CN101725773A

CN101725773A - 一种用编织玻璃丝束复合聚烯烃增强塑料管道的制作方法

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Publication number: CN101725773A
Application number: CN200810201269A
Authority: CN
Inventors: 林世平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2010-06-09

Abstract

聚烯烃塑料管道以节能、环保、可再生等优点现已大量应用于工业与民用输送冷热介质系统中，但其线膨胀系数大、弹性模量低、环刚度低等缺点造成安装好的管道系统极易产生“弯曲、变形”现象，严重影响使用，阻碍大口径聚烯烃塑料管道的发展。用短纤增强的聚烯烃塑料管道只能部分改善其力学指标，达不到使用性能要求。本技术采了用编织玻璃丝复合聚烯烃塑料三层管道，既可增强抗拉强度、耐环应力强度，又可提高管材的环刚度和韧性，彻底解决了聚烯烃塑料管道使用中存在的“弯曲、变形”等问题。该管材内、外层面间是以同晶结构分子键合型式组成一体，形成无机纤维材料增强与有机材料增韧完美结合，该方法有别于其它管材多层面间胶粘结构型式。

Description

一种用编织玻璃丝束复合聚烯烃增强塑料管道的制作方法

聚烯烃塑料管道以节能、环保、可再生、生产工艺简单、安装方便快捷、使用不产生二次污染等优点，广泛应用于工业与民用输送冷热介质系统中，全国每年以20％的速度在增长使用。但其线膨胀系数大、弹性模量低、环刚度低等缺点造成安装好的管道系统极易产生“弯曲、变形”现象，严重影响使用，阻碍大口径聚烯烃塑料管道的发展。为此，众多生产聚烯烃塑料管道企业用无机粉状、片状、纤维状等材料来改性聚烯烃塑料，以达到增强、增刚的目的，以此来缩小聚烯烃塑料线膨胀系数、提高弹性模量、环刚度等性能指标。以短纤增强的聚烯烃塑料管道只能部分改善其力学指标，达不到使用性能要求。如“”专利公布了一种用短切玻纤与晶须复合PP-R做成三层管道，其线膨胀系数降低到5.58×10^-5，还有“”专利公布了一种用短切玻纤复合PP做成三层管道，也只能部分解决了聚烯烃塑料管道的热胀冷缩问题。玻璃纤维丝是一种性能优异的无机非金属材料。英文原名为：glass fiber。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、盘卷最后形成各类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/2-1/5，每束纤维原丝都有数根甚至数10根单丝组成，通常作为复材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。

玻璃纤维丝之特性，玻璃一般人之观念为质硬易碎物体，并不适于作为结构用材但如其抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，故配合树脂赋与形状以后终于可以成为优良之结构用材。玻璃纤维丝随其直径变小其强度增高。作为补强材料玻璃纤维具有以下之特点，这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛，其特性列举如下：

(1)拉伸强度高，伸长小(0.3％)。

(2)弹性系数高，刚性佳。

(3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大。

(4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳。

(5)吸水性小。

(6)尺度稳定性，耐热性均佳。

(7)加工性佳，可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。

(8)透明可透过光线.

(9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。

(10)价格便宜。

玻璃纤维丝抗拉强度高，是同面积钢材强度的20倍；然而玻璃纤维丝又是非常柔软的丝状增强材料，将这种即强又软的无机纤维通过编织机编成具有封闭、立体、网状、整体结构力学性能超强与高分子有机材料结合，组成具有超强抗拉强度、耐压强度、又有非常韧性的高级复合管道。

本发明所述的玻璃纤维丝是指经硅烷偶联剂浸没表面处理过的长丝单束状。

本发明所述的玻璃纤维丝是指单丝直径在9～30um之间，线密度在1100～2200g/km。

本发明所述的聚烯烃(PO)是指PP、PB、PE、PUC中的其中一种材料。

本发明所述编织机是指工业纤维编织机。

本发明所述网状结构是指玻璃纤维单丝之间间距约1～3mm成90°交叉，且与管材长度轴线成45°角，其位于管材直径断面中部偏外表面处。

本发明增强复合管道是由三层组成：内层、外层都是聚烯烃材料，中层是网状结构玻璃纤维丝组成。

本发明生产工艺与一般生产聚烯烃管材不同之处在于该方法为三步法：①先用挤出机与真空定径设备生产内层塑料管材；其次再用编织机编织网状玻璃纤维单丝附于内层管材外表；而后再挤出机挤出外层塑料进真空定径槽，经冷却、牵引、标识、切割、打包等工序来完成生产整个过程。②该管材内、外层面间是以同晶结构分子键合型式组成一体，形成无机纤维材料增强与有机材料增韧完美结合，该方法有别于其它管材多层面间胶粘结构型式。

本发明核心技术工艺就是首次采用双真空定径设备工艺分别生产内外层塑料管材。

本发明核心技术工艺首次提出了用编织机编织网状玻璃纤维单丝附于内层管材外表的方法。

本发明核心技术是采用了高分子同晶结构技术，与无机材料表面接枝技术组成三层的复合增强塑料管道。

本发明核心技术中取消了传统生产多层复合管道时，层与层中靠胶水粘结，改用高分子键合，极大提高了管材层面间结合强度和整体力学强度。

本发明核心技术还在于层面用高分子键合的管材，在高温压力状态下，其使用寿命比层面靠胶水粘结延长很多。

下面就结合具体实例对本发明加以说明：

实例1

1、将玻璃纤维丝用硅烷偶联剂KH550浸没表面处理，并将处理好的长丝捻成多丝束状绕成困装长度几千米长。

2、用挤出机挤出PP-R内层管材料，再牵引机牵引下经真空定径形成PP-R内层管材。

3、在牵引状态下用工业快速编织机编织用硅烷偶联剂KH550浸没表面处理单股玻璃纤维丝赋予PP-R内层管材表面成网状状态。

4、在牵引状态下将赋予单股网状玻璃纤维丝的PP-R内层管材，经特制的模具中快速加热至内层管材外表面塑料成熔融态势进入到下道工序中。

5、在牵引状态下用挤出机挤出PP-R外层管材料，在复合模具作用下形成内、外二层高分子同晶结构与玻璃纤维丝网状中层结构的三层复合增强PP-R管道。

该三层增强PP-R管道秉承了PP-R管道的优点外，极大增强了抗拉强度和耐压强度以及环应力，其物理性能指标：

抗拉强度 ≥35MPa

耐压环应力≥12MPa(20℃)

环刚度 ≥8级

线膨胀系数≤0.3×10^-5

实例2

1、将玻璃纤维丝用硅烷偶联剂KH560浸没表面处理，并将处理好的长丝捻成5～20根多丝单股状成困装。

2、用挤出机挤出HD-PE内层管材料，再牵引机牵引下经真空定径形成HD-PE内层管材。

3、在牵引状态下用工业快速编织机编织用硅烷偶联剂KH560浸没表面处理单股玻璃纤维丝赋予HD-PE内层管材表面成网状状态。

4、在牵引状态下将赋予单股网状玻璃纤维丝的HD-PE内层管材，经特制的模具中快速加热至内层管材表面塑料成熔融态势进入到下道工序中。

5、在牵引状态下用挤出机挤出HD-PE外层管材料，在复合模具作用下形成内外二层高分子同晶结构与玻璃纤维丝网状中层结构的三层增强复合HD-PE管道。

该增强HD-PE管道秉承了HD-PE管道的优点外，极大增强了抗拉强度和耐压强度以及环应力，其物理性能指标：

抗拉强度 ≥25MPa

耐压环应力≥10MPa(20℃)

环刚度 ≥6级

线膨胀系数≤0.4×10^-5

实例3

2、用挤出机挤出PB内层管材料，再牵引机牵引下经真空定径形成HD-PE内层管材。

3、在牵引状态下用工业快速编织机编织用硅烷偶联剂KH570硅烷偶联剂表面处理单股玻璃纤维丝赋予PB内层管材表面成网状状态。

4、在牵引状态下将赋予单股网状玻璃纤维丝的PB内层管材，经特制的模具中快速加热至内层管材表面塑料成熔融态势进入到下道工序中。

5、在牵引状态下用挤出机挤出PB外层管材料，在复合模具作用下形成内外二层高分子同晶结构与玻璃纤维丝网状中层结构的三层增强复合HD-PE管道。

该增强PP-R管道秉承了PB管道的优点外，极大增强了抗拉强度和耐压强度以及环应力，其物理性能指标：

抗拉强度 ≥28MPa。

耐压环应力≥10MPa(20℃)。

环刚度 ≥7级。

线膨胀系数≤0.5×10^-5。

Claims

1.一种用编织玻璃纤维丝束复合聚烯烃增强塑料管道的制作方法。

2.根据权利要求书1所述，其特征在于：所述的编织玻璃丝束是指单丝直径在9～30um之间，线密度在1100～2200g/km。

3.根据权利要求书1所述，其特征在于：所述的编织玻璃丝编织成网状结构是指玻璃纤维丝束之间间距约0.3～3mm成90°交叉，且与管材长度轴线成45°角，其位于管材直径断面中部偏外表面处。

4.根据权利要求书1所述，其特征在于：所述的编织玻璃丝表面是用硅烷偶联剂浸没处理。

5.根据权利要求书1所述，其特征在于：所述的聚烯烃材料是指PP、PE、PB、U-PVC、C-PUC等几大类材料。

6.根据权利要求书1所述，其特征在于：所述的编织机是指工业用的纤维专用编织机。

7.根据权利要求书1所述，其特征在于：所述的增强管道是由三层组成，内外层是PO材料，中间层是网状结构的玻璃丝束组成，外层为PO材料。

8.根据权利要求书1所述，其特征在于：管材内层与外层PO材料同属一种材料，内、外层间结合面是以同晶结构分子键合型式有别于其它多层面间的胶粘结构。

9.生产工艺权利要求书1所述，其特点在于：先用一台真空定径设备生产内层塑料管材，以利于后道工序工作并起到内定径作用。

10.生产工艺权利要求书2所述，其特点在于：在内定径内层塑料管材基础上，用工业编织机将玻璃纤维丝束编成网状结构形式附于内层塑料管材表面。

11.生产工艺权利要求书3所述，其特点在于：在玻璃纤维丝束编成网状结构形式附于内层塑料管材表面后，用专用烘模加热以使内层塑料管材表面在100～500um范围内呈熔融状态进入到下道工序中。

12.生产工艺权利要求书4所述，其特点在于：经专用烘模加热表面呈熔融状态的附有玻璃纤维丝束编成网状结构的内层塑料管材用复合模具再挤出覆盖一层塑料后再用一台真空定径设备生产外层塑料管材。

13.生产工艺权利要求书5所述，其特征在于其生产工艺流程如下：

第一步：用单螺杆挤出机挤出生产管材内层材料；

第二步：用管材模具来确定内层管材壁厚；

第三步：用真空定径来确定内层管材外径尺寸；

第四步：用长玻纤编织机将玻丝束成网状覆于内层管材外表面；

第五步：用热烘模将内层管材外表面烘热呈熔触状态；

第六步：用第二台单螺杆挤出机挤出生产管材内层材料；

第七步：用反向抽真空模具来控制外层管材的壁厚和外径尺寸；

第八步：用水冷却槽(箱)对复合好的管材进行冷却定型；

第九步：在定型好的管材外表面打字、标识；

第十步：用履带式(叁爪式)牵引机将标识好的管材牵引到切割台上；

第十一步：用切割机按确定好的长度切割；

第十二步：将合格的管材包装入库。