桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯护套料及其制备方法

摘要

一种桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯护套料由下法制得：将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、抗氧剂、聚乙烯蜡加入到高速混合机，常温混合，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得改性高密度聚乙烯颗粒；将得到的改性高密度聚乙烯颗粒与高密度聚乙烯、炭黑母料、抗氧剂、硅酮母料加入到高速混合机，常温混合，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯黑色护套料。本发明制得的护套料物理机械性能，尤其是抗紫外性能、耐环境应力开裂性能优异，生产的产品各项指标符合住建部标准CJ/T297-2008的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯护套料及其制备方法，属于新材料领域。

背景技术

大型桥梁的缆索是桥梁的主要承重结构，大跨径的桥梁缆索分为斜拉索和吊索，缆索的外层均挤制两层高密度聚乙烯护套材料，采用黑色聚乙烯加彩色聚乙烯的双层护套结构，最外层的彩色护套材料是满足于桥梁的特殊景观要求。缆索护套材料是保护缆索的第一道防线，一旦护套材料发生开裂损坏，将使腐蚀介质直接进入裸露的钢丝，腐蚀钢丝，斜拉索的腐蚀直接危及桥梁的安全，这时必须换索，换索费用极高，将造成重大的经济损失，严重的可能发生桥梁坍塌，造成重大安全灾难。

目前国内缆索生产厂家所用护套材料均是从国外进口，国内尚没有生产出合格的缆索护套材料。缆索在工作时要承受动载和静载，当缆索承受应力时，护套承受一定的应力，容易导致在环境应力条件下开裂，尤其是在恶劣的气候条件下。在完全暴露在大气环境下的聚乙烯护套材料，其正常使用寿命不超过30年，而大桥缆索的设计使用寿命往往是100年，这完全不符合缆索的使用要求，为了延长桥梁的使用寿命，必须制备出性能合格、经久耐用的改性缆索护套材料、符合桥梁缆索的使用要求迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是制备物理机械性能，尤其是抗紫外性能、耐环境应力开裂性能优异、能用于桥梁斜拉索、吊杆索护套材料的挤制的改性耐候高密度聚乙烯护套材料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯护套料及其制备方法，包括以下步骤：

第一步：高密度聚乙烯的改性：

将超高分子量聚乙烯UHMWPE、高密度聚乙烯HDPE、线性低密度聚乙烯LLDPE、低密度聚乙烯LDPE、抗氧剂300#、聚乙烯蜡（PE蜡）加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得改性高密度聚乙烯颗粒；挤出机的工作温度为：一区180±5℃，二区200±5℃，三区220±5℃，四区230±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。所用UHMWPE、HDPE、LLDPE、LDPE、抗氧剂300#、PE蜡的重量比例：30-50:40-50:10-15:3-5:0.3-0.5:0.5-0.8。

第二步：黑色护套料的制备：

将第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、高密度聚乙烯HDPE、炭黑母料、抗氧剂300#、硅酮母料加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯黑色护套料；挤出机的工作温度为：一区185±5℃，二区210±5℃，三区220±5℃，四区235±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。所用改性高密度聚乙烯颗粒、HDPE、炭黑母料、抗氧剂300#、硅酮母料的比例：20-30:50-70:5-6:0.5-0.8:3-5。

第三步：彩色护套料的制备

将第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、高密度聚乙烯HDPE、色母料（珠光白、红、银灰、桔色、蓝等）、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂、硅酮母料加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯彩色护套料；挤出机的工作温度为：一区185±5℃，二区210±5℃，三区220±5℃，四区235±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。所用改性高密度聚乙烯颗粒、HDPE、色母料、抗氧剂1010、抗氧剂168、紫外线吸收剂、硅酮母料的比例：20-30:50-70:2-3:0.5-0.8:0.5-0.8:0.3-0.5:2-3。

所述高密度聚乙烯的密度为0.947g/cm³～0.950g/cm³、线性低密度聚乙烯的密度为0.918g/cm³～0.925g/cm³、低密度聚乙烯的密度为0.918g/cm³～0.925g/cm³。

本发明的制备得到的桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯护套料物理机械性能，尤其是抗紫外性能、耐环境应力开裂性能优异，用于桥梁斜拉索、吊杆索护套材料的挤制，生产的产品各项指标符合住建部标准CJ/T297-2008的要求。产品以耐候性高密度聚乙烯为基料，复配改性剂、抗氧剂、光稳定剂、炭黑、色母等原料，经混炼、挤出造粒而成，色泽均匀，彩色料颜色可根据要求进行定制。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明

一种桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯护套料及其制备方法：

第一步：高密度聚乙烯的改性：

取30-50kg超高分子量聚乙烯UHMWPE、40-50kg高密度聚乙烯HDPE、10-15kg线性低密度聚乙烯LLDPE、3-5kg低密度聚乙烯LDPE、0.3-0.5kg抗氧剂300#、0.5-0.8kg聚乙烯蜡加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得改性高密度聚乙烯颗粒；挤出机的工作温度为：一区180±5℃，二区200±5℃，三区220±5℃，四区230±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。

第二步：黑色护套料的制备：

取20-30kg第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、50-70kg高密度聚乙烯HDPE、5-6kg炭黑母料、0.5-0.8kg抗氧剂300#、3-5kg硅酮母料加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯黑色护套料；挤出机的工作温度为：一区185±5℃，二区210±5℃，三区220±5℃，四区235±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。

第三步：彩色护套料的制备

取20-30kg第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、50-70kg高密度聚乙烯HDPE、2-3kg色母料（珠光白、红、银灰、桔色、蓝）、0.5-0.8kg抗氧剂1010、0.5-0.8kg抗氧剂168、0.3-0.5kg紫外线吸收剂、2-3kg硅酮母料加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯彩色护套料；挤出机的工作温度为：一区185±5℃，二区210±5℃，三区220±5℃，四区235±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。

以上材料说明：

超高分子量聚乙烯UHMWPE：上海化工研究院生产，分子量450万-500万。

高密度聚乙烯树脂：齐鲁石化生产，DGGA6098，熔体流动速率0.08g/10min(2.16kg，190℃)，密度0.950g/cm³；或者齐鲁石化生产，DGDB2480，熔体流动速率12.53g/10min(21.6kg，190℃)，密度0.947g/cm³。

线性低密度聚乙烯：扬子石化生产，DFDA7042，熔体流动速率2.0g/10min(2.16kg，190℃)，密度0.918g/cm³；或者沙特阿拉伯生产，218W，熔体流动速率2.0g/10min(2.16kg，190℃)，密度0.918g/cm³。

低密度聚乙烯：上海石化生产，Q200，熔体流动速率2.0g/10min(2.16kg，190℃)，密度0.922g/cm³；或者扬子石化巴斯夫有限责任公司生产，2426H，熔体流动速率2.16g/10min(2.16kg，190℃)，密度0.925g/cm³。

抗氧剂300#：4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚），南京米兰化工有限公司生产，白色粉末。

聚乙烯蜡：润滑剂，分子量4000-5000，韩国进口，颗粒状；

炭黑母料：紫外线吸收剂，卡博特生产，LL2590；

硅酮母料：润滑剂，建德市凯杰塑料增韧材料有限公司生产，硅氧烷含量大于73%，外观，半透明颗粒。

紫外线吸收剂：天津市信立丰科技发展有限公司生产，UV-531，2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，浅黄色或白色结晶粉末。

抗氧剂1010：四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，南京米兰化工有限公司生产，白色粉末。

抗氧剂168：三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，南京米兰化工有限公司生产，白色粉末。

色母料（珠光白、红、银灰、桔色、蓝）：市售，颗粒状。

实施例1：一种桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯护套料及其制备方法，该制备方法依次包括以下步骤：

第一步：高密度聚乙烯的改性：

取30kg超高分子量聚乙烯UHMWPE、40kg高密度聚乙烯6098、10kg线性低密度聚乙烯7042、3kg低密度聚乙烯Q200、0.3kg抗氧剂300#、0.5kg聚乙烯蜡加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得改性高密度聚乙烯颗粒；挤出机的工作温度为：一区180±5℃，二区200±5℃，三区220±5℃，四区230±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。

第二步：黑色护套料的制备：

取20kg第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、50kg高密度聚乙烯6098、5kg炭黑母料、0.5kg抗氧剂300#、3kg硅酮母料加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯黑色护套料；挤出机的工作温度为：一区185±5℃，二区210±5℃，三区220±5℃，四区235±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。

第三步：彩色护套料的制备

取20kg第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、50kg高密度聚乙烯6098、2kg色母料（珠光白、红、银灰、桔色、蓝）、0.5kg抗氧剂1010、0.5kg抗氧剂168、0.3kg紫外线吸收剂、2kg硅酮母料加入到高速混合机，常温混合3-5分钟，然后排入到平行双螺杆造粒机组，熔融挤出，水下切粒，粒子脱水后烘干，制得桥梁缆索用改性耐候高密度聚乙烯彩色护套料；挤出机的工作温度为：一区185±5℃，二区210±5℃，三区220±5℃，四区235±5℃，五区240±5℃，六区245±5℃，机头230±5℃。

本实施例的效果数据

黑色护套

1、密度0.950g/cm³；2、熔体流动速率0.25g/10min；3、拉伸断裂应力32.5MPa；4、拉伸屈服应力24MPa；5、断裂标称应变930%；6、硬度64；7、拉伸弹性模量890MPa；8、弯曲弹性模量1100MPa；9、冲击强度53.8KJ/m²；10、软化温度124℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断1%，裂标称应变变化率-10%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-3%，断裂标称应变变化率-5%；17、碳黑分散性8分；18、碳黑含量2.60%。

彩色护套

1、密度0.950g/cm³；2、熔体流动速率0.25g/10min；3、拉伸断裂应力32.5MPa；4、拉伸屈服应力24MPa；5、断裂标称应变930%；6、硬度64；7、拉伸弹性模量890MPa；8、弯曲弹性模量1100MPa；9、冲击强度53.8KJ/m²；10、软化温度124℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断1%，裂标称应变变化率-10%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-3%，断裂标称应变变化率-5%；17、耐光色牢固7级。

实施例2：

同实施例1，不同的是：

第一步：高密度聚乙烯的改性：

取50kg超高分子量聚乙烯UHMWPE、50kg高密度聚乙烯6098、15kg线性低密度聚乙烯7042、5kg低密度聚乙烯Q200、0.5kg抗氧剂300#、0.8kg聚乙烯蜡。

第二步：黑色护套料的制备：

取30kg第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、70kg高密度聚乙烯6098、6kg炭黑母料、0.8kg抗氧剂300#、5kg硅酮母料。

第三步：彩色护套料的制备

取30kg第一步制得的改性高密度聚乙烯颗粒、70kg高密度聚乙烯6098、3kg色母料（珠光白、红、银灰、桔色、蓝）、0.8kg抗氧剂1010、0.8kg抗氧剂168、0.5kg紫外线吸收剂、3kg硅酮母料

本实施例的效果数据

黑色护套

1、密度0.958g/cm³；2、熔体流动速率0.28g/10min；3、拉伸断裂应力38MPa；4、拉伸屈服应力26MPa；5、断裂标称应变940%；6、硬度63；7、拉伸弹性模量900MPa；8、弯曲弹性模量1000MPa；9、冲击强度50KJ/m²；10、软化温度120℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断5%，裂标称应变变化率-8%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-10%，断裂标称应变变化率-10%；17、碳黑分散性8分；18、碳黑含量2.60%。

彩色护套

1、密度0.958g/cm³；2、熔体流动速率0.28g/10min；3、拉伸断裂应力38MPa；4、拉伸屈服应力26MPa；5、断裂标称应变940%；6、硬度63；7、拉伸弹性模量900MPa；8、弯曲弹性模量1000MPa；9、冲击强度50KJ/m²；10、软化温度120℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断5%，裂标称应变变化率-8%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-10%，断裂标称应变变化率-10%；17、耐光色牢固7级。

实施例3：

同实施例1，不同的是：

第一步：取40kg高密度聚乙烯2480、10kg线性低密度聚乙烯218W、3kg低密度聚乙烯2426H。

第二步：取50kg高密度聚乙烯2480。

第三步：取50kg高密度聚乙烯2480

本实施例的效果数据

黑色护套

1、密度0.960g/cm³；2、熔体流动速率0.22g/10min；3、拉伸断裂应力38MPa；4、拉伸屈服应力27MPa；5、断裂标称应变740%；6、硬度63；7、拉伸弹性模量800MPa；8、弯曲弹性模量800MPa；9、冲击强度45KJ/m²；10、软化温度120℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断4%，裂标称应变变化率-10%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-12%，断裂标称应变变化率-11%；17、碳黑分散性8分；18、碳黑含量2.60%。

彩色护套

1、密度0.960g/cm³；2、熔体流动速率0.22g/10min；3、拉伸断裂应力38MPa；4、拉伸屈服应力27MPa；5、断裂标称应变740%；6、硬度63；7、拉伸弹性模量800MPa；8、弯曲弹性模量800MPa；9、冲击强度45KJ/m²；10、软化温度120℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断4%，裂标称应变变化率-10%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-12%，断裂标称应变变化率-11%；17、耐光色牢固7级。

实施例4：

同实施例2，不同的是：

第一步：取50kg高密度聚乙烯2480、15kg线性低密度聚乙烯218W、5kg低密度聚乙烯2426H。

第二步：取70kg高密度聚乙烯2480。

第三步：取70kg高密度聚乙烯2480

本实施例的效果数据

黑色护套

1、密度0.961g/cm³；2、熔体流动速率0.32g/10min；3、拉伸断裂应力36MPa；4、拉伸屈服应力23MPa；5、断裂标称应变860%；6、硬度60；7、拉伸弹性模量780MPa；8、弯曲弹性模量800MPa；9、冲击强度48KJ/m²；10、软化温度120℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断8%，裂标称应变变化率-8%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-10%，断裂标称应变变化率-9%；17、碳黑分散性8分；18、碳黑含量2.60%。

彩色护套

1、密度0.961g/cm³；2、熔体流动速率0.32g/10min；3、拉伸断裂应力36MPa；4、拉伸屈服应力23MPa；5、断裂标称应变860%；6、硬度60；7、拉伸弹性模量780MPa；8、弯曲弹性模量800MPa；9、冲击强度48KJ/m²；10、软化温度120℃；11、耐环境应力开裂F₀＞5000h；12、冲击脆化温度，合格；13、耐热应力开裂F₀＞96h；14、耐热老化100℃×168h，拉伸断裂应力变化率断8%，裂标称应变变化率-8%；15、耐臭氧老化，合格；16、耐荧光紫外老化，拉伸断裂应力变化率-10%，断裂标称应变变化率-9%；17、耐光色牢固7级。