CN101832429A - 一种水利清淤专用三层复合管道及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三层复合水利清淤专用管道及其制备方法和制得的产品。其外层为聚酰胺/玻璃纤维增强层，中层为聚酰胺/蒙托土纳米复合材料层，内层为聚酰胺/纳米凹土复合材料层。制备方法是：将不同的填充增强改性料混入聚酰胺单体中搅拌均匀，注入反应釜，在催化剂等助剂的作用下，经熔体脱水制备活性料，再分三次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。本发明的水利清淤专用管道机械强度高、物理性能和耐熔剂、耐化学药品性好，耐高、低温性能卓越、吸湿性极低，使用寿命长。可以制造薄壁和厚壁的尤其可制备多层夹壁的环形管件和直径大于400毫米的直管与管件。本发明脱模极为方便，适合大批量生产。

Description

一种水利清淤专用三层复合管道及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种水利清淤专用管道及其制备方法，特别是涉及用聚酰胺合金三层复合水利清淤专用管道的方法和制得的产品。

(二)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。

(三)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三层复合制备水利清淤专用管道的方法以及由该方法制得的产品。

本发明的制备方法是：制作时，先由强碱和聚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，已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，尤其是大型水利工程、清淤排污等，广泛地使用聚酰胺合金三层复合水利清淤专用管道，是最佳选择。

本发明的目的可通过以下技术方案来实现：

本发明提供制备水利清淤专用管道的方法，以及提供一种用此方法制备的三层复合水利清淤专用管道。其制备方法是：先制备复合水利清淤专用管道外壁、中间层、内壁所用的三层聚合活性料。三层聚合活性料的制备原料均包括聚酰胺单体，填充增强改性料、催化剂和助催化剂。将所述三层制备原料分别搅拌均匀后，再分别注入反应釜，经过熔体共混改性脱水制备三种聚合活性料。然后将三种聚合活性料按顺序注入预热模中进行离心铸塑聚合成型。即制得一种三层复合水利清淤专用管道。

用本发明的方法制备水利清淤专用管道的优点是：

①用本发明的聚酰胺合金三层复合制得的水利清淤专用管道产品，机械强度高、物理性能和耐熔剂、耐化学药品性好，耐高、低温性能卓越、吸湿性极低，产品尺寸质量稳定，管道环钢度好，抗冲击、冲刷性尤其好，自润滑性好、摩擦系数小于0.02～0.03，使用寿命长。

②可以制造薄壁的和壁很厚的尤其可制备多层夹壁的环形管件，并可以生产直径大于400毫米的直管与管件，这是其他塑料制造工艺无法实现的产品。

③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。

④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。

⑤脱模极为方便，适合大批量生产、各种规格尺寸三层复合制备水利清淤专用管道以及诸多的通用机械配件。

用本发明聚酰胺合金三层复合制备的水利清淤专用管道产品性能优良，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、技术指标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。特别适应大型水利工程、清淤排污等，广泛地使用聚酰胺合金三层复合制备水利清淤专用管道，是最佳选择。

(四)具体实施方式

本发明提供一种制备水利清淤专用管道的方法以及提供一种用此方法制备的水利清淤专用管道。其制备方法是：

(1)先分别制备复合水利清淤专用管道的外壁、中间层、内壁所用的聚合活性料。

所述三层聚合活性料的制备原料均包括聚酰胺单体、填充增强改性料、催化剂和助催化剂。其中，管道外壁制备原料的填充增强改性料使用玻璃纤维、炭黑和酞菁蓝；催化剂为金属钠或氢氧化钠；助催化剂为N-酰基盖己内酰胺或二苯甲烷二异氰酸酯。管道中间层制备原料的填充增强改性料使用有机蒙脱土、活性粉煤灰、炭黑和酞菁蓝；催化剂为金属钠或氢氧化钠；助催化剂为二苯甲烷二异氰酸酯。管道内壁制备原料的填充增强改性料使用纳米凸凹棒土、聚四氟乙烯粉末和炭黑；催化剂氢氧化钠、助催化剂为N-酰基己内酰胺。

具体制备原料配比为：

管道外壁，以重量份数计：聚酰胺单体80份、填充增强改性料6.4份、催化剂0.0015～0.15份、助催化剂选0.004～0.4份。其中，填充增强改性料的组成为：玻璃纤维6份、炭黑0.2份、酞菁蓝0.2份。

管道中间层(或称夹层)，以重量份数计：聚酰胺单体40份、填充增强改性料5.2份、催化剂0.0015～0.15份、助催化剂选0.004～0.4份。其中，填充增强改性料的组成为：有机蒙脱土(MTA)2份、活性粉煤灰3份、炭黑0.1份、酞菁蓝0.1份。

管道内壁，以重量份数计：聚酰胺单体40份、填充增强改性料3.1份、催化剂0.0015～0.15份、助催化剂0.004～0.4份。其中，填充增强改性料的组成为：纳米凸凹棒土2份、聚四氟乙烯粉末1份、炭黑0.1份。

(2)根据管道使用性能的不同要求，确定不同的原料配方，分别将配制好的原料搅拌均匀后装入反应釜中，以相同的方法分别制备所述的三层聚合活性料：先将聚酰胺单体和填充增强改性料放入反应釜中混塑炼10分钟，温度120～130℃时，抽真空负压达到0.095Mpa；注入催化剂，继续共混塑炼，温度升至140±5℃，保持25～30分钟，取消真空负压；加入助催化剂，搅拌均匀后，完成聚合活性料的制备，准备铸塑。

(3)将管道模具预热至175±5℃，然后将前述工艺制备好的三种聚合活性料，分三次注入：首先注入外壁聚合活性料，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，旋转离心聚合3分钟，成型4mm厚的外壁。接着注入中间层聚合活性料，旋转离心聚合3分钟，成型4mm厚、覆盖在外壁上的中间层。再接着注入内壁聚合活性料，旋转离心聚合3分钟，成型4mm厚、覆盖在中间层之上的内壁，即聚合成型三层复合共12mm壁厚的管材。

(4)将上述管材自然冷却至60℃，停车、脱模，即可得到12mm壁厚的三层复合水利清淤专用管道制品。

(5)将脱模后的制品在沸水中或油液中煮2～4小时进行热处理，在水中或油中自然冷却到室温定型，以消除内应力和提高制品的冲击韧性。

【实施例1】

将80份(重量份数计以下同)聚酰胺单体、6份玻璃纤维、0.2份炭黑、0.2份酞菁蓝，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时，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3分钟，4mm厚的管材外壁聚合完成。

【实施例2】

将40份(重量份数计以下同)聚酰胺单体、2份有机蒙脱土(MTA)、活性粉煤灰3份、0.1份炭黑、0.1份酞菁蓝、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≥720mmHg时，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，迅速铸入模具内己成型的外壁之上覆盖，旋转离心聚合3分钟，4mm厚的管材中间层聚合完成。

【实施例3】

将40份(重量份数计以下同)聚酰胺单体、2份纳米凹土(MTA)、聚四氟乙烯粉末3份、0.1份炭黑、以下步骤与【实施例2】反应聚合成型的方式相同，4mm厚的管材内壁聚合完成。自然冷却至60℃左右脱模，即可得到12mm壁厚三层复合制备的水利清淤专用管道制品。

Claims (6)

1.一种制备水利清淤专用三层复合管道的方法，其步骤是：先制备管道外壁、中间层、内壁所用的三层聚合活性料，三层聚合活性料的制备原料均包括聚酰胺单体，填充增强改性料、催化剂和助催化剂；将三层聚合活性料的制备原料分别搅拌均匀后，再分别注入反应釜，分别经过熔体共混改性脱水制备出三种聚合活性料。然后将三种聚合活性料按顺序注入预热模中进行立式或卧离心铸塑聚合成型。

2.根据权利要求1所述的方法，其步骤是：

(1)先分别制备复合水利清淤专用管道的外壁、中间层、内壁所用的聚合活性料；所述三层聚合活性料的制备原料均包括聚酰胺单体、填充增强改性料、催化剂和助催化剂；其中，管道外壁制备原料的填充增强改性料使用玻璃纤维、炭黑和酞菁蓝；催化剂为金属钠或氢氧化钠；助催化剂为N-酰基盖己内酰胺或二苯甲烷二异氰酸酯；管道中间层制备原料的填充增强改性料使用有机蒙脱土、活性粉煤灰、炭黑和酞菁蓝；催化剂为金属钠或氢氧化钠；助催化剂为二苯甲烷二异氰酸酯；管道内壁制备原料的填充增强改性料使用纳米凸凹棒土、聚四氟乙烯粉末和炭黑；催化剂氢氧化钠、助催化剂为N-酰基己内酰胺；

(2)以相同的方法在反应釜中分别制备所述的三层聚合活性料：即先将聚酰胺单体和填充增强改性料搅拌均匀后放入反应釜中混塑炼10分钟，温度120～130℃时，抽真空负压达到0.095Mpa；注入催化剂，继续共混塑炼，温度升至140±5℃，保持25～30分钟，取消真空负压；加入助催化剂，搅拌均匀后，完成聚合活性料的制备，准备铸塑。

(3)将管道模具预热至175±5℃，然后将前述工艺制备好的三种聚合活性料，分三次注入：首先注入外壁聚合活性料，旋转离心聚合成型外壁；接着注入中间层聚合活性料，旋转离心聚合成型覆盖在外壁上的中间层；再接着注入内壁聚合活性料，旋转离心聚合成型覆盖在中间层之上的内壁，此时即聚合成型三层复合管材。

(4)将上述管材自然冷却至60℃，停车、脱模，即可得到三层复合水利清淤专用管道制品。

(5)将脱模后的制品在沸水中或油液中煮2～4小时进行热处理，然后在水中或油中自然冷却到室温定型。

3.根据权利要求2所述的方法，所述三层聚合活性料的制备原料为：

管道外壁，以重量份数计：聚酰胺单体80份、填充增强改性料6.4份、催化剂0.0015～0.15份、助催化剂选0.004～0.4份。其中，填充增强改性料的组成为：玻璃纤维6份、炭黑0.2份、酞菁蓝0.2份；

管道中间层，以重量份数计：聚酰胺单体40份、填充增强改性料5.2份、催化剂0.0015～0.15份、助催化剂选0.004～0.4份。其中，填充增强改性料的组成为：有机蒙脱土(MTA)2份、活性粉煤灰3份、炭黑0.1份、酞菁蓝0.1份；

管道内壁，以重量份数计：聚酰胺单体40份、填充增强改性料3.1份、催化剂0.0015～0.15份、助催化剂0.004～0.4份。其中，填充增强改性料的组成为：纳米凸凹棒土2份、聚四氟乙烯粉末1份、炭黑0.1份。

4.根据权利要求2、3所述的方法，在步骤(3)中，旋转离心聚合成型的外壁、中间层和内壁均为4mm厚，最后聚合成型的三层复合管材共12mm壁厚。

5.根据权利要求2、3所述的方法，在步骤(3)中，三次旋转离心聚合的时间均各为3分钟。

6.根据权利要求1、2的方法制备的管道，其特征在于：它是一种水利清淤专用的三层复合管道。