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摘要：文章研究了不同类型和数量的再生材料对管材性能的影响，将不同类型的再生材料混合在原料中制备聚乙烯管材。结果表明，添加再生材料对管材的热稳定性有明显的影响，随着再生材料含量的增加，管材的热稳定性和断裂伸长率降低；当含量低于10% 时，本地制造的回收材料的特性与进口材料的特性相似。
关键词：聚乙烯（PE）管材；回收料再利用；研究分析；氧化诱导；
前言
聚乙烯管道由于其耐化学腐蚀、温度低、强度好和不污染传输介质，广泛用于市政建筑、农业生产和石油化工。聚乙烯混配料是按GB/T18475-2001中规定的最小要求强度（MSR）进行分级和命名的，PE100管是MRS值为10.0MPa的管材树脂，PE80管是MRS值为8.0MPa的管材树脂，PE100管材属于HDPE管，具有很好的抗裂纹扩展速度慢和裂纹扩展速度快的能力。除了普通PE管道的传统优势之外，由于其分子结构的改进和物理机械性能的提高，PEl00管道被广泛用于天然气和饮用水运输等领域。
一、聚乙烯管材概述
1.聚乙烯原材料
聚乙烯的原料来源非常丰富。聚乙烯可以从原油、轻油的裂解分离而得，也可从其他炼油厂得到。由于聚乙烯具有制造工艺流程较短，在加工制品时，不用增塑剂等优点，因此发展很快，有些国家聚乙烯树脂产量已为塑料总产量的一半。我国有着丰富的石油资源，为聚乙烯树脂的发展创造了极其有利的条件。聚乙烯按密度来分则为低密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯。目前，中密度聚乙烯和高密度聚乙烯广泛用于供水领域。GB/T18475-2001中将聚乙烯混配料分为PE63、PE80和PE100，最常用的材料为PE80和PE100。
2.聚乙烯管材
管道生产技术。聚乙烯管的典型生产工艺包括：原料制备→进料挤出→冷却定型→拉伸→印刷标记→长度切割→检验→包装存放。所用原材料的性能、挤出设备、冷却水的温度和质量、模具设计和加工的精度、操作员级别以及挤出过程的适用性都对管材的性能有很大影响。拉伸工艺参数包括模具温度、拉伸器工作压力、螺杆转速、拉伸速度、冷却水温度等。拉伸过程的条件因拉伸器的结构而异，诸如聚乙烯材料的压力等级和品牌等因素，并且挤出工艺应根据实际情况在生产实践中加以探索和总结。因此，正确选择和优化拉伸工艺参数对于确保产品性能至关重要。
聚乙烯管的主要性能。聚乙烯管非常耐化学腐蚀。耐无氧酸、碱溶液和室温盐溶液腐蚀；聚乙烯具有良好的健康性能、低流动阻力、良好的灵活性、较强的抗裂性、易于连接、良好的界面性能、轻质材料和实用的施工特点。供水系统使用中密度和高密度聚乙烯管道产品，这些产品不仅可以使管网的使用寿命增加一倍，而且还可以大大降低管网运行的风险，几乎无需进行任何维护，甚至无需对管道进行维护。产品使用条款。聚乙烯管道产品的性能取决于材料、设备和生产工艺的压力等级。它还与水温、水压及其波动、施工质量、管道环境温度、土壤条件等有关，这是多种因素的综合结果。制造商和用户都无法对用于供水的聚乙烯管道产品进行全面性能测试，因为大多数测试具有破坏性。因此，用户必须选择与产品质量得到保证并特别注重信誉的公司合作，以确保产品性能和及时获得适当的技术咨询，从而大大降低管道系统的操作风险。
二、实验部分
1.原材料与方法
母料和色母料均是中国石化生产的同一品牌；回收料有三种主要类型：一种是由管道制造厂本身生产的废物和框架组成的，并记录在R1中；一种是国产经过改性后投入市场的回收材料，记录在R2中；还有一种从国外进口的回收材料，记录在R3中。试验中回收料种类和掺量见表1。
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氧化诱导时间按照GB/T19466.6-2009进行，熔体质量流量按照GB/T3682.1-2018进行，静液压按照GB/T 6111-2018进行，纵向回缩率按照GB/T 6671-2001进行。
2.结果与讨论
（1）原料氧化诱导时间
氧化诱导时间（OIT）是测定试样在高温（200℃）氧气条件下开始发生自动催化氧化反应的时间，是评价材料在成型加工、储存、焊接和使用中耐热降解能力的指标。氧化诱导期方法基于塑料分子链断裂时的放热反应，采用差热分析法（DTA），测试塑料在高温氧中的加速老化程度的方法。其原则是将塑料样品和惰性参考材料（如氧化铝）放在差热分析仪中，以便样品室中的惰性气体（如氮）在一定温度下迅速被氧气取代。测试样品氧化引起的差热分析曲线（差热谱）变化，获得氧化诱导期（时间）OIT（min），评价塑料抗热老化性能。图1显示了原料的氧化诱导时间，其中母料的氧化诱导时间为93.0分钟，大大高于20分钟的标准。如图所示，从国外进口的回收料抗氧性较高，寿命较长，国内生产的经改性后的回收料抗氧性较低，未改性的回收料抗氧化能力最差，但也是符合标准要求的。
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（2）原料熔体质量流动速率
熔体质量（MFR）是选择加工塑料材料的材料和细微差别的重要参考依据，有助于使选定的原材料更好地满足加工过程的要求，并提高模具中产品的可靠性和质量。经试验测得三种回收料的熔体质量流动速率分别是R1为2.20（g/10min）、R2为0.89（g/10min）、R3为0.68（g/10min），母料的熔体质量流动速率是0.36（g/10min），从结果可以看出，母料流动速率最小，未经改性的回收料流动速率最大，国外进口回收料的流动速率最小，最接母料。熔体质量流动速率从侧面反映了管材加工工艺的情况。回收料与母料流动速率差异越大，在添加后对管材的牵出温度和牵出速度的影响就越大。当然，长期使用固定回收材料对生产工艺的影响是可以忽略的。
（3）管材氧化诱导时间
图2是未经改性的回收料不同掺量的氧化诱导时间。从图中可以看出，随着含量的增加，氧化诱导时间缩短，当含量为10%时，氧化诱导时间接近标准下限。比较表明，未改性再生材料可对低剂量氧化诱导时间产生重大影响，主要是因为添加再生材料会改变分子的内部结构，影响塑化过程，降低原材料的抗氧化能力。
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图3使用改性再生材料。随着含量的增加当含量达到10%时，氧诱导时间也迅速缩短。改性可再生材料的抗氧性略高于未改性可再生材料，但随着掺量的增加，其对管道氧诱导的影响还是较明显的。
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图4使用国外进口的回收材料。随着掺量的增加，氧化诱导时间缩短。当掺量达到10%时，氧化诱导时间为26.6分钟，比国内再生材料要好，添加再生材料大大缩短了材料的氧化诱导时间。通过以上对氧诱导时间的比较表明，添加再生材料对管材的氧诱导时间有明显影响，随着含量的增加，氧诱导时间缩短。在没有加入抗氧化剂的情况下，添加再生材料会改变分子的内部结构，影响塑化过程，降低原材料的抗氧化能力。随着掺量的增加，管材抗氧化能力越弱。
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（4）管材静液压强度
静液压是一种测试方法，用于测试管材在特定持续环形压力条件下是否破裂或渗漏。试验看出，管材在20℃和80℃时，管道没有破裂和渗漏，这意味着添加一定量的回收料对管材液压强度影响不大。
（5）纵向回缩率
将指定长度的试样置于指定温度下的加热环境中一段时间。测量加热前后标识之间的距离，以相对于原始长度的长度变化百分比表示管道的纵向回缩率。下图中可以看出，随回收料掺量的增加，管线纵向收缩的增加表明，添加回收料会对管线纵向收缩产生重大影响，而收缩的增加也表明管材加热时稳定性变差。此外，实验表明掺未经改性的回收料管材回缩率增加最快，掺已改性回收料和进口回收料的混合的管材性能相当。
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结束语
回收料的加入明显影响了管材的氧化诱导时间，随着掺量的增加，氧化诱导时间都随之下降，其中掺R1的管材氧化诱导时间下降最快，掺R3的管材氧化诱导时间要优于其他两种。并且加入回收料后，在一定掺量条件下对管材静液压强度影响不明显。还有，回收料的加入明显影响了管材的热稳定性，随着回收料掺量的增加，管材的纵向回缩率都呈上升趋势，说明管材的热稳定性变差，影响情况是R1＞R2＞R3，其中掺R2和R3的管材性能相当。总而言之，R2性能与R3性能接近，能满足市场需求，虽然在某些性能方面要差一些，但从国内价格和环保角度考虑，应优先考虑R2。
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