CN102691832B - 玻纤增强hdpe双壁缠绕管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种玻纤增强HDPE双壁缠绕管，由玻纤增强HDPE塑料管经螺旋缠绕并用塑料热熔胶焊接而成，其中的玻纤增强HDPE塑料管为长玻纤的重量百分比含量在5％-40％之间的中空矩形玻纤增强HDPE塑料管。一种玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，步骤包括制备高密度聚乙烯混合料、制备改性的长玻璃纤维、将高密度聚乙烯混合料与改性的玻璃纤维反应共挤为中空方管，以及将上述中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接制作成玻纤增强HDPE双壁缠绕管。本发明的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的抗蠕变性、模量、抗冲击、抗划痕、抗慢速裂纹扩展性、抗环境应力开裂性及耐高温性好，整体具有足够的缝拉伸强度，有效的提高了管道的整体性能。

Description

玻纤增强HDPE双壁缠绕管及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种管材，尤其涉及一种玻纤增强HDPE双壁缠绕管及其制作方法。
背景技术
高密度聚乙烯双壁缠绕管以高密度聚乙烯(HDPE)为主要原料，采用特殊挤出工艺在热熔状态下缠绕而成，其轴向管壁截面为双壁工字形，内壁致密光滑，中空，管材本身质量轻而强度高。由于其独特的成型工艺，可生产口径达3000mm的大口径管材。作为一种新型的化学建材，HDPE双壁缠绕管具有重量轻、耐腐蚀、管壁光滑、过流能力大、密封性能好、使用寿命长、运输安装方便及施工速度快等优点，在我国城市排水系统建设过程中得到大量的应用。
蠕变是塑料管道损坏的一种表现形式。蠕变是塑料管道在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与管道的弹性变形不同，弹性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。特别是在淤泥、淤泥质土、冲填土、湿陷性土、软土、膨胀岩土、多年冻土、盐渍岩土等不良工程地质地区，由于地层的移动或变形会使得管道系统的局部承受的应力更高、时间更长，产生应力会使热塑性塑料管道系统发生蠕变，当蠕变到一定然后屈服或引发并形成裂纹，或加速原有裂纹扩张速度。因此在不良工程地质环境地区，塑料排水管道原料在具备高的弹性模量和好的柔韧性外，还应具有耐蠕变性能，以给提供足够的安全使用性能和长期的使用寿命。
玻璃纤维增强塑料具有良好的拉伸、弯曲、压缩弹性模量及抗蠕变性能，线膨胀系数小、尺寸稳定、加工性能好、成型周期短、生产效率高，已被广泛用于汽车、机械、电器、建筑、船舶、航天等部门及行业。为减少高聚乙烯管道的蠕变系数，人们考虑考虑像工程塑料一样，使用长玻纤对聚乙烯进行改性，但聚乙烯是非极性聚合物，结晶速度快，它与玻璃纤维界面间的相容性差，难以形成相互作用力，单纯加入玻璃纤维后，材料的性能甚至还有所下降，要使得玻纤能起到增强聚乙烯的作用，必须解决聚乙烯和玻纤之间的界面相容问题。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种玻纤增强HDPE双壁缠绕管及其制作方法。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种玻纤增强HDPE双壁缠绕管，由玻纤增强HDPE塑料管经螺旋缠绕并用塑料热熔胶焊接而成，所述的玻纤增强HDPE塑料管为长玻纤的重量百分比含量在5％-40％之间的中空矩形玻纤增强HDPE塑料管，所述玻纤增强HDPE双壁缠绕管的径向断面结构包括玻纤增强HDPE塑料管和连接在相邻玻纤增强HDPE塑料管之间的塑料热熔胶焊接层。
所述的长玻纤为经硅烷偶联剂改性的长玻璃纤维，以长玻璃纤维为100重量份计，硅烷偶联剂的用量为0.5-5重量份。
上述玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，包括以下步骤：
a、由以下重量份含量的物质制备高密度聚乙烯混合料：
Figure BDA00001755369800021
b、由以下重量份含量的物质制备改性的玻璃纤维：
长玻璃纤维   100份，
硅烷偶联剂   0.5-5份；
c、将高密度聚乙烯混合料与改性的玻璃纤维按60-95∶5-40的重量配比在双螺杆挤出机上进行反应共挤，经模具挤出和真空定型，得到玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管；
d、将玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管经螺旋缠绕焊接制作成玻纤增强HDPE双壁缠绕管。
所述的双螺杆挤出机的长径比不小于38∶1，螺杆温度为90-260℃，转速为120-600转/分钟，物料在螺杆挤出机中停留时间为3-9分钟。
所述的高密度聚乙烯的熔融指数为0.2-5g/10min。
所述的过氧化物引发剂选自过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过邻苯二甲酸二叔丁酯、2，5-二甲基-2，5二(叔丁基过氧化)乙烷、2，5-二甲基-2，5二(苯甲酰过氧基)乙烷、2，5-二甲基-2，5二(叔丁基过氧化)-3-乙炔、1，1-二(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷中的一种或多种的混合物。
所述的多官能团单体选自硫脲、马来酸二烯丙酯、二乙烯基苯、二乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、二甲基丙烯酸酯或亚油酸三甘酯中的一种或多种的混合物。
所述的高分子相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、丙烯酸接枝聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种的混合物。
所述的抗氧剂选自硫代二丙酸双月桂酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯、(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1，3，5-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1，3，5-三嗪-2，4，6(1H，3H，5H)-三酮、3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯中的一种或多种的混合物。
所述的硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷、1，3，5，7-四乙烯基-1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷中的一种或多种的混合物。
本发明的玻纤增强HDPE双壁缠绕管由于采用了中空矩形玻璃纤维增强高密度聚乙烯管，缠绕管管道中空方管处的抗蠕变性、模量、抗冲击、抗划痕、抗慢速裂纹扩展性、抗环境应力开裂性及耐高温性得到的极大的提升；同时双壁缠绕管道整体具有足够的缝拉伸强度，有效的提高了管道的整体性能。
本发明的方法制作工艺容易控制，玻纤与聚乙烯界面相容性好。挤出定型过程中，在聚乙烯/长玻璃纤维复合材料中加入与玻璃纤维有良好相容性的高分子反应相容剂，改善了聚乙烯和玻璃纤维的界面相容性，得到的玻璃纤维增强聚乙烯方管具有抗蠕变、高强度、高韧性、高耐环境应力开裂性、耐磨、耐高温等性能，扩大了材料的应用范围。
附图说明
图1是本发明玻纤增强HDPE双壁缠绕管的外观示意图；
图2是本发明玻纤增强HDPE双壁缠绕管的轴向截面结构示意图；
图3是图2的局部放大图。
具体实施方式
参见图1、图2、图3，本发明的玻纤增强HDPE双壁缠绕管，由玻纤增强HDPE塑料管1经螺旋缠绕并用塑料热熔胶2焊接而成，其中的玻纤增强HDPE塑料管1为长玻纤的重量百分比含量在5％-40％之间的中空矩形玻纤增强HDPE塑料管，玻纤增强HDPE双壁缠绕管的径向断面结构包括玻纤增强HDPE塑料管1和连接在相邻玻纤增强HDPE塑料管之间的塑料热熔胶2焊接层。
上述长玻纤为经硅烷偶联剂改性的长玻璃纤维，以长玻璃纤维为100重量份计，硅烷偶联剂的用量为0.5-5重量份。
实施例1
a、按以下重量的物质制备高密度聚乙烯混合料：
b、按以下重量的物质制备改性的玻璃纤维：
长玻璃纤维         100公斤，
乙烯基三乙氧基硅烷 3公斤；
c、取上述高密度聚乙烯混合料80公斤与改性的玻璃纤维20公斤在双螺杆挤出机上进行反应共挤，经模具挤出和真空定型，得到玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管；
d、将玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管经螺旋缠绕焊接制作成玻纤增强HDPE双壁缠绕管。
其中的双螺杆挤出机的长径比不小于38∶1，螺杆温度为90-260℃，转速为120-600转/分钟，物料在螺杆挤出机中停留时间为3-9分钟。
高密度聚乙烯的熔融指数为0.2-5g/10min。
实施例2
a、按以下重量的物质制备高密度聚乙烯混合料：
Figure BDA00001755369800051
b、按以下重量的物质制备改性的玻璃纤维：
长玻璃纤维                 100公斤，
乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷 2公斤；
c、取上述高密度聚乙烯混合料70公斤与改性的玻璃纤维30公斤在双螺杆挤出机上进行反应共挤，经模具挤出和真空定型，得到玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管；
其余同实施例1。
实施例3
a、按以下重量的物质制备高密度聚乙烯混合料：
Figure BDA00001755369800052
b、按以下重量的物质制备改性的玻璃纤维：
长玻璃纤维            100公斤，
乙烯基三丁酮肟基硅烷  1公斤；
c、取上述高密度聚乙烯混合料90公斤与改性的玻璃纤维10公斤在双螺杆挤出机上进行反应共挤，经模具挤出和真空定型，得到玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管；
其余同实施例1。
实施例4
a、按以下重量的物质制备高密度聚乙烯混合料：
Figure BDA00001755369800061
b、按以下重量的物质制备改性的玻璃纤维：
长玻璃纤维           100公斤，
乙烯基三甲氧基硅烷   5公斤；
c、取上述高密度聚乙烯混合料60公斤与改性的玻璃纤维40公斤在双螺杆挤出机上进行反应共挤，经模具挤出和真空定型，得到玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管；
其余同实施例1。
实施例5
a、按以下重量的物质制备高密度聚乙烯混合料：
Figure BDA00001755369800062
b、按以下重量的物质制备改性的玻璃纤维：
长玻璃纤维          100公斤，
乙烯基三甲氧基硅烷  .5公斤；
c、取上述高密度聚乙烯混合料95公斤与改性的玻璃纤维5公斤在双螺杆挤出机上进行反应共挤，经模具挤出和真空定型，得到玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管。
其余同实施例1。

Claims (8)

1.一种玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、由以下重量份含量的物质制备高密度聚乙烯混合料：
b、由以下重量份含量的物质制备改性的长玻璃纤维：
长玻璃纤维  100份，
硅烷偶联剂  0.5-5份；
c、将高密度聚乙烯混合料与改性的玻璃纤维按60-95:5-40的重量配比在双螺杆挤出机上进行反应共挤，经模具挤出和真空定型，得到玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管；
d、将玻璃纤维增强高密度聚乙烯中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接制作成玻纤增强HDPE双壁缠绕管。
2.根据权利要求1所述的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机的长径比不小于38:1，螺杆温度为90-260℃，转速为120-600转/分钟，物料在螺杆挤出机中停留时间为3-9分钟。
3.根据权利要求1所述的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于：所述的高密度聚乙烯的熔融指数为0.2-5g/10min。
4.根据权利要求1所述的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于：所述的过氧化物引发剂选自过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过邻苯二甲酸二叔丁酯、2,5-二甲基-2,5二（叔丁基过氧化）乙烷、2,5-二甲基-2,5二（苯甲酰过氧基）乙烷、2,5-二甲基-2,5二（叔丁基过氧化）-3-乙炔、1,1-二（过氧化叔丁基）-3,3,5-三甲基环己烷中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于：所述的多官能团单体选自硫脲、马来酸二烯丙酯、二乙烯基苯、二乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯、二甲基丙烯酸酯或亚油酸三甘酯中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于：所述的高分子相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、丙烯酸接枝聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1所述的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于：所述的抗氧剂选自硫代二丙酸双月桂酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯、(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1所述的玻纤增强HDPE双壁缠绕管的制作方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷、1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷中的一种或多种的混合物。
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