CN101016965A - 增强型超高分子量聚乙烯缠绕管及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于增强型超高分子量聚乙烯缠绕管及其制法，由一层或一层以上超高分子量聚乙烯型材作缠绕材料，规则、镜像或相间错位排列，相邻侧壁/周边间熔融互接或相邻侧壁/周边间施加熔结材料熔融粘结，螺旋缠绕构成管材壁；缠绕材料经过拉伸，使分子沿型材的纵向方向取向；超高分子量聚乙烯基材中施加有增强材料和/或耐磨材料和/或阻燃材料和/或抗静电材料；熔接材料为塑料聚合物，或施加有增强和/或耐磨和/或阻燃和/或抗静电材料，形成塑化熔融的共挤物；增强材料在缠绕材料和/或熔接材料中的分布，是沿着高强度缠绕管材轴线的螺旋方向取向分布。具有更高的抗冲击性、屈服强度、耐磨性、阻燃和抗静电能力，用小设备就能生产出大口径管材。
Description
技术领域
本发明属于工程部件领域，具体涉及一种增强型超高分子量聚乙烯缠绕管及其制法。广泛应用于矿山、钢铁厂、热电厂、化工厂、油田中各种酸液、碱液、原油、成品油、尾矿泥浆、水煤浆、电厂排灰、排渣等输送领域管道的应用。
背景技术
塑料管材因重量轻、耐腐、流阻小、施工方便、使用寿命长等一系列优越性能，正逐步替代铸铁管、水泥管、陶瓷管等传统管材，在供排水领域得到日益广泛的应用。
在现有技术中，塑料管材挤出过程分子排列沿管材轴向取向，使管材纵向拉伸强度高、环向应力强度低，而管材在内压作用下，所受的环应力比拉应力大，使得材料的强度在耐压性能方面没有得到充分的发挥。
另外，由于塑料材料本身的强度所限，使塑料管材在高压供、排水领域仍无法满足要求，使用领域受到一定限制。还由于用传统的生产设备生产实壁管材，设备投入较大，技术上难以实现，到目前为止大于2000mm的大口径实壁塑料管的生产还未见报道。
发明内容
本申请的发明目的，是在超高分子量聚乙烯中复合增强材料，以提高材料本身的强度，并通过加工方式的改进，使增强材料和聚合物大分子排列沿管材环向高度取向，使管材的环应力和环刚度大幅度提高，生产大口径实壁管材。
本发明同时提供了增强型超高分子量聚乙烯缠绕管的制法。
本发明是通过如下技术方案实施的：
研制一种增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是：
(1)所述的缠绕材料截面形状为规则或不规则的正方形、矩形、平行四边形、菱形、梯形、三角形、椭圆形或圆形；
(2)所述的缠绕材料规则排列、镜像排列或相间错位排列，螺旋缠绕构成管材壁；
(3)所述的管材壁：
a.由一层缠绕材料相邻侧壁间熔融互接，规则排列复合构成一体；
b.或由一层以上缠绕材料相邻周边间熔融互接，镜像排列或相间错位排列复合构成一体；
c.或由一层缠绕材料相邻侧壁间施加熔结材料熔融粘结，规则排列复合构成一体；
d.或由一层以上缠绕材料相邻周边间施加熔结材料熔融粘结，镜像排列或相间错位排列复合构成一体；
(4)所述的缠绕材料：
a.是单层或多层实心的超高分子量聚乙烯基材；
b.经过拉伸，使分子沿型材的纵向方向取向；
c.所述的超高分子量聚乙烯型材基材中施加有添加材料---增强材料和/或耐磨材料和/或阻燃材料和/或抗静电材料；
(5)所述的熔接材料为塑化熔融后的高密度聚乙烯，熔接材料中施加有添加材料---增强材料和/或耐磨材料和/或阻燃材料和/或抗静电材料，形成塑化熔融的共挤物；
(6)所述增强材料在缠绕材料和/或熔接材料中的分布，是沿着高强度缠绕管材轴线的螺旋方向取向分布；
(7)所述增强材料是有机纤维和/或无机纤维和/或天然纤维和/或金属纤维。
上述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是增强材料为玻璃纤维、硅酸铝纤维、碳/石墨纤维、芳纶纤维、硼纤维、陶瓷纤维、热塑性聚脂纤维、聚酰胺纤维、超高分子量聚丙烯纤维、聚亚苯基苯并二噁唑纤维、剑麻纤维或不锈钢纤维。
上述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是耐磨材料设置为玻璃微珠、滑石粉、硅微粉或硅砂。
上述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是阻燃材料设置为十溴二苯醚、三氧化二锑组合或十溴二苯醚、三氧化二锑和硼酸锌组合。
上述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是抗静电材料设置为导电碳黑。
上述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管的一种制法，其特征是：
(1)所述的超高分子量聚乙烯型材中，超高分子量聚乙烯基材与各添加材料的重量配料比为：
超高分子量聚乙烯基材∶增强材料∶耐磨材料∶阻燃材料∶抗静电材料
＝1∶0～0.8∶0～0.2∶0～0.2∶0～0.5；
(2)所述的各添加材料与超高分子量聚乙烯基材混合均匀，由挤出机连续挤出施加有添加材料的实心超高分子量聚乙烯型材，型材在保温50～170℃下牵引拉伸，使增强材料和聚合物的大分子沿着型材的纵向取向分布，生产出高拉伸强度、高弹性模量的实心超高分子量聚乙烯型材；
(3)通过缠绕机将表面熔融的缠绕材料进行缠绕，使型材相邻侧壁熔融互接，复合为一体，形成结构壁管材；
(4)通过旋转滚压装置，对缠绕成型的管材壁进行滚压，使管材壁规整圆滑。
上述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管的另一种制法，其特征是：
(1)所述的超高分子量聚乙烯型材中，超高分子量聚乙烯基材与各添加材料的重量配料比为：
超高分子量聚乙烯基材∶增强材料∶耐磨材料∶阻燃材料∶抗静电材料
＝1∶0～0.8∶0～0.2∶0～0.2∶0～0.5；
(2)所述的熔接材料中，高密度聚乙烯基材与各添加材料的重量配料比为：
高密度聚乙烯基材∶增强材料∶耐磨材料∶阻燃材料∶抗静电材料
＝1∶0～0.8∶0～0.2∶0～0.2∶0～0.5；
(3)所述的各添加材料与超高分子量聚乙烯基材混合均匀，由挤出机连续挤出施加有增强材料的型材，或对挤出的型材牵引拉伸，使增强材料和聚合物的大分子沿着管材轴线的环绕方向取向分布，生产出高拉伸强度、高弹性模量的实心超高分子量聚乙烯型材；
(4)通过缠绕机将缠绕材料进行缠绕的同时，把熔融的熔接材料施加于缠绕中的缠绕材料相邻侧或相邻侧壁间，施压使之熔融粘结为一体，形成结构壁管材；
(5)通过旋转滚压装置对缠绕成型的管材壁进行滚压，使管材壁规整圆滑。与现有技术比较，本发明的优点是：
1.由于对型材进行拉伸使增强材料和聚合物的大分子沿管材环向高度取向，使管材环应力和环刚度大幅度提高。
2.在型材中复合增强材料，具有比普通超高分子量聚乙烯更高的抗冲击性和较高的屈服强度。
3.增加了耐磨材料，具有比普通超高分子量聚乙烯更好的耐磨性；适用于浆体、渣粒的输送。
4.增加了阻燃和抗静电材料，具有良好的阻燃和抗静电能力，可安全地适用于矿山、煤粉和化工厂等含粉尘高、易于引发爆炸的场合。
5.此生产方式无需增加很大的设备投资，用小的设备就能生产出大口径管材。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2增强型超高分子量聚乙烯缠绕管局部剖视示意图；
图3是本发明一种管壁结构示意图；
图4是本发明另一种管壁结构示意图；
图5是本发明再一种管壁结构示意图；
图6是本发明又一种管壁结构示意图；
图7是本发明另一种管壁结构示意图；
图8是本发明再一种管壁结构示意图；
图9是本发明又一种管壁结构示意图；
图10是本发明另一种管壁结构示意图；
图11是本发明再一种管壁结构示意图；
图12是本发明又一种管壁结构示意图；
图13是本发明另一种管壁结构示意图；
图14是本发明再一种管壁结构示意图；
图15是本发明又一种管壁结构示意图；
图16是本发明另一种管壁结构示意图；
图17是本发明再一种管壁结构示意图；
图18是本发明又一种管壁结构示意图；
图19是本发明另一种管壁结构示意图；
图20是本发明再一种管壁结构示意图；
图21是本发明又一种管壁结构示意图；
图22是本发明另一种管壁结构示意图；
图23是本发明再一种管壁结构示意图；
图24是本发明又一种管壁结构示意图；
图25是本发明另一种管壁结构示意图；
图26是本发明再一种管壁结构示意图；
图27是本发明又一种管壁结构示意图；
图28是本发明另一种管壁结构示意图；
图29是本发明再一种管壁结构示意图；
图30是本发明又一种管壁结构示意图；
图31是本发明另一种管壁结构示意图；
图32是本发明再一种管壁结构示意图；
图33～36显示缠绕材料经拉伸后，型材的截面变成不规则的形态示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述：
参阅图1，图中，通过料斗1供料，经专用挤出机2挤出混合施加有添加材料和基材的缠绕材料(实心超高分子量聚乙烯型材)；型材从挤出机头/模具3处被挤出，经成对配置的牵引辊4-1、4-2、4-3牵引前行，在加热(保温)箱5-1、5-2处在加热(保温)状态下被拉伸/多级拉伸，使超高分子量聚乙烯分子的排列高度取向，提高材料的拉伸强度和弹性模量，使缠绕成型后的管材耐压强度和环刚度得到进一步加强； 通过冷却箱6、导向轮7，缠绕成型机8螺旋缠绕成型，在型材粘接前通过热风机9对型材表面进行热风加热，提高表面温度，使型材相邻侧壁熔融对接良好；缠绕成型的管材通过旋转的压辊10滚压使管材壁规整圆滑。
如果使用粘结材料，则粘接材料挤出机11挤出呈熔塑状态的粘接材料，添加到型材的相邻侧壁处或型材的相邻侧壁间，再经缠绕成型机8螺旋缠绕成型。
参阅图2，显示本发明的整体形态和局部剖视示意图，图中，12为增强型超高分子量聚乙烯缠绕管的外表面；13为增强型超高分子量聚乙烯缠绕管的内表面；14为结构壁中的缠绕材料——超高分子量聚乙烯型材。
参阅图3～32，显示各种不同结构壁的管壁的局部放大剖视示意图：
图3、4、5，显示一种管材壁的结构，由一层缠绕材料规则排列，相邻侧壁熔融互接、压贴复合为一体构成；14为超高分子量聚乙烯型材；15为型材中复合的增强材料；16为型材中复合的耐磨材料。
图6、7、8，显示另一种管材壁的结构，由一层缠绕材料规则排列，相邻侧壁间设置有熔接材料17，通过熔接材料17熔接复合为一体构成；15为型材、熔接材料中复合的增强材料；16为型材、熔接材料中复合的耐磨材料。
图9、10、11，显示再一种管材壁的结构，由一层以上缠绕材料规则排列，相邻周边间熔融互接、压贴复合为一体构成；15为型材中复合的增强材料；16为型材中复合的耐磨材料。
图12、13、14，显示又一种管材壁的结构，由一层以上缠绕材料规则排列，相邻周边间施加熔接材料17熔融粘接复合为一体构成；15为型材、熔接材料中复合的增强材料；16为型材、熔接材料中复合的耐磨材料。
图15、16、17，显示另一种管材壁的结构，由一层缠绕材料规则排列，相邻侧壁熔融互接，压贴复合为一体构成；15为型材中复合的增强材料；16为型材中复合的耐磨材料。
图18、19、20，显示再一种管材壁的结构，由一层缠绕材料规则排列，相邻侧壁设置有熔接材料17，通过熔接材料17熔接复合为一体构成；15为型材、熔接材料中复合的增强材料；16为型材、熔接材料中复合的耐磨材料。
图21、22、23，显示又一种管材壁的结构，由一层以上缠绕材料镜像排列，相邻周边间熔融互接、压贴复合为一体构成；15为型材中复合的增强材料；16为型材中复合的耐磨材料。
图24、25、26，显示另一种管材壁的结构，由一层以上缠绕材料镜像排列，相邻周边间施加熔接材料17，熔融粘接复合为一体构成；15为型材、熔接材料中复合的增强材料；16为型材、熔接材料中复合的耐磨材料。
图27、28、29，显示再一种管材壁的结构，由一层以上缠绕材料相间错位排列，相邻周边间熔融互接、压贴复合为一体构成；15为型材中复合的增强材料；16为型材中复合的耐磨材料。
图30、31、32，显示又一种管材壁的结构，由一层以上缠绕材料相间错位排列，相邻周边间施加熔接材料17熔融粘接复合为一体构成；15为型材、熔接材料中复合的增强材料；16为型材、熔接材料中复合的耐磨材料。
参见图33～36，显示缠绕材料经拉伸后，型材的截面变成不规则的形态示意图：
图33、34是缠绕材料14拉伸变形后，竖向为长轴的椭圆形；17为熔接材料；14为缠绕材料；
图35、36是缠绕材料14拉伸变形后，横向为长轴的椭圆形；17为熔接材料；14为缠绕材料。
实施例1制作添加有增强材料、阻燃材料和抗静电材料的超高分子量聚乙烯缠绕管
重量配比：
塑料基材∶增强材料∶阻燃材料∶抗静电材料＝1∶0.2∶0.2∶0.3；
用量：塑料基材 100kg；
增强材料玻璃纤维 20kg；
阻燃材料十溴二苯醚 12kg；
三氧化二锑 8kg；
抗静电材料导电碳黑 30kg；原料均为市售工业品。
(注：缠绕材料为分子量≥150万的超高分子量聚乙烯塑料基材；熔接材料为高密度聚乙烯；下同。)
一种制法是：增强型超高分子量聚乙烯缠绕管是多层实心的超高分子量聚乙烯型材缠绕而成；各添加材料与超高分子量聚乙烯基材混合均匀，由挤出机连续挤出施加有添加材料的实心超高分子量聚乙烯型材，把型材温度保持在80～100℃状态下牵引拉伸，使增强材料和聚合物的大分子沿着型材的纵向取向分布，生产出高拉伸强度、高弹性模量的实心超高分子量聚乙烯型材；
通过缠绕机将表面熔融的缠绕材料进行缠绕，在缠绕过程中，由多层缠绕材料相邻侧壁间熔融互接，规则排列复合构成一体，形成结构壁管材；熔融互接时型材控制的温度范围为80～100℃；最后，通过旋转滚压装置对缠绕成型的管材壁进行滚压，使管材壁规整圆滑。
缠绕材料截面形状为规则或不规则的正方形、矩形、平行四边形、菱形、梯形、三角形、椭圆形或圆形；或者与上述形状近似的形状。
另一种制法是：增强型超高分子量聚乙烯缠绕管是多层实心的超高分子量聚乙烯型材缠绕而成；各添加材料与超高分子量聚乙烯基材混合均匀，由挤出机连续挤出施加有增强材料的型材，并对挤出的型材牵引拉伸，使增强材料和聚合物的大分子沿着管材轴线的环绕方向取向分布，生产出高拉伸强度、高弹性模量的实心超高分子量聚乙烯型材；
通过缠绕机将缠绕材料进行缠绕的同时，把熔融的熔接材料施加于缠绕中的缠绕材料相邻侧或相邻侧壁间，施压使之熔融粘结为一体，形成结构壁管材；
熔接材料为塑化熔融后的的HDPE，熔接材料中同缠绕材料一样施加有添加材料---增强材料、阻燃材料、抗静电材料，形成塑化熔融的共挤物；最后，通过旋转滚压装置对缠绕成型的管材壁进行滚压，使管材壁规整圆滑。
经检测，本发明的管材性能可满足：
外观：大口径高强度塑料缠绕管材的内、外表面光洁；管材在切割后的断面平整，无毛刺；
公称环刚度： ≥12.5～18/kN/m2；(按GB/T9647-2003热塑性
塑料管材环刚度的试验方法)
负压： ≤0.09～0.098Mpa保持100h，无塌陷、屈曲)；(按
行业标准检验)
电阻 ≤1×106Ω(内、外表面的算术平均值)；
(按MT181-88标准的规定进行)
有焰燃烧时间(酒精喷灯燃烧) 单根≤10s；
6根算术平均值≤3s；
无焰燃烧时间(酒精喷灯燃烧) 单根≤60s；
6根算术平均值≤20s；
(按MT181-88标准的规定进行)
用上述配比，制作直径为2000mm；标准尺寸比(SDR)为39的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | |
| 纯UHMW-PE | 39 | 65 | 0.48 | 387.03 |
| 本发明 | 39 | 65 | 2.0 | 473.91 |
用上述配比，制作直径为2000mm；工作压力(MOP)为2.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截面积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 13 | 154 | 2.0 | 874.8 | 2.25 |
| 本发明 | 39 | 65 | 2.0 | 473.91 | 2.75 |
本发明的管道，其标准尺寸比是纯UHMW-PE的3倍(即φ2000的管道可流通截面是UHMW-PE的1.22倍)；其壁厚仅为纯UHMW-PE的42％；其米重仅为纯UHMW-PE的54％。
实施例2制作添加增强材料的超高分子量聚乙烯管
重量配比：
塑料基材∶增强材料＝1∶0.8；
用量：塑料基材 100kg；
增强材料玻璃纤维 80kg；原料均为市售工业品。
通过缠绕机将缠绕材料(复合有增强材料的塑料实心型材)进行缠绕的同时，把熔融的熔接材料，施加于缠绕中的缠绕材料相邻侧，施压使之熔融粘接为一体；其缠绕直径为2000mm；最后，通过旋转滚压装置对缠绕成型的管材壁进行滚压，使管材壁规整圆滑。
用上述配比，制作直径为2000mm；标准尺寸比(SDR)为34.3的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | |
| 纯UHMW-PE | 34.3 | 58.3 | 0.72 | 348.34 |
| 本发明 | 34.3 | 58.3 | 3.5 | 426.54 |
用上述配比，制作直径为2000mm；工作压力(MOP)为3.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截面积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 7.8 | 254.54 | 3.5 | 1367.17 | 1.75 |
| 本发明 | 34.3 | 58.3 | 3.5 | 426.54 | 2.78 |
其余同实施例1。
实施例3制作添加增强材料、耐磨材料和抗静电材料的超高分子量聚乙烯管
重量配比：
塑料基材∶增强材料∶耐磨材料∶抗静电材料＝1∶0.6∶0.2∶0.1；
用量：塑料基材 100kg；
增强材料碳/石墨纤维 60kg；
耐磨材料硅微粉(或硅砂或玻璃微珠) 20kg；
抗静电材料导电碳黑 10kg；原料均为市售工业品。
用上述配比，制作直径为2000mm；标准尺寸比(SDR)为26.0的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 砂浆磨损率％ | |
| 纯UHMW-PE | 26.0 | 77.0 | 0.96 | 455.64 | 0.2 |
| 本发明 | 26.0 | 77.0 | 4.0 | 557.93 | 0.054 |
注：砂浆磨损率按QB/T2668-2004规定执行，本发明砂浆磨损率是纯UHMW-PE管的3.7倍强。
用上述配比，制作直径为2000mm；工作压力(MOP)为4.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截面积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 7.0 | 285.71 | 4.0 | 4507.18 | 1.6 |
| 本发明 | 26.0 | 77.0 | 4.0 | 557.93 | 2.68 |
其余同实施例1。
实施例4制作添加增强材料和阻燃材料的超高分子量聚乙烯管
重量配比：塑料基材∶增强材料∶阻燃材料＝1∶0.6∶0.1；
用量：塑料基材 100kg；
增强材料超高分子量聚丙烯纤维 60kg；
阻燃材料十溴二苯醚 6kg；
三氧化二锑 2kg；
硼酸锌 2kg
用上述配比，制作直径为3000mm；标准尺寸比(SDR)为34.4的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | |
| 纯UHMW-PE | 34.4 | 87.21 | 0.72 | 781.68 |
| 本发明 | 34.4 | 87.21 | 3.0 | 957.16 |
用上述配比，制作直径为3000mm；工作压力(MOP)为3.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 9.0 | 333.33 | 3.0 | 2735.26 | 4.27 |
| 本发明 | 34.4 | 87.21 | 3.0 | 957.16 | 6.27 |
其余同实施例1。
实施例5制作添加增强材料和耐磨材料的超高分子量聚乙烯管
重量配比：塑料基材∶增强材料∶耐磨材料＝1∶0.6∶0.1；
用量：塑料基材 100kg；
增强材料硅酸铝纤维 60kg；硅酸铝纤维长度为0.2～50mm；
耐磨材料塑料级滑石粉 10kg；TALCUM.(plastic grade talcum powder)
用上述配比，制作直径为4000mm；标准尺寸比(SDR)为31.0的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 砂浆磨损率％ | |
| 纯UHMW-PE | 31.0 | 129 | 0.8 | 1536.63 | 0.2 |
| 本发明 | 31.0 | 129 | 3.0 | 1881.59 | 0.09 |
用上述配比，制作直径为4000mm；工作压力(MOP)为3.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截面积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 9 | 444.44 | 3.0 | 4862.69 | 7.6 |
| 本发明 | 31.0 | 129 | 3.0 | 1881.59 | 10.99 |
其余同实施例1。
实施例6制作添加增强材料的超高分子量聚乙烯管
重量配比：塑料基材∶增强材料＝1∶0.5
用量：塑料基材 100kg；
增强材料芳纶纤维 50kg；芳纶纤维长度为0.2～30mm；
原料均为市售工业品，其余同实施例1。
用上述配比，制作直径为6000mm；标准尺寸比(SDR)为31.0的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | |
| 纯UHMW-PE | 31.0 | 193.55 | 0.8 | 3458.28 |
| 本发明 | 31.0 | 193.55 | 3.0 | 4234.63 |
用上述配比，制作直径为6000mm；工作压力(MOP)为3.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截面积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 9.0 | 666.67 | 3.0 | 10941.2 | 17.1 |
| 本发明 | 31.0 | 193.55 | 3.0 | 4234.62 | 24.73 |
实施例7制作添加抗静电材料的超高分子量聚乙烯管
重量配比：塑料基材∶抗静电材料＝1∶0.5；
用量：塑料基材 100kg；
抗静电材料导电碳黑 50kg；原料均为市售工业品。
用上述配比，由挤出机连续挤出实芯的超高分子量聚乙烯型材，在保温100～120℃状态下牵引拉伸缠绕构成。
用上述方法，制作直径为500mm；标准尺寸比(SDR)为34的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | |
| 纯UHMW-PE | 34.0 | 16.2 | 0.73 | 21.12 |
| 本发明 | 34.0 | 16.2 | 2.0 | 24.36 |
用上述方法，制作直径为500mm；工作压力(MOP)为2.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截面积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 13.0 | 38.5 | 2.0 | 19.6 | 0.14 |
| 本发明 | 34.0 | 16.2 | 2.0 | 24.36 | 0.17 |
实施例8制作纯超高分子量聚乙烯缠绕管
用量：塑料基材 100kg；
由挤出机连续挤出实芯的超高分子量聚乙烯型材，在保温50～80℃状态下牵引拉伸缠绕构成。其余同实施例1。
用上述方法，制作直径为300mm；标准尺寸比(SDR)为30的缠绕管，其工作压力与纯UHMW-PE实壁管相比结果加下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | |
| 纯UHMW-PE | 30.0 | 10 | 0.83 | 8.92 |
| 本发明 | 30.0 | 10 | 2.0 | 10.92 |
用上述方法，制作直径为300mm；工作压力(MOP)为2.0MPa的缠绕管，其标准尺寸比(SDR)与纯UHMW-PE实壁管相比结果如下表：
| 标准尺寸比SDR | 壁厚e/mm | 工作压力MOP/MPa | 米重Kg/m | 可流通截面积m2 | |
| 纯UHMW-PE | 13.0 | 23 | 2.0 | 19.6 | 0.051 |
| 本发明 | 30.0 | 10 | 2.0 | 10.92 | 0.062 |
其余同实施例1。
Claims (7)
1.一种增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是：
(1)所述的缠绕材料截面形状为规则或不规则的正方形、矩形、平行四边形、菱形、梯形、三角形、椭圆形或圆形；
(2)所述的缠绕材料规则排列、镜像排列或相间错位排列，螺旋缠绕构成管材壁；
(3)所述的管材壁：
a.由一层缠绕材料相邻侧壁间熔融互接，规则排列复合构成一体；
b.或由一层以上缠绕材料相邻周边间熔融互接，镜像排列或相间错位排列复合构成一体；
c.或由一层缠绕材料相邻侧壁间施加熔结材料熔融粘结，规则排列复合构成一体；
d.或由一层以上缠绕材料相邻周边间施加熔结材料熔融粘结，镜像排列或相间错位排列复合构成一体；
(4)所述的缠绕材料：
a.是单层或多层实心的超高分子量聚乙烯基材；
b.经过拉伸，使分子沿型材的纵向方向取向；
c.所述的超高分子量聚乙烯型材基材中施加有添加材料-增强材料和/或耐磨材料和/或阻燃材料和/或抗静电材料；
(5)所述的熔接材料为塑化熔融后的高密度聚乙烯，熔接材料中施加有添加材料---增强材料和/或耐磨材料和/或阻燃材料和/或抗静电材料，形成塑化熔融的共挤物；
(6)所述增强材料在缠绕材料和/或熔接材料中的分布，是沿着高强度缠绕管材轴线的螺旋方向取向分布；
(7)所述增强材料是有机纤维和/或无机纤维和/或天然纤维和/或金属纤维。
2.按照权利要求1所述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是所述的增强材料设置为玻璃纤维、硅酸铝纤维、碳/石墨纤维、芳纶纤维、硼纤维、陶瓷纤维、热塑性聚脂纤维、聚酰胺纤维、超高分子量聚丙烯纤维、聚亚苯基苯并二噁唑纤维、剑麻纤维或不锈钢纤维。
3.按照权利要求1所述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是所述的耐磨材料设置为玻璃微珠、滑石粉、硅微粉或硅砂。
4.按照权利要求1所述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是所述的阻燃材料设置为十溴二苯醚、三氧化二锑组合或十溴二苯醚、三氧化二锑和硼酸锌组合。
5.按照权利要求1所述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管，其特征是所述的抗静电材料设置为导电碳黑。
6.按照权利要求1、2、3、4或5所述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管的制法，其特征是：
(1)所述的超高分子量聚乙烯型材中，超高分子量聚乙烯基材与各添加材料的重量配料比为：
超高分子量聚乙烯基材∶增强材料∶耐磨材料∶阻燃材料∶抗静电材料
＝1∶0～0.8∶0～0.2∶0～0.2∶0～0.5；
(2)所述的各添加材料与超高分子量聚乙烯基材混合均匀，由挤出机连续挤出施加有添加材料的实心超高分子量聚乙烯型材，型材在保温50～170℃下牵引拉伸，使增强材料和聚合物的大分子沿着型材的纵向取向分布，生产出高拉伸强度、高弹性模量的实心超高分子量聚乙烯型材；
(3)通过缠绕机将表面熔融的缠绕材料进行缠绕，使型材相邻侧壁熔融互接，复合为一体，形成结构壁管材；
(4)通过旋转滚压装置，对缠绕成型的管材壁进行滚压，使管材壁规整圆滑。
7.按照权利要求1、2、3、4或5所述的增强型超高分子量聚乙烯缠绕管的制法，其特征是：
(1)所述的超高分子量聚乙烯型材中，超高分子量聚乙烯基材与各添加材料的重量配料比为：
超高分子量聚乙烯基材∶增强材料∶耐磨材料∶阻燃材料∶抗静电材料
＝1∶0～0.8∶0～0.2∶0～0.2∶0～0.5；
(2)所述的熔接材料中，高密度聚乙烯基材与各添加材料的重量配料比为：
高密度聚乙烯基材∶增强材料∶耐磨材料∶阻燃材料∶抗静电材料
＝1∶0～0.8∶0～0.2∶0～0.2∶0～0.5；
(3)所述的各添加材料与超高分子量聚乙烯基材混合均匀，由挤出机连续挤出施加有增强材料的型材，或对挤出的型材牵引拉伸，使增强材料和聚合物的大分子沿着管材轴线的环绕方向取向分布，生产出高拉伸强度、高弹性模量的实心超高分子量聚乙烯型材；
(4)通过缠绕机将缠绕材料进行缠绕的同时，把熔融的熔接材料施加于缠绕中的缠绕材料相邻侧或相邻侧壁间，施压使之熔融粘结为一体，形成结构壁管材；
(5)通过旋转滚压装置对缠绕成型的管材壁进行滚压，使管材壁规整圆滑。
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