CN101579903A - 聚酰胺合金在制备带法兰管道管件或井口座产品上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚酰胺合金制备带法兰管道管件或井口座产品的应用，特别涉及用聚酰胺合金材料生产带法兰管道、管件或井口座产品的方法和制得的产品。将填充增强改性料混入己内酰胺单体中充分搅拌均匀，并注入反应釜。通过熔体脱水制备活性料，再将醋酸乙烯共聚物加入进去共混，并在催化剂等助剂的作用下，注入预热至一定温度的模具中，在离心力的作用下，聚合成型。用本发明的聚酰胺合金材料制得的带法兰的管道、管件，或油田井口座产品，机械性能好，冲击强度比同类型的机械共混物要高25倍，而且断裂延伸率要大5倍多，比强度高于一些典型金属，耐热性卓越、吸湿性低于一般聚酰胺2～3倍，耐熔剂和耐化学药品性好，耐碱腐蚀性极好。该产品使用寿命长、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及聚酰胺合金在制备带法兰的管道、管件或井口座产品上的应用、特别是涉及用聚酰胺合金制造带法兰的管道、管件或井口座的方法和制得的产品。
背景技术
聚酰胺是目前应用最广泛的一类工程塑料，可直接取代许多有色金属材料，因而广泛应用于石油、化工、冶金等工业领域，还可用于汽车部件、机械部件、电器、电子部件，还有尼龙管道、管件，以及制备的工业阀门或泵等诸多产品。
虽然聚酰胺比其他塑料来看，有较高的抗拉强度，优良的冲击韧性及耐磨性。但是，它受温度、水份的影响较为敏感。随温度、湿度的增大，其机械性能下降，如何有效地改善聚酰胺存在的性能缺点，多年来，人们一直在进行这方面的探讨，但是发展很慢。近几年由于反应性增容技术的不断提升为聚酰胺合金的迅速发展打下了基础。
发明内容
本发明是为了克服聚酰胺存在的性能缺点，提高聚酰胺在低温状态下的冲击强度，降低吸湿性，提供一种使用性能稳定的聚酰胺合金来制备带法兰的管道、管件或井口座的方法以及由该方法制得的产品。
聚酰胺合金是以己内酰胺为原料，配以玻璃纤维增强，加入有机纳米蒙脱土(MTA)、炭黑、酞菁蓝等，并在反应过程中注入18％醋酸乙烯的乙烯-醋酸乙烯的接枝共聚物共混。再以强碱为引发剂，N-乙酰己内酰胺或异氰酸酯类化合物及衍生物为活化剂的作用下，于较高温度的条件下进行熔体共混共聚的产物。其反应原理为：
先由强碱和己内酰胺反应生成己内酰胺钠盐(即己内酰胺阴离子)，它在反应体系己内酰胺溶液中显示很强的极性，使己内酰胺分子成为很活泼的阴离子，(由于分子中含有活泼的酰胺基因，因而它与玻璃纤维表面处剂硅烷的偶联化学反应比较易，增强效果显著)，这个生成的阴离子化合物随即与周围的另一个己内酰胺分子反应，生成另一个己内酰胺阴离子。如此反复生成的氨基己酰己内酰胺具有酰胺亚胺结构，有很强的亲电性质，成为链引发中心。这种活性中心一经生成，就能以很大的速度与酰胺阴离子起反应，进行链的增加，同样的原理，己内酰胺阴离子向酰亚胺的羰基进攻，然后其碱性阴离子就立即为周围的己内酰胺分子所中和取代，同时又生成己内酰胺阴离子，这些阴离子又继续与酰胺末端加成。如此反复进行，使链迅速增长生成很长很长的线型高分子，紧接着这些大分子链插入到具有层状结构的纳米朦脱土(MTA)的层间，形成二维有序纳米插层聚合的聚酰胺合金材料，因而具有质量轻、高强度、高模量、高耐热性以及良好的尺寸稳定性，克服了因吸湿性大带来的制品尺寸和性能变化的缺陷，使综合性能显著提高，更适合制造专用设备，尤其是工业上广泛使用的带法兰盘的管道、管件和石油行业专用的井口座。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种用聚酰胺合金制备带法兰管道、管件或井口座的方法，该方法包括将原料配制搅拌均匀后，注入反应釜。经过熔体共混改性脱水制备活性料，然后注入预热模中进行立式或卧离心铸塑聚合成型，其特征在于制备带法兰管道、管件和井口座所用的配比聚合原料，包括有己内酰胺单体，填充增强改性料，增韧增塑剂，接枝共聚物、催化剂、助催化剂。
配比聚合原料以重量份数计，包括以下组份：
(1)己内酰胺单体1～100份。
(2)填充增强改性料0.2～20份。
(3)催化剂(金属钠或氢氧化钠)0.0015～0.15份。
(4)助催化剂(N-酰基己内酰胺或二苯甲烷二异氰酸脂)0.004～0.4份。
(5)增韧增塑剂HPT(六甲基磷酰三胺)0.0～5份。
(6)接枝共聚物(醋酸乙烯)0.05～0.5份。
所用填充增强改性料选择自玻璃纤维、炭黑、酞菁蓝、活性粉煤灰、聚四氟乙稀粉末(PTFE)、有机蒙脱土(MTA)等中的一种或几种，助催化剂选自N-酰基己内酰胺或异氰酸苯酯二大类。
具体制备方法如下：
生产带法兰管道、管件和井口座等产品，主要采取立式或卧式离心铸塑的成型方法。
①根据管道、管件和井口座使用性能的不同要求，确定不同的原料配方，将配制好的原料装入反应容器中，共混塑炼10分钟，温度120～130℃时，注入催化剂，温度升至140±5℃，反应25～30分钟之后，加入助催化剂、搅拌均匀后，准备铸塑。
②将按前述工艺制备好的聚合活性料迅速注入预热至(175±5)℃的模具中。
③迅速开动电机带动模具旋转，聚合活性料借助离心力的作用而紧贴于模具的内壁上，边聚合边成型。
④保温聚合25～30分钟，便可停车，自然冷却至60℃左右脱模。
⑤将离心铸塑的制品在沸水中或油液中蒸煮2～4小时(热处理)，在水中或油中自然冷却后定型，以消除内应力和提高制品的冲击韧性。
离心铸塑的优点是：
①可以制造薄壁的和很厚壁的环形制件，并可以生产直径大于400毫米而且带法兰盘的直管与管件，这是其他塑料制造工艺无法实现的产品。
②在离心力的作用下，铸件的内部不产生缩孔、气泡或伤痕，制品内应力很小或没有，表面光洁度高。
③可以制造具有不同特性的多层复合结构的制品。如可以根据制品使用要求进行材料设计，将不同配方的聚合活性料按料的先后秩序复合在同一制品上。
④脱模极为方便，适合大批量生产、各种规格尺寸带法兰盘的管道、管件、油田口座、托辊、滑轮以及诸多的通用机械配件。
具体实施方式
【实施例1】
聚酰胺合金制备带法兰的管道、管件：
将80份(重量份数计 以下同)己内酰胺、4份有机蒙脱土(MTA)、6份玻璃纤维、0.18份醋酸乙烯、0.2份炭黑、0.2份酞菁蓝、1.5份增韧增塑剂(六甲基磷酰三胺)，将上述物料先在掺合器中干混，然后注入反应容器中混炼，在温度120～130℃下，共混塑炼10分钟，抽真空(真空负压达到0.095MPa)加入氢氧化钠0.12份，继续共混塑炼25-30分钟，温度为(140±5)℃，真空减压(取消真空负压)，在≥720mm Hg下，脱水至280PPm～290PPm，注入0.04份二苯甲烷二异氰酸酯，充分搅拌均匀后，迅速铸入预热至(170±5)℃的模具内，旋转离心聚合，20～25分钟后停车，自然冷却到50～60℃时，脱模即得到制品。
【实施例2】
聚酰胺合金制备带法兰的管道、管件：
将40份(重量份数计 以下同)己内酰胺、2份有机蒙脱土(MTA)、活性粉煤灰3份、0.1份炭黑、0.09份醋酸乙烯、0.1份酞菁蓝、0.75份增韧增塑剂HPT六甲基磷酰三胺，将上述物料先在掺合器中干混，然后注入反应容器中混炼，在温度120～130℃，共混塑炼10分钟，抽真空(真空负压达到0.095MPa)加入氢氧化钠0.06份，继续共混塑炼25-30分钟，温度为(140±5)℃，真空减压(取消真空负压)，在≥720mm Hg下，脱水至280PPm～290PPm，注入0.02份二苯甲烷二异氰酸酯，充分搅拌均匀后，迅速铸入预热至(170±5)℃的模具内，旋转离心聚合，20～25分钟后停车，自然冷却到50～60℃时，脱模即得到制品。
【实施例3】
聚酰胺合金制备井口座：
将40份(重量份数计 以下同)己内酰胺、2份有机蒙脱土(MTA)、聚四氟乙烯粉末3份、0.1份炭黑、0.09份醋酸乙烯以下步骤与【实施例2】反应聚合成型的方式相同。
现将聚【实施例1-3】所得材料的性能数据列于下表1、表2
表1
| 性能 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 试验方法 |
| 密度 | G/C m2 | 1.41 | 1.26-1.30 | 1.28 | GB1033-1970 |
| 吸水率 | ％ | 0.22 | 0.35 | 0.75 | GB1034-1970 |
| 拉伸强度 | MPa | 135-155 | 95.6-115 | 75.6 | GB1040-1970 |
| 断裂伸长率 | ％ | 13.5-14.8 | ≥22 | 156 | GB1040-1970 |
| 压缩强度 | MPa | 130 | 95-105 | 67-75 | GB1041-1970 |
| 冲击强度 | kj/m2 | 8-9.2 | 6.8 | ≥9.7 | GB1043-1970 |
| 布氏硬度 | (HB)N/mm2 | 275-285 | ≥142 | ≥120 | HG2-168-1970 |
| 弯曲强度 | MPa | 156 | 134 | 96.5 | GB1042-1979 |
| 线膨胀系数 | 1×10-5℃ | ≤2.0 | ≤4.0 | ≤6.5 | GB1036-1979 |
| 热变形温度 | (1.6MPa)℃ | 165 | 135 | 125 | GB1634-1979 |
| 摩擦系数 | U | 0.03 | 0.12 | 0.8 | GB3360 |
几种典型金属及聚酰胺合金的比强度值 表2
用本发明的聚酰胺合金生产的带法兰盘管道、管件、井口座产品性能优良，尤其是吸水率低，制品尺寸稳定，可用于制备各种用途的管道、管件，其性能、技术指示均达到和超过同类钢质产品的技术要求，并广泛用于石油、化工、水电、汽车制造、海洋船舶制造、制药、造纸、制碱行业等工业领域。
Claims (10)
1、一种用聚酰胺合金材料制备带法兰管道、管件或井口座的方法，是将配比的聚合原料搅拌均匀后，注入反应釜，通过熔体共混改性脱水制备聚合活性料，然后将聚合聚合活性料注入预热模具中，进行离心铸塑聚合成型，所述聚合原料包括己内酰胺单体、填充增强改性料、晶核试剂增韧增塑剂、接枝共聚物、催化剂和助催化剂。
2、根据权利要求1所述的制备带法兰管道、管件或井口座的方法，其中聚合原料以重量份数计，包括以下组份：
①己内酰胺单体1～100份。
②填充增强改性料0.2～20份。
③催化剂0.0015～0.15份。
④助催化剂0.004～0.4份。
⑤晶核试剂增韧增塑剂0.0～5份。
⑥接枝共聚物0.05～0.5份。
3、根据权利要求2所述的制备带法兰管道、管件或井口座的方法，其中填充增强改性料选择自玻璃纤维、炭黑、酞菁蓝、活性粉煤灰、聚四氟乙稀粉末(PTFE)、有机蒙脱土(MTA)等中的一种或几种，催化剂为金属钠或氢氧化钠；助催化剂为N-酰胺或异氰酸苯酯二大类；晶核试剂增韧增塑剂为六甲基磷酰三胺；接枝共聚物为醋酸乙烯。
4、根据权利要求3所述的制备管道、管件或井口座的方法，其中使用的助催化剂选N-乙酰基己内酰胺或二苯甲烷二异氰酸酯。
5、根据权利要求1所述的带法兰管道、管件或井口座的制备方法，其特征在于，
①将配制好的聚合原料装入反应容器中，温度90～120℃时，注入催化剂，温度升至120～150℃，反应25～30分钟之后，加入助催化剂、搅拌均匀后，作为聚合活性料准备铸塑；
②将按前述工艺制备好的聚合活性料迅速注入预热至(175±5)℃的模具中；
③迅速开动电机带动模具旋转，聚合活性料借助离心力的作用而紧贴于模具的内壁上，边聚合边成型；
④保温聚合25～30分钟，便可停车，自然冷却至60℃左右脱模；
⑤将离心铸塑的制品在沸水中或油液中蒸煮2～4小时进行热处理，然后在水中或油中自然冷却后定型，以消除内应力和提高制品的冲击韧性。
6、根据权利要求1或4所述的带法兰管道、管件的制备方法，是将重量份数80份己内酰胺、4份有机蒙脱土、6份玻璃纤维、0.18份醋酸乙烯、0.2份炭黑、0.2份酞菁蓝、1.5份六甲基磷酰三胺，先在掺合器中干混，然后注入反应容器中混炼，在温度120～130℃下，共混塑炼10分钟，抽真空，真空负压达到0.095Mpa，加入氢氧化钠0.12份，继续共混塑炼25-30分钟，温度为(140±5)℃，然后真空减压，在≥720mm Hg下，脱水至280PPm～290PPm，注入0.04份二苯甲烷二异氰酸酯，充分搅拌均匀后，迅速铸入预热至(170±5)℃的模具内，旋转离心聚合，20～25分钟后停车，自然冷却到50～60℃时，脱模即得到制品。
7、根据权利要求1或4所述的带法兰管道、管件的制备方法，将重量份数40份己内酰胺、2份有机蒙脱土、活性粉煤灰3份、0.1份炭黑、0.1份酞菁蓝、0.75份六甲基磷酰三胺、0.09份醋酸乙烯，先在掺合器中干混，然后注入反应容器中混炼，在温度120～130℃，共混塑炼10分钟，抽真空，真空负压达到0.095Mpa，加入氢氧化钠0.06份，继续共混塑炼25-30分钟，温度为(140±5)℃，真空减压，在≥720mm Hg下，脱水至280PPm～290PPm，注入0.02份二苯甲烷二异氰酸酯，充分搅拌均匀后，迅速铸入预热至(170±5)℃的模具内，旋转离心聚合，20～25分钟后停车，自然冷却到50～60℃时，脱模即得到制品。
8、根据权利要求1或4所述的井口座的制备方法，将重量份数40份计己内酰胺、2份有机蒙脱土、聚四氟乙烯粉末3份、0.1份炭黑、0.09份醋酸乙烯，将上述物料先在掺合器中干混，然后注入反应容器中混炼，在温度120～130℃，共混塑炼10分钟，抽真空，真空负压达到0.095Mpa，加入氢氧化钠0.06份，继续共混塑炼25-30分钟，温度为(140±5)℃，真空减压，在≥720mm Hg下，脱水至280PPm～290PPm，注入0.02份二苯甲烷二异氰酸酯，充分搅拌均匀后，迅速铸入预热至(170±5)℃的模具内，旋转离心聚合，20～25分钟后停车，自然冷却到50～60℃时，脱模即得到制品。
9、根据权利要求6或7的制备方法制得带法兰的管道和管件。
10、根据权利要求8的制备方法制得的井口座。
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