本發(fā)明屬于極端低溫保溫管道技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含生物表面活性劑的泡沫滅火劑的配方及其制備方法。
背景技術(shù)：
東北松嫩平原是我國最大的產(chǎn)油區(qū)，地處北溫帶高緯度高寒地區(qū)，特別是大興安嶺北部地區(qū)，冬季極寒天氣頻繁出現(xiàn)。近兩年，隨著中俄能源合作領(lǐng)域拓展，在已敷設(shè)的中俄原油管道一線工程基礎(chǔ)上，將相繼開工二線、中俄天然氣管道等國家重點工程。
由于管線需要穿越大興安嶺地區(qū)永凍土層，穿越段管道采用了復(fù)合保溫管結(jié)構(gòu)，以防止凍土層塌陷，保證長輸管道運行安全。其次，選擇在冬季施工預(yù)制，可防止夏季施工破壞植被并有效防火。復(fù)合保溫管道結(jié)構(gòu)：鋼管——防腐層——聚氨酯保溫層——高密度聚乙烯防護(hù)層。
直埋保溫管道高密度聚乙烯外護(hù)層作為熱塑性材料，其低溫性能受環(huán)境溫度影響大。在-20℃～-40℃低溫環(huán)境下預(yù)制施工，預(yù)制到現(xiàn)場施工，管道沿途擺放最長時間3個月，高密度聚乙烯外層存在低溫開裂風(fēng)險，修復(fù)難度大，成本高，影響工程質(zhì)量和施工進(jìn)度。
普通保溫管用聚乙烯外護(hù)層材料多選用聚乙烯管材料如 PE80 或 PE100等高密度聚乙烯（HDPE），加入炭黑、抗氧劑、紫外線穩(wěn)定劑等混合造粒而成。在常溫及低至-20℃時，其各項指標(biāo)滿足保溫管外護(hù)管用料的要求。當(dāng)環(huán)境溫度低于-40℃時，采用 PE80 及 PE100 的混配料制成的保溫管聚乙烯外護(hù)層存在低溫應(yīng)力開裂的危險。
通常常溫使用的HDPE，增韌采用加入彈性體（EPDM、EPR、SBS）、有機剛性離子（PC、PP、AS等）、無機剛性離子（碳酸鈣、高嶺土等）方法實現(xiàn)。低溫使用的HDPE，采用了加入有機熱塑性彈性體PP、三元乙丙橡膠（EPDM）制得增韌劑，再二次與主料混合制成專用料，不僅工藝過程繁瑣，增加過程成本，而且反復(fù)加工影響各種助劑穩(wěn)定性，最低耐溫-40℃，可控制開裂率5%以內(nèi)。
目前國內(nèi)研究聚乙烯開裂的最低試驗溫度僅為-45℃，近幾年東北地區(qū)受極端氣溫影響，最低環(huán)境溫度已經(jīng)達(dá)到-52℃，因此，開發(fā)-45℃以下低溫超韌性聚乙烯材料，對于提高聚氨酯保溫管道抗凍性，滿足工程需要具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明在于克服背景技術(shù)中存在的現(xiàn)有管道外護(hù)層材料耐極端低溫超韌性能差、外護(hù)層低溫容易開裂的問題，而提供一種耐極端低溫超韌保溫管道外護(hù)層材料 。該耐極端低溫超韌保溫管道外護(hù)層材料，在極端低溫生產(chǎn)及運行環(huán)境中具有優(yōu)異的抗低溫凍害性能，可以抵御-45℃以下低溫應(yīng)力對保溫管道造成的破壞，保溫管最低耐環(huán)境溫度-52℃無開裂。本發(fā)明還提供一種耐極端低溫超韌保溫管道外護(hù)層材料。
本發(fā)明解決其問題可通過如下技術(shù)方案來達(dá)到：該耐極端低溫超韌保溫管道外護(hù)層材料，其組分及配比按質(zhì)量百分比如下： 高密度聚乙烯10～89.5%，茂金屬線性低密度聚乙烯 5～30%；綠磺化聚乙烯3～10%；炭黑1～3%，抗氧劑1～4%，紫外線穩(wěn)定劑0.5～3%。
本發(fā)明還提供了一種耐極端低溫超韌保溫管道外護(hù)層材料的制備方法，按比例將原材料高密度聚乙烯、茂金屬線性低密度聚乙烯 、綠磺化聚乙烯、炭黑、抗氧劑、紫外線穩(wěn)定劑在高速混料機中混合后，加入雙螺桿擠出機，進(jìn)行熔融擠出，造粒，一次性生產(chǎn)出耐低溫超韌聚乙烯專用料。
上述原材料在高速混料機中混合溫度為80℃～110℃；造粒粒徑為2～4mm；上述擠出機分段加熱溫度180℃～230℃，轉(zhuǎn)數(shù)20 r/min～40r/min。
本發(fā)明以HDPE（0.94～0.96g/cm3）為主料，加入茂金屬線性低密度聚乙烯(0.87～0.92g/cm3)、綠磺化聚乙烯輔料，以及炭黑、抗氧劑（1010或168）、紫外線穩(wěn)定劑等助劑，一次混配制成專用料。
該耐極端低溫超韌保溫管道外護(hù)層材料，具有耐極端低溫和超韌性的顯著特點。茂金屬線性低密度聚乙烯結(jié)晶度低，柔韌性好，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，抗沖擊、抗撕裂、抗穿透性能好。借助茂金屬聚乙烯分子量分布窄、支化均勻、密度低、內(nèi)聚能低等特點，在與高密度聚乙烯加熱、熔融，從固體、粘彈體到粘流態(tài)過程中，HDPE長鏈結(jié)構(gòu)中嵌入茂金屬多元支鏈形成的多鏈混合結(jié)構(gòu)，分子鏈排列緊密，聚合物規(guī)整性提高，抵御變形能力增強，加入綠磺化聚乙烯后，由于該材料是耐低溫的彈性體材料，顯著提高低溫塑性，使專用料低溫韌性增大。并且，由于茂金屬聚乙烯內(nèi)聚能低，專用料的耐侯性更好，最終專用料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度達(dá)到-55℃。松弛應(yīng)力增強，力學(xué)性能明顯改善，耐極端低溫（-50℃）缺口沖擊強度達(dá)50KJ/m2。并且一次混配，簡化生產(chǎn)工序，防止助劑熱分解，提高專用料穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明專利所述改性高密度聚乙烯通過異步結(jié)晶來形成多個結(jié)晶層級相互增韌的共混材料。當(dāng)受到外力或內(nèi)應(yīng)力集聚到一定程度時，這些結(jié)晶可以發(fā)生層間滑移、融化，將應(yīng)力松弛掉，從而達(dá)到保護(hù)材料的目的，可以極大地改善材料的低溫性能。
本發(fā)明與上述背景技術(shù)相比較可具有如下有益效果：該耐極端低溫超韌保溫管道外護(hù)層材料，具有以下優(yōu)點：
1、多元混配專用料：改變以往在聚乙烯外護(hù)層半成品生產(chǎn)前臨時混配，采用雙螺桿擠出機預(yù)先生產(chǎn)專用料，按配比自動計量各單體組份重量，自動控制加熱溫度在210±20℃，生產(chǎn)出粒徑（2～4mm）均勻的專用料。
2、機械強度高：改善了高密度聚乙烯力學(xué)性能，拉伸強度24MPa，斷裂伸長率不小于400%。
3、抗低溫性能優(yōu)越：玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度達(dá)到-55℃。保溫管外護(hù)層最低耐環(huán)境溫度-52℃無開裂。
4、材料低溫性能穩(wěn)定：由于專用料采用主料和輔料一次性投入混配生產(chǎn)，改變了以往先制作功能輔料，再二次混配的生產(chǎn)模式，防止各種助劑二次加熱變質(zhì)，保持了各種材料性能穩(wěn)定。
5、外護(hù)層具有超韌性：耐極端低溫（-50℃）缺口沖擊強度達(dá)50KJ/m2，低溫儲存、搬運耐機械損傷，提高保溫管道整體低溫機械性能。
具體實施方式：
下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
實施例1：
將主料高密度聚乙烯（0.94g/cm3）質(zhì)量百分?jǐn)?shù)75%（下同），輔料茂金屬線性低密度聚乙烯（0.87g/cm3、熔體流動速率4.0g/cm）（15%）、綠磺化聚乙烯（5%），助劑炭黑（2.0%）、抗氧劑（2.5%）、紫外線穩(wěn)定劑（0.5%），按配比在高速混料機混合，混合溫度110℃，用自動上料機加入雙螺桿擠出機，進(jìn)行熔融擠出，擠出機分段加熱溫度180℃～230℃，轉(zhuǎn)數(shù)40r/min，造粒（2～4mm），生產(chǎn)耐低溫超韌聚乙烯專用料。
實施例2：
將主料高密度聚乙烯（0.94g/cm3）質(zhì)量百分?jǐn)?shù)70%，輔料茂金屬線性低密度聚乙烯（0.90g/cm3、熔體流動速率5.0g/cm）20%、綠磺化聚乙烯5%，助劑炭黑2.2%、抗氧劑1.8%、紫外線穩(wěn)定劑1.0%，按配比在高速混料機混合，混合溫度100℃，用自動上料機加入雙螺桿擠出機，進(jìn)行熔融擠出，擠出機分段加熱溫度180℃～230℃，轉(zhuǎn)數(shù)30r/min，造粒（2～4mm），生產(chǎn)耐低溫超韌聚乙烯專用料。
實施例3：
將主料高密度聚乙烯（0.95g/cm3）質(zhì)量百分?jǐn)?shù)65%，輔料茂金屬線性低密度聚乙烯（0.91g/cm3、熔體流動速率4.0g/cm）25%、綠磺化聚乙烯5%，助劑炭黑2.0%、抗氧劑2.0%、紫外線穩(wěn)定劑1.0%，按配比在高速混料機混合，混合溫度90℃，用自動上料機加入雙螺桿擠出機，進(jìn)行熔融擠出，擠出機分段加熱溫度180℃～230℃，轉(zhuǎn)數(shù)25r/min，造粒（2～4mm），生產(chǎn)耐低溫超韌聚乙烯專用料。
實施例4：
將主料高密度聚乙烯（0.95g/cm3）質(zhì)量百分?jǐn)?shù)60%，輔料茂金屬線性低密度聚乙烯（0.92g/cm3、熔體流動速率5.0g/cm）30%、綠磺化聚乙烯5%，助劑炭黑2.0%、抗氧劑1.5%、紫外線穩(wěn)定劑1.5%，按配比在高速混料機混合，混合溫度90℃，用自動上料機加入雙螺桿擠出機，進(jìn)行熔融擠出，擠出機分段加熱溫度180℃～230℃，轉(zhuǎn)數(shù)20r/min，造粒（2～4mm），生產(chǎn)耐低溫超韌聚乙烯專用料。
上述實施例1-4生產(chǎn)的耐低溫超韌聚乙烯專用料用于保溫管道外護(hù)層材料，拉伸強度24MPa，斷裂伸長率不小于400%；抗低溫性能優(yōu)越：耐極端低溫（-50℃）缺口沖擊強度達(dá)50KJ/m2，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度達(dá)到-55℃。保溫管外護(hù)層最低耐環(huán)境溫度-52℃無開裂。
聚乙烯作為熱塑性材料，其性能受環(huán)境溫度影響很大，傳統(tǒng)的改性聚乙烯在-30℃～50℃環(huán)境溫度下，具有機械強度高、抗沖擊好、柔韌性好、耐腐蝕、耐紫外線老化等特征。而在-30℃以下使用，特別是-45℃以下極寒氣溫使用，在晝夜大溫差環(huán)境溫度下，冷縮變形超出內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生低溫應(yīng)力快速裂紋。
以本專利所述的耐低溫超韌聚乙烯作為外護(hù)層生產(chǎn)的復(fù)合防腐保溫管道，在低溫環(huán)境應(yīng)力和內(nèi)層材料徑向應(yīng)力的雙重作用下，在-50℃的低溫儲存、搬運、焊接、下溝、回填等一系列施工中，無變形無開裂，保持了保溫管道產(chǎn)品的整體完整性和可靠性。保溫管在-52℃斷裂伸長率100%，脆化溫度達(dá)到-70℃，裸管存放6個月無變形、無開裂。