烃共聚物质量检测的一种快速有效手。然而，到目前为止，这种技术还没有在聚乙烯管材领域得到实际的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种检测聚乙烯管材料的方法，通过对树脂链结构支化度以及聚集态结构晶片厚度分布的测试分析，对PE管材料实行方便快捷的性能评价和质量控制。树脂链结构支化度以及聚集态结构晶片厚度分布的测试分析应用连续自成核退火热分级(SSA)技术在差示扫描量热仪完成。该测试具体程序设定参照文献。举例说明在差示扫描量热仪上的程序设定a.在氮气保护下将样品升温至高温(保证样品充分熔融即可)恒温一段时间以消除热历史；b.将样品以一定的降温速率降至低温(一般为O 50°C，样品在此温度下样品可结晶即可)，并在该温度下恒温一段时间用以建立样品的标准热历史；c.将样品以一定的升温速率升至一设定好的自成核温度Ts，并恒温一段时间(I 30min) ；d.重复步骤b;e.将样品按一定的升温速率升至下一个自成核温度，并恒温一定时间，如此循环。初始自成核温度Tsi是进行SSA研究的最重要的实验参数。通常将样品中存在熔融微相区的最低温度作为进行SSA研究的初始自成核温度。在该温度下，温度足以大部分的高分子结晶熔融，同时温度足够低可以使样品中存在小部分结晶充当自成核的晶核。应用MUller等报道的单步自成核程序确定三个样品的初始自成核温度。通过大量实验研究表明，对于本文针对的聚乙烯管材专用料，检测的初始自成核温度优选140 115°C。在热分级过程完成后，采用I 20°C /min的加热速率记录下样品的熔融曲线。本专利技术所述的快速检测聚乙烯管材料的IS09080等级的方法，包括如下步骤(I)基于差示扫描量热仪采用连续自成核退火热分级技术得到热分级后熔融曲线，检测聚乙烯管材料链结构分布，所述的链结构分布包括不同可结晶亚甲基序列长度的质量百分含量分布、短链支化度的质量百分含量分布及晶片厚度的质量百分含量分布。(2)将差示扫描量热曲线上的多种熔融峰按照温度段分成四组计算对应积分面积大于等于127°C对应熔融峰积分面积；温度段127-120°C对应熔融峰积分面积；温度段110-120°C对应熔融峰积分面积；小于等于110°C温度段对应熔融峰积分面积。将各温度段的积分面积/各温度段组分对应的结晶度计算得到各温度段所对应组分的重量，再计算得到各温度段对应各组分的重量的百分比。按照四个组分所对应可结晶序列长度的长短将四个部分命名为长序列(彡260个亚甲基)、较长序列(260 160个亚甲基)、不长序列(160 90个亚甲基)和短序列(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速检测聚乙烯管材专用料等级的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)应用连续自成核退火热分级方法在差示扫描量热仪上进行连续自成核程序测试样品得到差示扫描量热曲线；(2)将差示扫描量热曲线上的多种熔融峰按照温度段分成四组计算对应积分面积，它们分别为：大于等于127℃对应熔融峰积分面积；温度段127?120℃对应熔融峰积分面积；温度段110?120℃对应熔融峰积分面积；小于等于110℃温度段对应熔融峰积分面积；将各温度段的积分面积/各温度段组分对应的结晶度计算得到各温度段所对应组分的重量，再计算得到各温度段对应各组分的重量的百分比；按照四个组分所对应可结晶序列长度的长短将四个部分命名为：长序列为≥260个亚甲基；较长序列为260～160个亚甲基；不长序列为160～90个亚甲基和短序列为≤90个亚甲基)；(3)根据步骤(2)的结果，进行聚乙烯管材料的ISO9080定级：PE80及以上等级的聚乙烯管材料的长序列质量百分比含量为30?86％；较长序列质量百分比含量为3?25％；不长序列的质量百分比含量为3?30％；短序列的质量百分含量为0?50％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓英，白玮，义建军，刘新元，祖凤华，李红明，崔伟松，毛静，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：