快速交联高密度聚乙烯管材
发布时间：09-9-21 收藏
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相比其他交联方法，硅烷交联法的优势十分显著。但是，制得的管材在进行水交联时，反应时间太长，而且设备投资成本很大。为此，上海交通大学开发出了一种新的“快速硅烷交联聚乙烯技术” ，可直接生产出无需水煮的快速硅烷交联聚乙烯管料，从而实现了聚乙烯管的快速交联。
概述
长期以来，聚乙烯管以其出色的耐化学腐蚀性、卫生安全、易加工成型、柔软性和耐候性等优点而受到广泛关注。但另一方面，由于不能承受较高的温度，以及力学性能和耐磨性较差等缺陷，而限制了它的应用。
交联方法的引入，为聚乙烯管生产商开辟了一条新的道路。由于独有的立体网状结构，交联后的聚乙烯管既不溶于有机溶剂，高温下也不会被熔化，因而在高温下具有长期稳定的耐压性能，从而极大地拓展了聚乙烯管的应用范围。
在欧洲的建筑冷热水管市场中，交联聚乙烯管的占有率达到了36%，处于领先地位。在地板辐射采暖用管中，其用量高达77%。在我国，随着地板辐射采暖技术在东北、西北和华北等地区的推广，交联聚乙烯管也受到了国内管材生产商的广泛关注。目前，交联聚乙烯管已被列入国家推广的新型建筑材料行列，并作为国家小康住宅推荐产品，在商务大楼、公寓、商品住宅、工厂厂房、太阳能和城镇改水等领域得到了广泛应用。
聚乙烯管的交联方法
美国陶氏公司和韩国SK公司曾使用将乙烯与丁烯进行共聚的方法生产出了“PE-RT”等树脂，并成功地将聚乙烯的耐热温度提高到了80~90℃。但是，这种方法对于耐热温度的提高十分有限，一般超不过100℃。
目前，很多挤出生产商正在采用交联的方法，以达到提高聚乙烯性能的目的，这也是目前所知的最经济和最简便可行的工艺。交联是指在聚合物大分子链间形成共价化学键，以取代原来大分子间的范德华力，因此，分子之间的作用力更强。据介绍，交联可以改善聚乙烯的热变性、耐磨性、粘性变形、耐化学腐蚀性和耐环境应力开裂等性能，从而能够显著提升聚乙烯管的拉伸性能以及抗蠕变性等。
一般，聚乙烯管的交联方法有3种，即辐射交联法（PE-Xc）、过氧化物交联法（PE-Xa）和硅烷交联法（PE-Xb）。辐射交联法是通过β射线或γ射线照射已成型的产品，使聚乙烯分子之间形成交联。该法所得的管材制品纯净，电气性能优越。但不足的是，辐射发生装置昂贵，而且辐射穿透能力有限，不适宜制作厚壁和结构复杂的管材制品，一般多用于生产电缆料、热收缩管和特种薄膜等。
目前使用最多的过氧化物交联法是超高压法。该方法是先将聚乙烯粉料与过氧化物在混合机中混合均匀，再在高温条件下依靠柱塞的往复运动，对混合物料施以高压，将物料压入挤出模头，从而制得管材制品。这种方法需要配备专门的挤出机来生产PE-Xa管，而且挤出机的生产效率通常都比较低。
硅烷交联法被认为是最好的方法之一，其反应机理是：硅烷引发剂首先分解成游离基，由于具有很强的活性，游离基能够被很容易地接枝到聚乙烯的活性基团上，两者发生水解缩合反应，完成交联。这种交联方法对挤出机没有什么限制，在一般的PE或PPR管材挤出机中即可进行PE-Xb管的生产，工艺操作简单且容易控制，生产效率可达20m/min以上。所得的成品管交联度均匀，性能稳定。但是，PE-Xb管需要放置在蒸汽房中，并在90℃的热水池中反应8h以上才能完成交联。而且由于管径越大，管子堆积的空间越大，水交联的成本也相应越大，从而降低了成品管的生产交付效率，也显著增加了投资和生产成本。
快速硅烷交联聚乙烯管料
针对硅烷交联法生产聚乙烯管的缺点，上海交通大学开发出了一种新的“快速硅烷交联聚乙烯技术”，可生产得到一种无需水煮的快速硅烷交联聚乙烯管料。新技术的关键之处在于，在管材的挤出配方中添加了能与聚乙烯反应生成水的物质，以及专为该技术开发的高效催化剂体系。
目前，国内市场上主要的硅烷料生产厂家，如上海化工厂、上海思奇和苏州康斯坦普等公司所提供的PE-Xb原料都是传统的两步法硅烷交联料。这种原料的生产设备较昂贵，占地面积大，而且耗电、耗水，原料的利用率非常低，生产成本很高。另外，这种原料含有对人体有害的重金属锡，而且保质期短，废料的回收利用价值也不高。
相比之下，新的交联管料全部为固体规则状颗粒料，配方中不含重金属锡，完全符合环保要求。包装完好的产品能够在干燥通风的环境中存放至1年以上，即使包装有破损或受潮，仍可回收利用，而且使用价值几乎不变，具有很高的成本效益。据介绍，这种料不用将A、B料分开，可在挤出机上直接制管，由此得到的快速硅烷交联聚乙烯管不需要放置在热水池或蒸汽房中，而只需在室温空气中放置1天，或在60℃的水中水煮1～2h即可达到60%以上的交联度（管材壁厚在 2mm以下）。管材厚度增加时，水煮时间相应增加。
在实现快速交联的同时，新材料还赋予了快速硅烷交联聚乙烯管更多新的性能：
1.卓越的耐热性。一般，普通聚乙烯管的使用温度不超过70℃，而快速硅烷交联高密度聚乙烯管的使用温度可达125℃以上，是高温热水输送系统的优选产品。
2.优良的耐腐蚀性。快速硅烷交联高密度聚乙烯管具有交联网络结构，即使处于高温下，也能输送多种化学物质，而不被溶解、熔化和腐蚀。相比之下，HDPE、PE-RT和PPR管等非交联管则不具备这一性能。
3.良好的记忆性。快速硅烷交联高密度聚乙烯管在加热到适当温度(180℃)时，不会发生熔化，而只是改变其形状。冷却固定后，再加热又会恢复到原来的管状。利用快速交联高密度聚乙烯的形状记忆回复效应，可实现快速无渗漏连接以及非开挖、无焊接旧管道的长距离修复。这一特性使得硅烷交联高密度聚乙烯管不仅可用于城市新管的铺设，也可用于旧管的改造工程，装卸过程十分便利。
4.柔韧性极佳，可以被任意弯曲，也可以采用大型管卷进行管路的连续铺设。在应用过程中，明显减少了接头，而且耗用管件更少，施工更方便。这一特性使得其在城镇非开挖施工领域具有无可比拟的优势。
5.耐磨性优于高密度聚乙烯管，可用于油田、石化等特种流体以及矿山耐磨管道等的输送系统。
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