本發明涉及管材制備技術領域，具體涉及高密度聚乙烯塑鋼纏繞管的生產工藝。
背景技術：
傳統的高密度聚乙烯(HDPE)塑鋼纏繞管主要由聚乙烯材料制成的光滑內壁及與內壁螺旋纏繞為一體的鋼帶材料制成，管材的環剛度比較高。由于該種管材大都是埋設于地下，由于土壤的下沉易導致管道發生一定的位移，或是管道受到土壤、重物的長期擠壓等因素會導致管材的破裂。尤其是口徑比較大的HDPE塑鋼纏繞管更容易破裂，且管道破裂之后的維修十分費時費力。高密度聚乙烯是一種大品種通用塑料，世界產量僅次于聚氯乙烯和低密度聚乙烯，居第三位。HDPE無毒、價廉、質輕，有較高的剛性，優良的成型加工性，優異的耐濕性及化學穩定性，廣泛應用于許多領域。然而因其均聚物沖擊強度低，難以滿足一些工程領域對性能的需求，為了提高HDPE的應用價值，擴大其應用領域，需對其進行增韌改性。目前常用的增韌劑種類可分為三類：一是彈性體和/或韌性好模量低的樹脂增韌；二是剛性粒子增韌；三是彈性體與剛性粒子并用增韌。但是彈體增韌劑對HDPE韌性大幅提高的同時剛性明顯降低。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種高密度聚乙烯塑鋼纏繞管的生產工藝，該工藝對高密度聚乙烯進行改性，韌性和剛性可同時得到提高。
本發明提供的技術方案是高密度聚乙烯塑鋼纏繞管的生產工藝，包括以下步驟：
1)將高密度聚乙烯置于高速混合器，加入物料重量0.1～0.4％的稀土溶液，高速混合5～10min,然后靜置1～3h，將混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到改性高密度聚乙烯顆粒；所述稀土溶液是稀土化合物的水溶液，稀土化合物的質量分數為0.1～0.5％；
2)將改性高密度聚乙烯顆粒和鋼帶通過管材機和管材擠出輔助機擠出、冷卻、定型，即得成品管材。
高密度聚乙烯是半結晶體結構，包括晶區和無定形區，晶區是由納米厚度的折疊鏈片晶組成，片晶以放射狀形成球晶，聚合物鏈從一個片晶穿過小的無定形區到另一個片晶，將片晶聯結。也就是說高密度聚乙烯晶體是一個近似球體的的不規則多面球晶。
稀土元素原子半徑和離子半徑遠遠大于常見金屬離子，并具有異常活潑的化學性質，能與氫、氧、氮以及許多非金屬、金屬及其化合物作用生成高穩定性化合物和金屬間化合物。稀土元素對碳元素具有很強的親和力，用稀土溶液浸潤高密度聚乙烯樹脂，使得大部分片晶開始發生偏轉，破碎成小晶粒，這些小晶粒由聚合物鏈聯結成層狀取向的富晶區，然而原有的片晶折疊鏈并不發生改變，從而使得多面球晶形狀轉變為扁平狀，從而大大提高了HDPE的韌性、強度和剛性。
步驟1)中，將高密度聚乙烯置于高速混合器中，加入物料重量5～10％的丁腈橡膠，高速混合5～10min，得到第一次混合物料；再加入混合物料總重0.1～0.4％的稀土溶液，高速混合5～10min，然后靜置1～3h，得到第二次混合物料；將第二次混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到改性高密度聚乙烯顆粒。
丁腈橡膠(NBR)為極性彈性體，NBR存在兩相結構，一相為富含丁二烯相，另一相為富含丙烯腈(AN)相。由于NBR的兩相結構以及NBR的內部排斥舒張作用，使得NBR中的丁二烯鏈段能夠向HDPE中擴散，并與HDPE分子鏈形成有限纏結。因NBR中有丁二烯雙鍵存在，在共混過程中由于受到熱、力以及氧的作用，也可能產生輕微交聯。NBR的添加可進一步提高HDPE的韌性。在現有技術中NBR改性HDPE，其加入量一般占共混物的15％～25％，只有達到上述加入量，NBR粒子分布密度增加，粒子間距變小，而粒間距是控制沖擊強度的參數，只有基體層厚度小于臨界值(0.6μm)時，才會發生脆韌轉變，韌性才會提高。而在本申請中，由于稀土的浸潤使得HDPE近似球體的部隊則多面體球晶轉變為扁平狀，提高了HDPE密度，因此，只需加入5-10％的NBR即可達到提高抗沖擊強度的效果，大大節約了成本。
所述稀土化合物為稀土元素的氯化物。稀土元素為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、釔(Y)或鈧(Sc)。
作為優選，所述稀土化合物為氯化鑭。
丁腈橡膠中丙烯腈的含量為18％。NBR中AN含量為18％時，極性基團(-CN)含量適中，能與非極性HDPE保持較好的相容性，共混物性能好。
與現有技術相比，本申請的改性高密度聚乙烯不僅可以大大提高韌性，還不需要損失剛性。
具體實施方式
以下具體實施例對本發明作進一步闡述，但不作為對本發明的限定。
實施例1
1)將HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器，加入物料重量0.1％的稀土溶液，高速混合5min,然后靜置1h，將混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到改性高密度聚乙烯顆粒；所述稀土溶液是氯化鑭水溶液，氯化鑭的質量分數為0.1％；
2)將改性高密度聚乙烯顆粒和鋼帶通過管材機和管材擠出輔助機擠出、冷卻、定型，即得成品管材。
對改性高密度聚乙烯顆粒進行沖擊強度和拉伸強度測試，沖擊強度(懸臂梁法，有缺口)實驗按照GB1843-80在UJ-40型沖擊試驗機上進行；拉伸強度實驗按照GB1040-79在LJ-10000N型機械拉力機上進行。經檢測，改性高密度聚乙烯顆粒的抗沖擊強度為1000kJ/m，拉伸強度為30MPa。
對照例1
1)將HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到高密度聚乙烯顆粒；
2)將高密度聚乙烯顆粒和鋼帶通過管材機和管材擠出輔助機擠出、冷卻、定型，即得成品管材。
對高密度聚乙烯顆粒進行沖擊強度和拉伸強度測試，沖擊強度(懸臂梁法，有缺口)實驗按照GB1843-80在UJ-40型沖擊試驗機上進行；拉伸強度實驗按照GB1040-79在LJ-10000N型機械拉力機上進行。經檢測，改性高密度聚乙烯顆粒的抗沖擊強度為160kJ/m，拉伸強度為25MPa。
實施例2
1)將HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器，加入物料重量0.4％的稀土溶液，高速混合10min,然后靜置3h，將混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到改性高密度聚乙烯顆粒；所述稀土溶液是氯化鈰的水溶液，氯化鈰的質量分數為0.5％；
2)將改性高密度聚乙烯顆粒和鋼帶通過管材機和管材擠出輔助機擠出、冷卻、定型，即得成品管材。
對改性高密度聚乙烯顆粒進行沖擊強度和拉伸強度測試，沖擊強度(懸臂梁法，有缺口)實驗按照GB1843-80在UJ-40型沖擊試驗機上進行；拉伸強度實驗按照GB1040-79在LJ-10000N型機械拉力機上進行。經檢測，改性高密度聚乙烯顆粒的抗沖擊強度為1000kJ/m，拉伸強度為30MPa。
經檢測，改性高密度聚乙烯顆粒的抗沖擊強度為1120kJ/m，拉伸強度為32MPa。
實施例3
1)將HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器中，加入物料重量5％的丁腈橡膠(AN含量為18％)，高速混合5min，得到第一次混合物料；再加入混合物料總重0.1％的稀土溶液，高速混合5min，然后靜置h，得到第二次混合物料；將第二次混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到改性高密度聚乙烯顆粒；所述稀土溶液是氯化釤的水溶液，氯化釤的質量分數為0.1％；
2)將改性高密度聚乙烯顆粒和鋼帶通過管材機和管材擠出輔助機擠出、冷卻、定型，即得成品管材。
經檢測，改性高密度聚乙烯顆粒的抗沖擊強度為1280kJ/m，拉伸強度為28.8MPa。
實施例4
1)將HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器中，加入物料重量10％的丁腈橡膠(AN含量為18％)，高速混合10min，得到第一次混合物料；再加入混合物料總重0.4％的稀土溶液，高速混合10min，然后靜置3h，得到第二次混合物料；將第二次混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到改性高密度聚乙烯顆粒；所述稀土溶液是氯化釔的水溶液，氯化釔的質量分數為0.5％；
2)將改性高密度聚乙烯顆粒和鋼帶通過管材機和管材擠出輔助機擠出、冷卻、定型，即得成品管材。
經檢測，改性高密度聚乙烯顆粒的抗沖擊強度為1250kJ/m，拉伸強度為29.2MPa。
實施例5
1)將HDPE(5000s，1.2g/min,北京燕山石化公司)置于高速混合器中，加入物料重量8％的丁腈橡膠(AN含量為18％)，高速混合8min，得到第一次混合物料；再加入混合物料總重0.2％的稀土溶液，高速混合8min，然后靜置2h，得到第二次混合物料；將第二次混合物料送入雙螺桿擠出機中擠出，冷卻，造粒，得到改性高密度聚乙烯顆粒；所述稀土溶液是氯化釔的水溶液，氯化釔的質量分數為0.2％；
2)將改性高密度聚乙烯顆粒和鋼帶通過管材機和管材擠出輔助機擠出、冷卻、定型，即得成品管材。
經檢測，改性高密度聚乙烯顆粒的抗沖擊強度為1250kJ/m，拉伸強度為29.3MPa。