CN102504405A - 一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体及其制作方法。热塑性复合材料水表壳体所含有的组份为：玻璃纤维、聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金、助剂、色粉、抗氧化剂和抗紫外光吸收剂。采用注塑成型工艺技术制备出来的热塑性复合材料水表壳体具有耐高低温、抗冲击、耐蠕变、耐水压、耐水解、不含重金属、使用寿命长、成本低、易加工、环保等特点，符合国家塑料水表壳体材料的行业标准，故特别适合大规模工业化生产和广泛推广应用。

Description

一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体及制作方法

技术领域

本发明涉及一种工程塑料水表壳体及其制造方法，尤其是一种比重低、耐高低温、高抗冲击性、耐水解、耐化学(试剂)腐蚀、耐(静)水压、无毒性、无污染的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体及制作方法。

背景技术

目前，常用民用的金属水表壳体主要是采用铸铁经翻砂铸造及二次加工而成，生产过程能耗大、工序多、周期长、环境污染大，并且产品质量的重现性差。铸铁构件易锈蚀，不但会大大影响使用寿命，而且还会影响水质，从而给饮用水带来严重的重金属污染。在金属防锈防腐方面，尽管可以普遍采用外涂油漆或热镀锌等工艺技术处理，但仍不能从根本上解决铸造件的锈蚀问题，只能适度减缓腐蚀效应，并且在处理过程中又会引出新的二次污染环境问题。

当前以塑代钢正在成为人类社会生产和消费的一种节能减排、技术进步与发展的重要趋势，纤维增强热塑性树脂基复合材料因其具有轻质高强、抗冲击性能好、设计自由度大、耐腐蚀、加工成型工艺性好、成本低及环保节能等众多显著优点，故在航空航天、汽车内外饰件、轨道交通车辆、电子电器、水管道配件等相似产业已经获得稳定可靠的成功应用，因此对水表壳体采用以塑代钢技术改造具有重要的社会意义和重大的经济价值。

1.水表的壳体现用材料

1.1水表的铸铁表壳

水表的铸铁表壳价格低廉、强度高、韧性好，但是无论是采用灰口铸铁，还是球墨铸铁材质，其成型和加工工艺都比较繁琐与复杂，并且由于腐蚀生锈而存在二次污染环境。大量的医学临床病理实验已经证明，目前铁锈最直接、危害最大的就是对人类肝脏的严重损害。因此，国家已经下达文件，强制性水表安全技术规则要求在去年(2010年)淘汰灰铸材料制作的铁壳水表，只是建议大口径水表的表壳可以暂时采用球墨铸铁材料制作。

1.2水表的铸铜表壳

水表的铸铜表壳主要优点是机械性能好，制造工艺简单。中华人民共和国城镇建设部发布的行业标准《饮用水冷水水表安全规则》(CJ 266-2008)已明文规定铸铜制作的水表表壳的材质是铸造铅黄铜。铸造铅黄铜表壳与铸铁表壳的成型工艺相类同，但是相对更容易加工。然而，近年来铜原料价格飞涨，一是直接导致铜制作的水表表壳成本猛增；二是在户外安装时，容易被盗窃。实验也已经证实，民用水表铸铜表壳中的铅也容易析出，从而导致家用自来饮用水的重金属污染。另外，我国是一个铜资源极度缺乏的国家，同时铜的冶炼则需要耗费大量的能源，这与节能减排的国家政策不相符。水表的铸铜表壳会因氧化而产生铜绿，铜绿有毒有害人体，是因为它会与胃中的盐酸反应生成铜离子从而造成人体的重金属中毒，严重者会产生死亡。

1.3水表的铝合金表壳

水表的铝合金表壳采用压铸工艺技术，加工成型容易，产品外表美观，原料丰富，生产成本低，机械性能好，但硬化层容易受到外力作用而剥落或受损，导致有金属物析出。临床医学研究表明，铝离子过量摄入会影响人体对铁、钙等成份的吸收，导致骨质疏松、贫血，甚至影响神经细胞的发育与刺激后的谐调反应，从而引起痴呆。另外，裸露的铝合金极易腐蚀而产生白色的铝锈，从而影响产品的外观质量。

1.4水表的不锈钢表壳

水表的不锈钢表壳机械性能好，耐酸碱；但是在高低温度环境下不会产生腐蚀物和渗出物，无二次污染，卫生环保。

不锈钢制作的水表表壳可分为铸造件和焊接件。铸造件存在不易加工、制造成本较高的缺点，因而目前尚未形成大批量的生产能力。焊接件是新开发的不锈钢水表表壳类型，具有可成型、可互换，壁厚均匀，强度高等优点。

不锈钢材料中一般都含有铬和镍，铬是使产品不生锈的重耍重属材料，而镍是耐腐蚀的金属材料。使用不锈钢材料作为水表壳体，有可能会造成重金属对人体健康的严重危害。尤其在铬含量和镍含量的技术控制及监测方面必须有强力手段保障，否则，其危害性并不亚于铜壳水表。铬是生物体所必需的微量元素之一。但大量的铬存在则会污染环境，危害人体健康。所有铬的化合物都是有严重毒性。六价铬的毒性最大，三价次之，二价毒性最小，六价铬的毒性比三价铬几乎大出100倍。大量摄入铬可以有体内造成明显的蓄积叠加。铬中毒主要是指六价铬，可致腹部不适及腹泻等中毒症状；铬为皮肤变态反应原，会引起过敏性皮炎或湿疹。

1.5工程塑料的水表表壳

塑料制品成本低、制造方便、无毒无污染、耐腐蚀、不生锈、不结垢、重量轻，卫生环保。目前，新型工程塑料具有很强的机械强度和很小的蠕变，行业中正研制开发适合国内需要的水表塑料壳，并同时在制定国家水表产品标准。水表塑料壳不但可以解决铸铁水表存在的严重二次污染、铜壳水表价格昂贵等问题，同时也是防止安装在户外水表铜件被盗窃的解决方法。工程塑料的水表表壳的制造过程，可以充分体现节能减排、循环使用与环保的要求，这正与国家政府制订出台的政策法规相适应。

发明内容

本发明涉及一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体及制作方法，其制作出来的复合材料水表壳体具有制件内部呈现独有的无规取向纤维形成的网络骨架结构，在高、低温度条件下及高低温高频交变的环境中会拥有较高的机械力学性能保持性；优异的抗冲击性能、高模量、高强度、高韧性；具有与金属相近的热膨胀系数，十分有利于与金属嵌件的相结合稳定性；具有各向同性、低模收缩率、低蠕变、低翘曲变形、高尺寸稳定性；优异的耐磨和耐疲劳性；优异的耐化学性；呈典型的疏水性，吸水率极小，耐水解；优异的制件表面光洁度；不含环境化学有害性成分，为环境友好型材料，可以多次环保回收循环再利用，再生品仍可保持较高的机械力学性能，并且成本低、使用寿命长；耐低温、抗冲击、耐蠕变、耐水压、耐水解、不含重金属等，符合国家塑料水表壳体材料的行业标准。

本发明提供了一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，玻璃纤维占重量百分比的35-65％，玻璃纤维长度为3-25mm。

优选的方案为聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金。

优选的方案为复合材料中还包括助剂、色粉、抗氧化剂和抗紫外光吸收剂中的一种或几种。

优选的方案为聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金占重量百分比的30-60％，玻璃纤维占重量百分比的35-65％，助剂占重量百分比的2-3％，色粉占重量百分比的1％，抗氧化剂所占重量百分比的1％，抗紫外光吸收剂所占重量百分比的1％。

优选的方案为助剂为增韧剂、相容剂、防玻纤外露剂或润滑剂中的一种或几种。

优选的方案为增韧剂为橡胶EPDM、SBS或弹性体POE中的一种或几种，相容剂为马来酸酐接枝物。

优选的方案为复合材料水表的壳体厚度为1.83-2.54mm。

本发明另外提供了一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体的制作方法，其特征在于：

(1)将重量比为30-58％的聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金，35-65％的玻璃纤维，2-3％的助剂，1％的色粉，1％的抗氧化剂，1％的抗紫外光吸收剂相互均匀混合，再经挤出机融熔形混合后拉条造料，切成长度为11-12mm粒料形成最终共混物复合材料。

(2)共混物复合材料经过注塑机加热熔融，温度为230-255℃，后进入模具的模腔中，合模注射成型形成产品，然后退出模具，冷却定型后即为复合材料水表壳体。

本发明的水表壳体具有耐低温性能显著，如在-30℃至-80℃，不开裂不泄漏，低温抗冲击性能高。

本发明的水表壳体具有收缩率低，翅曲变形小，尺寸稳定性高，没有明显泄漏、渗漏或损坏，达到国家塑料水表的耐静水压(1.6MPa)指标要求。表壳及承压件承压按照GB/T 778.1-2007承受规定的试验静水压测试均合格。

本发明的水表壳体具有耐酸碱性好，耐水解性好，达到国家家庭饮用水安全指标。

本发明的水表壳体具有易回收重复利用，回收率可达到100％。

本发明的水表壳体符合国家塑料水表壳体的耐候性要求。表壳及承压件在下列紫外线照射条件下：辐照度：550W/m2(波长290nm≤λ≤800nm)；背景温度：(65±5)℃；相对湿度：(65±5)％；辐照时间：2000h氙灯光源全程照射；其喷水周期为：102min氙灯照射；18min氙灯照射+水喷淋；试验后符合静压1.6MPa，保持15min条件下不泄漏、渗漏或损坏。

本发明的水表壳体符合国家塑料水表壳体的高低温度变化要求。表壳及承压件在高温85℃±2℃，72h；低温-25℃±3℃，72h。试验后符合静压1.6MPa，保持15min条件下不泄漏、渗漏或损坏。

本发明的一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体及其制作方法，制作出来的复合材料水表壳体具有耐低温、抗冲击、耐蠕变、耐水压、耐水解、不含重金属、使用寿命长、成本低、环保等特点，符合国家塑料水表壳体材料的行业标准。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体材料中：玻璃纤维占重量百分比为42％，玻璃纤维的长度为12mm，聚丙烯占重量百分比为53％，增韧剂POE占重量百分比为1％，相容剂马来酸酐接枝物占重量百分比为1％，色粉占重量百分比为1％，抗氧剂(1010和168)占重量百分比为1％，抗紫外光吸收剂占重量百分比为1％。

将连续玻璃纤维、聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金、助剂、色粉、抗氧剂和抗紫外光吸收剂按一定重量比例相互均匀混合，再经挤出机融熔形混合后拉条造料，切成长度为12mm粒料形成最终共混物复合材料。共混物经过注塑机加热熔融，温度为230-255℃，后进入模具的模腔中，合模注射成型形成产品，然后退出模具，冷却定型后即为复合材料水表壳体，壳体厚度为1.87mm。

对长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体进行了检测，实验测试结果如表1所示：

表1.实验测试结果

实施例2

一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体材料中：玻璃纤维占重量百分比为45％，玻璃纤维的长度为13mm。聚丙烯占重量百分比为49％，增韧剂POE占重量百分比为1％，相容剂马来酸酐接枝物占重量百分比为2％，色粉占重量百分比为1％，抗氧剂(1010和168)占重量百分比为1％，抗紫外光吸收剂占重量百分比为1％。

将连续玻璃纤维、聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金、助剂、色粉、抗氧剂和抗紫外光吸收剂按一定重量比例相互均匀混合，再经挤出机融熔形混合后拉条造料，切成长度为13mm粒料形成最终共混物复合材料。共混物经过注塑机加热熔融，温度为230-255℃，后进入模具的模腔中，合模注射成型形成产品，然后退出模具，冷却定型后即为复合材料水表壳体，壳体厚度为1.83mm。

对长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体进行了检测，实验测试结果如表2所示：

表2.实验测试结果

实施例3

一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体材料中：玻璃纤维占重量百分比为54％，玻璃纤维的长度为12mm，聚丙烯占重量百分比为40％，增韧剂POE占重量百分比为1％，相容剂马来酸酐接枝物占重量百分比为2％，色粉占重量百分比为1％，抗氧剂(1010和168)占重量百分比为1％，抗紫外光吸收剂占重量百分比为1％。

将连续玻璃纤维、聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金、助剂、色粉、抗氧剂和抗紫外光吸收剂按一定重量比例相互均匀混合，再经挤出机融熔形混合后拉条造料，切成长度为12mm粒料形成最终共混物复合材料。共混物经过注塑机加热熔融，温度为230-255℃，后进入模具的模腔中，合模注射成型形成产品，然后退出模具，冷却定型后即为复合材料水表壳体，壳体厚度为2.54mm。

对长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体进行了检测，实验测试结果如表3所示：

表3.实验测试结果

实施例4

一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体材料中：玻璃纤维占重量百分比为35％，玻璃纤维的长度为25mm，聚丙烯占重量百分比为60％，增韧剂POE占重量百分比为1％，相容剂马来酸酐接枝物占重量百分比为1％，色粉占重量百分比为1％，抗氧剂(1010和168)占重量百分比为1％，抗紫外光吸收剂占重量百分比为1％。

将连续玻璃纤维、聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金、助剂、色粉、抗氧剂和抗紫外光吸收剂按一定重量比例相互均匀混合，再经挤出机融熔形混合后拉条造料，切成长度为12mm粒料形成最终共混物复合材料。共混物经过注塑机加热熔融，温度为230-255℃，后进入模具的模腔中，合模注射成型形成产品，然后退出模具，冷却定型后即为复合材料水表壳体，壳体厚度为2.54mm。

对长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体进行了检测，实验测试结果如表3所示：

表4.实验测试结果

实施例5

一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体材料中：玻璃纤维占重量百分比为65％，玻璃纤维的长度为3mm，聚丙烯占重量百分比为30％，增韧剂POE占重量百分比为1％，相相容剂马来酸酐接枝物占重量百分比为1％，色粉占重量百分比为1％，抗氧剂(1010和168)占重量百分比为1％，抗紫外光吸收剂占重量百分比为1％。

将连续玻璃纤维、聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金、助剂、色粉、抗氧剂和抗紫外光吸收剂按一定重量比例相互均匀混合，再经挤出机融熔形混合后拉条造料，切成长度为12mm粒料形成最终共混物复合材料。共混物经过注塑机加热熔融，温度为230-255℃，后进入模具的模腔中，合模注射成型形成产品，然后退出模具，冷却定型后即为复合材料水表壳体，壳体厚度为1.87mm。

对长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体进行了检测，实验测试结果如表1所示：

表1.实验测试结果

实施例6

对实施例1-52制作出来的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表表壳进行检测：

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体的比重在1.215--1.392g/cm³；

在-80℃至130℃持续一个月下，长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料壳体不开裂不漏水，同时具有良好的抗冲击性能；

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体的悬臂粱缺口冲击强度为：32-46KJ/m²；

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体的模收缩率低、尺寸稳定性好、高低温度(-80℃至130℃)下具有良好的耐蠕变特点；

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体具有耐水解性能，在-40℃下水解度为0.02mg/L；在25℃下水解度为0.03mg/L；在130℃下水解度为0.09mg/L。

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体具有无毒、无污染性，不含有有害重金属或重金属盐，符合国家化学建材环保技术指标和国家生活饮用水技术标准的水表壳体使用要求。

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体具有耐老化性能，在5％硫酸溶液、10％盐酸溶液、12％氯化钠溶液、15％氢氧化钠溶液中6个月内不产生腐蚀斑点、不开裂不产生泄漏。

以上内容是结合本发明的结构和工作过程对其所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，其特征在于：所述的玻璃纤维占重量百分比的35-65％，玻璃纤维长度为3-25mm。

2.根据权利要求1所述的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，其特征在于：所述选用的聚丙烯为：聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金。

3.根据权利要求1或2所述的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，其特征在于：所述的复合材料中还包括助剂、色粉、抗氧化剂和抗紫外光吸收剂中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，其特征在于：所述的聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金占重量百分比的30-60％，玻璃纤维占重量百分比的35-65％，助剂占重量百分比的2-3％，色粉占重量百分比的1％，抗氧化剂占重量百分比的1％，抗紫外光吸收剂占重量百分比的1％。

5.根据权利要求4所述的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，其特征在于：所述的助剂为增韧剂、相容剂、防玻纤外露剂或润滑剂中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，其特征在于：所述的增韧剂为橡胶EPDM、SBS或弹性体POE中的一种或几种，相容剂为马来酸酐接枝物。

7.根据权利要求1或2所述的长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体，其特征在于：所述的复合材料水表的壳体厚度为1.83-2.54mm。

8.一种长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料水表壳体的制作方法，其特征在于：

(1)将重量百分比为30-60％的聚丙烯和/或聚丙烯改性物组成的共混物合金，35-65％的玻璃纤维，2-3％的助剂，1％的色粉，1％的抗氧化剂，1％的抗紫外光吸收剂相互均匀混合，再经挤出机融熔形混合后拉条造料，切成长度为11-12mm粒料形成最终共混物复合材料。

(2)共混物复合材料经过注塑机加热熔融，温度为230-255℃，后进入模具的模腔中，合模注射成型形成产品，然后退出模具，冷却定型后即为复合材料水表壳体。