CN101696754A - 超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材及其制造方法 - Google Patents

超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材及其制造方法。由超高分子量聚乙烯内管和聚氯乙烯外壁复合而成，其中：a.超高分子量聚乙烯内管包括如下以重量份数计的原料组分：①粘均分子量≥150万的超高分子量聚乙烯100，②分子量2000-10000的聚乙烯蜡1-10，b.聚氯乙烯外壁包括：聚氯乙烯树脂(PVC)100，抗冲击改性剂5-15，热稳定剂0.5-8，润滑剂0.07-1，颜料适量。本发明提供了一种耐磨、耐腐蚀、强度高、抗蠕变，内管、外壁结合牢固的理想的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材及其复合牢固，生产成本低的制造方法。适合于腐蚀性、粘附性、强磨损性物料的输送。

Description

超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材及其制造方法
技术领域
本发明是一种超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材及其制造方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材耐磨、耐腐蚀、化学稳定性好，表面极性低，属难溶解、难粘接材料，特别适合于输送具有腐蚀性、粘附性、强磨损性的流体物料。但存在抗拉、抗剪切强度低、抗蠕变能力差的不足，导致其应用受限。
增韧聚氯乙烯(PVC)材料抗拉、抗冲击强度高、刚性好，但其耐磨性、抗粘附性、耐溶剂性能远不及超高分子量聚乙烯管，难以达到有关卫生技术标准。其应用亦受到限制。
现有技术中的金属塑料复合管材，消耗大量金属材料，加工过程需要翻边、焊接法兰等制造工艺，管材重，外壁仍然存在腐蚀问题；不同高分子材料胶接复合管材，结合强度低，且加工工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种既具有超高分子量聚乙烯管材的耐磨、耐腐蚀、难粘附的特性，又具有增聚氯乙烯材料的强度高、抗蠕变的优良性能，管材重量轻、外壁耐腐蚀，内管、外壁结合牢固的理想的超高分子量聚乙烯聚氯乙烯复合管材。
本发明的目的还在于提供一种本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材的制造工艺简单、复合强度高，生产成本低的制造方法。
本发明的目的可以通过如下措施来达到：
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于由超高分子量聚乙烯内管和聚氯乙烯外壁复合而成，其中：
a.超高分子量聚乙烯内管包括如下以重量份数计的原料组分：
①粘均分子量≥150万的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)    100
②分子量2000-10000的聚乙烯蜡                     1-10
b.聚氯乙烯外壁包括如下以重量份数计的原料组分：
聚氯乙烯树脂(PVC)    100
抗冲击改性剂         0-15
热稳定剂             0.5-8
润滑剂               0.07-1
颜料                 适量。
本发明的发明人经巧妙构思，将超高分子量聚乙烯内管与改性聚氯乙烯外壁复合在一起，二者取长补短、优势互补，使本发明的复合管材既具有超高分子量聚乙烯管的优异特性，如耐磨性、抗粘附性、化学稳定性、低摩擦系数及卫生性，也具有聚氯乙烯管材优良的抗冲击性能、抗蠕变性能、耐老化性，并且抗拉强度高，刚性好的性能特征。管材的耐压强度明显提高，增强了其抗蠕变和抗破坏能力，使之特别适合于强腐蚀和高磨损浆料，使用寿命比无缝钢管提高几倍至十几倍；由于这种管材内壁的不粘附性和磨擦系数小，可降低输送阻力，可用于长距离输送；由于这种管材的导热系数比钢小100多倍，大大降低了输送管路的保温和加热要求，适合于寒冷地带和冬季原油及其它物料的输送；这种管材符合卫生性要求，可用于自来水的上水管；从而完成了本发明的任务。
本发明的目的还可以通过如下措施来达到：
本发明的超高分子量聚乙烯聚氯乙烯复合管材，其特征在于由超高分子量聚乙烯内管和聚氯乙烯外壁热熔复合而成，其中：
a.超高分子量聚乙烯内管包括如下以重量份数计的原料组分：
①粘均分子量200-500万的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)    100
②分子量2000-10000的聚乙烯蜡                       3-7
b.聚氯乙烯外壁包括如下以重量份数计的原料组分：
聚氯乙烯树脂(PVC)                                  100
抗冲击改性剂                                       5-12
热稳定剂                                           0.8-7.0
润滑剂                                             0.1-0.8
颜料                                               适量。
是本发明公开的一个优选的技术方案，其中热熔复合对提高内管、外壁的结合强度提供了技术支持。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于b中所述之抗冲击改性剂是从甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、氯化聚乙烯(CPE)、丙烯酸酯共聚物(ACR)中选择出来的一种或二者组合物。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于b中所述之热稳定剂是铅盐系列稳定剂或其它常用PVC热稳定剂。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于b中所述之润滑剂是硬脂酸。
为了提高超高分子量聚乙烯的加工性能，超高分子量聚乙烯内管原料组分中可不用聚乙烯蜡而加入5-10重量份的液晶高分子材料和5-15重量份的增强剂。所述液晶高分子材料选用LCP-2125、LCP-4008或LCP-4008L等，所述增强剂采用蒙脱土、三氧化二铝、碳化硅和/或重晶石等粉体。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于所述之超高分子量聚乙烯内管的厚度∶聚氯乙烯外壁的厚度＝1∶10-10∶1。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于所述之超高分子量聚乙烯内管的厚度∶聚氯乙烯外壁的厚度＝3∶10-10∶3。是优选的技术方案。
下面提供一种本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
a.超高分子量聚乙烯内管的制造
①配料
准确称取粘均分子量≥150万的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)100重量份，分子量2000-10000的聚乙烯蜡1-10重量份混匀，备用；
②挤出成型
将步骤①混合均匀的原料超高分子量聚乙烯和聚乙烯蜡混合物送入螺杆挤出机，经管材模具挤出成型，主要操作条件：挤出机料筒温度80℃-200℃，模具温度150℃-220℃，模具冷却定型段和芯棒的温度控制在60℃-100℃之间，挤出螺杆转速为1-20rpm；
③定型、牵引、切断
步骤②成型后的超高分子量聚乙烯内管，采用塑料加工传统工艺，定型、牵引、切断，得到超高分子量聚乙烯内管；
b.超高分子量聚乙烯内管与聚氯乙烯外壁的复合：
①配料
准确称取聚氯乙烯(PVC)树脂100重量份、冲击改性剂5-15重量份、热稳定剂0.5-5.0重量份、润滑剂0.07-1.0重量份，颜料适量，投入高速混料机中，混合至90℃-130℃，放入冷却混料机中，搅拌下冷却至60℃以下，备挤出复合用；
②挤出成型复合
采用双螺杆挤出机，采用专用的复合模具挤出成型，同时与超高分子量聚乙烯内管热熔复合在一起，操作条件：挤出机料筒温度130℃-180℃，挤出机转速10-25rpm；复合模具温度控制在140℃-220℃，模具的压缩比选择3-10；
③牵引、定型、冷却
定型模具通入冷却水将复合管冷却到60℃以下，采用PVC加工的常用设备牵引、定型、冷却。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材的制造方法，其特征在于步骤b②中所述之专用复合模具，包括中空芯棒1，超高分子量聚乙烯管从中穿过；芯棒带有隔热夹层2，以防止超高分子量聚乙烯内管热变形；外套4长于芯棒1，并在末端收缩，以使PVC合金材料紧紧包敷在超高分子量聚乙烯内管的外壁；采用侧进料方式。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材的制造方法，其特征在于适用于超高分子量聚乙烯聚氯乙烯复合管件的制造。
本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材及其制造方法相比现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，并能产生如下技术效果：
1.提供了一种既具有超高分子量聚乙烯管材的耐磨、耐腐蚀、难粘附的特性，又具有增韧聚氯乙烯材料的强度高、抗蠕变的优良性能，管材重量轻、外壁耐腐蚀，内管、外壁结合牢固的理想的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材。
2.提供了一种超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材的制造工艺简单、复合强度高，生产成本低的制造方法。
3.避免了单独使用超高分子量聚乙烯或单独使用聚氯乙烯为主要成分制造的管材性能方面的缺陷，解决了不同材料的塑料管材之间的复合工艺复杂和复合强度低的问题。
附图说明
图1是超高分子量聚乙烯内管与改性聚氯乙烯复合专用模具结构示意图
图中，1-中空芯棒，2-芯棒隔热层，3-芯棒过渡段，4-复合专用模具外套，5-口模收缩段，6-侧面进料口，7-复合管，8-空气吹入口。
具体实施方式
本发明下面将结合实施例作进一步详述：
实施例1制造外径110mm、内径96mm的超高分子量聚乙烯改性聚氯乙烯复合管其特征在于包括如下步骤：
a.超高分子量聚乙烯内管的制造
①配料
准确称取粘均分子量250万的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)50公斤，分子量3000-5000的聚乙烯蜡2.5公斤混匀，备用；
②挤出成型
将步骤①混合均匀的原料超高分子量聚乙烯和聚乙烯蜡混合物送入螺杆挤出机，经管材模具挤出成型，主要操作条件：
料筒温度，℃
一区120，二区160，三区150，四区190；
模具温度，℃
一区160，二区190，三区210，四区80；
模具冷却定型段和芯棒的温度控制在80℃，挤出螺杆转速为25rpm；
③定型、牵引、切断
步骤②成型后的超高分子量聚乙烯内管，采用塑料加工传统工艺，定型、牵引、切断，得到超高分子量聚乙烯内管；
b.超高分子量聚乙烯内管与聚氯乙烯外壁的复合
①配料
准确称取聚氯乙烯(PVC)S-1000树脂100公斤、冲击改性剂MBS树脂(B-56)10公斤、热稳定剂三盐基硫酸铅0.85公斤、二盐基硬脂酸铅0.2公斤，润滑剂硬脂酸0.4公斤，炭黑0.05公斤，投入高速混料机中，混合逐渐升至120℃，放入冷却混料机中，搅拌下冷却至60℃以下，备挤出复合用；
②挤出成型复合
采用双螺杆挤出机，采用专用的复合模具挤出成型，同时与超高分子量聚乙烯内管热熔复合在一起，操作条件：
料筒温度，℃
一区140，二区160，三区180，四区180；
模具温度℃
一区150，二区170，三区180，四区200；
挤出机转速20rpm；，模具的压缩比选择6；
③牵引、定型、冷却
定型模具通入冷却水将复合管冷却到60℃以下，采用PVC加工的常用设备牵引、定型、冷却。
从复合模具的中空芯棒1处连续吹入空气来冷却超高分子量聚乙烯管的内壁，以防止内管热变形。牵引机牵引复合管进入定型模具中，在定型模具通入冷却水将复合管冷却到60℃以下。PVC合金材料外管经过牵引拉伸和冷却收缩后，紧紧包敷在超高分子量聚乙管上并与之成为一体，得到超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材。
步骤b②中所述之专用复合模具，包括中空芯棒1，超高分子量聚乙烯管从中穿过；芯棒带有隔热夹层2，以防止超高分子量聚乙烯内管热变形；外套4长于芯棒1，并在末端收缩(5为口模收缩段)，以使PVC合金材料紧紧包敷在超高分子量聚乙烯内管的外壁；采用侧进料方式。
实施例2-7按照实施例1的方法和步骤，采用表1的以原料重量份计的配方制造本发明的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材。
表1
  原料、控制技术指标  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  实施例6  实施例7
  粘均分子量150万聚乙烯   100
  粘均分子量200万聚乙烯   100
  粘均分子量350万聚乙烯LCP-2125   1008   100
  粘均分子量500万聚乙烯   100   100
  分子量2000聚乙烯蜡   10
  分子量4000聚乙烯蜡   6
  分子量8000聚乙烯蜡   8   3
  分子量10000聚乙烯蜡   1
  聚氯乙烯   100   100   100   100   100   100
  MBS树脂   5   3   8
  CPE树脂   10   15   4   6   4
  ACR树脂   3   6
  三盐基硫酸铅   0.5   1   0.5   0.8
  原料、控制技术指标  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  实施例6  实施例7
  二盐基硬脂酸铅   2   1   1.5   0.8   1
  硬脂酸   0.07   1   0.6   0.1   0.8   0.4
  颜料   适量   适量   适量   适量   适量   适量
  内管挤出机料筒温度℃   100   120   140   160   180   200
  内管模具温度℃   150   160   170   190   180   210
  内管模具冷却定型段和芯棒的温度℃   100   90   80   70   100   60
  挤出螺杆转速rpm   30   20   10   20   30   10
  挤出机料筒温度℃   180   130   160   140   150   170
  挤出机转速rpm   25   20   18   15   10   22
  复合模具温度℃   220   210   180   160   140   200
  模具的压缩比选择5-7   5   6   7   6   7   5
  本发明管材抗压强度与现有等壁厚超高分子量聚乙烯管材抗压强度之比 2.1 2.6 2.9 2.3 2.5 2.6
  本发明管材生产成本与现有等   0.65   0.68   0.66   0.65   0.67   0.68
  壁厚超高分子量聚乙烯管材生产成本之比
本发明所制备的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材保有了相应超高分子量聚乙烯的优异性能，同时解决了超高分子量聚乙烯管材易蠕变、耐压强度低的问题，大大拓宽了超高分子量聚乙烯管材的应用范围。

Claims (10)

1.一种超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于由超高分子量聚乙烯内管和改性聚氯乙烯外壁复合而成，其中：
a.超高分子量聚乙烯内管包括如下以重量份数计的原料组分：
①粘均分子量≥150万的超高分子量聚乙烯     100
②分子量2000-10000的聚乙烯蜡              1-10
b.改性聚氯乙烯外壁包括如下以重量份数计的原料组分：
聚氯乙烯树脂        100
抗冲击改性剂        0-15
热稳定剂            0.5-8
润滑剂              0.07-1
颜料                适量。
2.根据权利要求1的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于其中：
a.超高分子量聚乙烯内管包括如下以重量份数计的原料组分：
①粘均分子量200-600万的超高分子量聚乙烯        100
②分子量2000-10000的聚乙烯蜡                   3-7
b.聚氯乙烯外壁包括如下以重量份数计的原料组分：
聚氯乙烯树脂        100
抗冲击改性剂        5-12
热稳定剂            0.8-7
润滑剂              0.1-0.8
颜料                适量。
3.根据权利要求1的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于b中所述之抗冲击改性剂是从甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯、丙烯酸酯共聚物中选择出来的一种或其任意两种以上组合。
4.根据权利要求1的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于b中所述之热稳定剂是铅盐系列稳定剂或其它常用PVC热稳定剂。
5.根据权利要求1的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于b中所述之润滑剂是硬脂酸。
6.根据权利要求1的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于a中所述之超高分子量聚乙烯内管的聚乙烯蜡用下述材料代替，以重量份数计：
液晶高分子材料        5-10
增强剂                5-15。
7.根据权利要求6的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于所述液晶高分子材料选用LCP-2125、LCP-4008或LCP-4008L，所述增强剂采用蒙脱土、三氧化二铝、碳化硅或重晶石。
8.根据权利要求1的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材，其特征在于所述之超高分子量聚乙烯内管的厚度∶聚氯乙烯外壁的厚度＝1∶10-10∶1。
9.一种权利要求1的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
a.超高分子量聚乙烯内管的制造
①配料
准确称取粘均分子量≥150万的超高分子量聚乙烯100重量份，分子量2000-10000的聚乙烯蜡1-10重量份混匀，备用；
②挤出成型
将步骤①混合均匀的原料超高分子量聚乙烯和聚乙烯蜡混合物送入螺杆挤出机，经管材模具挤出成型，主要操作条件：挤出机料筒温度100℃-200℃，模具温度150℃-210℃，模具冷却定型段和芯棒的温度控制在60℃-100℃之间，挤出螺杆转速为10-30rpm；
③定型、牵引、切断
步骤②成型后的超高分子量聚乙烯内管，采用塑料加工传统工艺，定型、牵引、切断，得到超高分子量聚乙烯内管；
b.超高分子量聚乙烯内管与聚氯乙烯外壁的复合
①配料
准确称取聚氯乙烯树脂100重量份、冲击改性剂5-15重量份、热稳定剂0.5-8.0重量份、润滑剂0.07-1.0重量份，颜料适量，投入高速混料机中，混合至90℃-130℃，放入冷却混料机中，搅拌下冷却至60℃以下，备挤出复合用；
②挤出成型复合
采用双螺杆挤出机，采用专用的复合模具挤出成型，同时与超高分子量聚乙烯内管热熔复合在一起，操作条件：挤出机料筒温度130℃-180℃，挤出机转速10-25rpm；复合模具温度控制在140℃-220℃，模具的压缩比选择3-10；
③牵引、定型、冷却
定型模具通入冷却水将复合管冷却到80℃以下，采用PVC加工的常用设备牵引、定型、冷却。
10.根据权利要求9的超高分子量聚乙烯/聚氯乙烯复合管材的制造方法，其特征在于步骤b②中所述之专用复合模具，包括中空芯棒(1)，超高分子量聚乙烯管从中穿过，芯棒带有隔热夹层(2)，外套(4)长于芯棒(1)，并在末端收缩，采用侧进料方式。
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