CN102942732A

CN102942732A - 一种复合管材及其制造方法

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Publication number: CN102942732A
Application number: CN201210504349XA
Authority: CN
Inventors: 李子清; 姜圣
Original assignee: MEILICON PLASTICS CO Ltd
Current assignee: MEILICON PLASTICS CO Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102942732B

Abstract

本发明涉及工程领域，尤其是涉及一种复合管材及其制造方法。所述复合管材的制造方法包括：制备改性纳米碳酸钙；将改性纳米碳酸钙、HDPE、纳米碳酸钙以及润滑剂混合制成粒状的混合料；将粒状的混合料融化并通过模具定径挤出形成复合管材的初胚；将初胚冷却定型，并加工成管材；其中，按照重量百分比计，所述混合料中以及所述复合管材中改性纳米碳酸钙的含量为2%-15%；HDPE的含量为62%-70%；所述纳米碳酸钙的含量为20%-28%；所少数润滑剂的含量为0.5%-6%。本发明提供的复合管材及其制造方法，能够提高管材本身的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性，并降低管材的制造成本。

Description

一种复合管材及其制造方法

技术领域

本发明涉及工程领域，尤其是涉及一种复合管材及其制造方法。

背景技术

高浓度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称为“HDPE”）作为一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，以其无毒、价廉、优异的耐湿性、良好的力学性能、良好的化学稳定性、优良的耐寒性能以及易成型加工等特点，被广泛的用于日常生活和工农业生产中。例如HDPE双壁波纹管，被用于市政排水、排污管道系统工程；公寓、住宅小区地下埋设排水排污；高速公路预埋管道，高尔夫球场地下渗水管网；农田水利灌溉输水、排涝等水利工程；化工、矿山用于流体的输送及通风等；地下管线的保护套管和通信电缆护套管等多种领域。但是这种由于HDPE本身的韧性不够高，硬度低以及耐环境应力开裂性不够高等缺点，HDPE双壁波纹管中一般会有含有化学物质的污水等流体通过，在化学物质与外界应力的双重作用下，使得HDPE发生降解，从而导致HDPE双壁波纹管的损坏，从而造成了HDPE双壁波纹管的使用范围被制约。

另一种HDEP钢带缠绕管在一定程度上解决了上述HDPE双壁波纹管韧性不够高，硬度低以及耐环境应力开裂性不够高等缺点。该HDEP钢带缠绕管是在以HDPE为基体的管材外侧壁上缠绕金属带，例如钢带等。金属带是HDPE双壁波纹管的主要支撑结构，而金属的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性都高于HDPE。HDPE的作用则是耐腐蚀、耐磨损，因此在HDEP钢带缠绕管中用料较少。但是金属材料的价格远高于HDPE的价格造成了制作的HDPE钢带缠绕管的成本较高。

发明内容

本发明提出了一种复合管材及其制造方法，能够降低管材的制造成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种复合管材，所述复合管材按重量百分比计，包括：改性纳米碳酸钙2%-15%、HDPE62%-70%、纳米碳酸钙20%-28%以及润滑剂0.5%-6%。

优选地，所述改性纳米碳酸钙通过将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物后，再在所述纳米碳酸与水的混合物中加入偶联剂的方法得到；

按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为20%-50%；所述水的含量为50%-80%；

按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为88%-95%；所述偶联剂的含量为5%-12%。

优选地，所述复合管材按重量百分比计，包括：改性纳米碳酸钙8%、HDPE65%、纳米碳酸钙25%以及润滑剂2%。

优选地，所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或聚乙烯蜡。

优选地，所述偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。

一种复合管材的制造方法，包括：

制备改性纳米碳酸钙；

将改性纳米碳酸钙、HDPE、纳米碳酸钙以及润滑剂混合制成粒状的混合料；

将粒状的混合料融化并通过模具定径挤出形成复合管材的初胚；

将初胚冷却定型，并加工成管材；

其中，按照重量百分比计，所述混合料中改性纳米碳酸钙的含量为2%-15%；HDPE的含量为62%-70%；所述纳米碳酸钙的含量为20%-28%；所少数润滑剂的含量为0.5%-6%。

优选地，所述制备改性纳米碳酸钙的过程包括：

将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物；

在纳米碳酸钙与水的混合物中加入偶联剂，将加入偶联剂的纳米碳酸钙干燥制成改性纳米碳酸钙；

优选地，按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为40%；所述水的含量为60%；

按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为90%；所述偶联剂的含量为10%。

优选地，所述将纳米碳酸钙与水混合并加热的温度为140℃-170℃。

优选地，其特征在于，所述将粒状的混合料融化的温度为150℃-170℃。

本发明提供的复合管材及其制造方法相比现有技术而言，制造复合管材的材料包括改性纳米碳酸钙、纳米碳酸钙、HDPE以及润滑剂，材料价格便宜，相比HDPE钢带缠绕管，够降低管材的制造成本。

并且，本发明提供的复合管材以HDPE为母料，加入改性纳米碳酸钙以及纳米碳酸钙使得复合材料具有更好的力学性能，相比HDPE双壁波纹管，具有更好的韧性，更好的硬度低以及更强的耐环境应力开裂性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例二所提供的复合管材的制造方法的流程图；

图2是本发明实施例三所提供的复合管材的制造方法中改性纳米碳酸钙的制备方法的流程图；

图3是本发明实施例四所提供的复合管材的制造方法的流程图；

图4是本发明实施例五所提供的复合管材的制造方法的流程图；

图5是本发明实施例六所提供的复合管材的制造方法的流程图；

图6是本发明实施例七所提供的复合管材的制造方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的复合管材及其制造方法，通过在以HDPE为基体的材料中添加改性纳米碳酸钙从而提高管材本身的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性。且该复合管材的制造方法能够降低管材的制造成本。

本发明实施例一提供了一种复合管材。在实施例一所提供的复合管材中，按重量百分比计，包括：改性纳米碳酸钙2%-15%、HDPE62%-70%、纳米碳酸钙20%-28%以及润滑剂0.5%-6%。

本发明实施例一所提供的复合管材，本发明提供的复合管材及其制造方法相比现有技术而言，制造复合管材的材料包括改性纳米碳酸钙、纳米碳酸钙、HDPE以及润滑剂，材料价格便宜，相比HDPE钢带缠绕管，够降低管材的制造成本。

纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙。标准的名称即超细碳酸钙。纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业。主要应用于高档塑料制品，可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韧补强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性。因此在本发明实施例一所提供的复合管材中，以HDPE作为母料，并加入纳米碳酸钙，可以使复合管材具备较之HDPE材料所制作的管材具有更好的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性。

在本实施例一中，所述改性纳米碳酸钙通过将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物后，再在所述纳米碳酸钙与水的混合物中加入偶联剂的方法得到；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为20%-50%；所述水的含量为50%-80%；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为88%-95%；所述偶联剂的含量为5%-12%。

偶联剂是在塑料配混中，改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。又称表面改性剂。它在塑料加工过程中可降低合成树脂熔体的粘度，改善填充剂的分散度以提高加工性能，进而使制品获得良好的表面质量及机械性能等。纳米碳酸钙和偶联剂混合后，形成表面改性的改性纳米碳酸钙，在复合管材中加入改性纳米碳酸钙，使得复合管材的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性更好。

在上述实施例一中，优选地，所述复合管材按重量百分比计，包括：改性纳米碳酸钙8%、HDPE65%、纳米碳酸钙25%以及润滑剂2%。这样，可以使得复合管材的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性达到最优。

在上述实施例一中，所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或者聚乙烯蜡。石蜡、硬磷酸脂或者聚乙烯蜡能使得各个材料之间的结合更加的紧密。所述偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。上述偶联剂均能使得纳米碳酸钙的表面性质发生改性，进而使得纳米碳酸钙转化为改性纳米碳酸钙，有利于后续管材的制作。

参见图1，本发明实施例二提供了一种复合管材的制造方法，包括：

步骤101：制备改性纳米碳酸钙；

步骤102：将改性纳米碳酸钙、HDPE、纳米碳酸钙以及润滑剂混合制成粒状的混合料；

步骤103：将粒状的混合料融化并通过模具定径挤出形成复合管材的初胚；

步骤104：将初胚冷却定型，并加工成管材；

在本实施例中，所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或者聚乙烯蜡。

在本发明实施例二所提供的复合管材的制造方法中，以HDPE为母料，加入改性纳米碳酸钙以及纳米碳酸钙使得复合材料具有更好的力学性能，相比HDPE双壁波纹管，具有更好的韧性，更好的硬度低以及更强的耐环境应力开裂性。并且，制造复合管材的材料包括改性纳米碳酸钙、纳米碳酸钙、HDPE以及润滑剂，材料价格便宜，相比HDPE钢带缠绕管，生产成本更低。综上所述，本发明提供的复合管材及其制造方法，能够提高管材本身的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性，并降低管材的制造成本。

参见图2所示，在本发明实施例三所提供的复合管材的制造方法中，所述制备改性纳米碳酸钙的过程包括：

步骤201：将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物；

步骤202：在纳米碳酸钙与水的混合物中加入偶联剂，并将加入偶联剂的纳米碳酸钙与水的混合物干燥制成改性纳米碳酸钙。

其中，在制备改性纳米碳酸钙的额过程中，所述纳米碳酸钙与水按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为20%-50%；所述水的含量为50%-80%；所述纳米碳酸钙与水的混合物与偶联剂按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为88%-95%；所述偶联剂的含量为5%-12%。

在本实施例中所述偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。

由于纳米碳酸钙本身为粉末状的，且偶联剂一般由两部分组成：一部分是亲无机基团，可与无机填充剂或增强材料作用；另一部分是亲有机基团，可与合成树脂作用，因此为了能够使得纳米碳酸钙与偶联剂的亲无机基团充分作用，因此需要将粉状的纳米碳酸钙和水混合制成纳米碳酸钙与水的混合物，并且在加热的条件下，在纳米碳酸钙与水的混合物中加入偶联剂，使得偶联剂中的亲无机基团能够充分的与纳米碳酸钙作用。将已经和偶联剂作用的改性纳米碳酸钙加入以HDPE为母料的材料中时，偶联剂中的亲有机基团和HDPE作用，使得制作成的复合管材具备更好的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性。

在本实施例三中，优选地，所述纳米碳酸钙与水按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为40%；所述水的含量为60%；所述纳米碳酸钙与水的混合物与偶联剂按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为90%；所述偶联剂的含量为10%。这样，可以使得做做成的复合管材具备更好的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性。

在本发明所提供的柱塞的制造方法的各个实施方式中，作为优选方案，所述将纳米碳酸钙与水混合并加热的温度为140℃-170℃。在这个温度下，既不会影响纳米碳酸钙以及偶联剂的性状，又能够使得纳米碳酸钙和水充分混合制成纳米碳酸钙与水的混合物，且使得纳米碳酸钙与水的混合物和偶联剂充分的反应。

在本发明所提供的柱塞的制造方法的各个实施方式中，作为优选方案，所述混合料中改性纳米碳酸钙的含量为8%；HDPE的含量为65%；所述纳米碳酸钙的含量为25%；所少数润滑剂的含量为2%。可以使得复合管材的韧性、硬度以及耐环境应力开裂性达到最优。

在本发明所提供的柱塞的制造方法的各个实施方式中，作为优选方案，所述将粒状的混合料融化的温度为150℃-170℃。这样，可以保证粒料的充分融化，又保证了粒料的形状不发生变化。

所述将初胚冷却定型为：使用风冷对所述初胚进行冷却定型。使用风冷对初胚进行冷却定型，可以保证最后制作成的复合管材的密度较大，使得其韧性、硬度以及耐环境应力开裂性达到更好。

参见图3，在本发明实施例四所提供的复合管材的制造方法中，包括：

步骤301：按重量百分比计，将纳米碳酸钙20%-50%以及水50%-80%，混合，并加热至140℃-170℃，制成纳米碳酸钙与水的混合物；

步骤302：按重量百分比计，在纳米碳酸钙与水的混合物88%-95%中加入偶联剂5%-12%，并将加入偶联剂的纳米碳酸钙与水的混合物干燥制成改性纳米碳酸钙；

步骤303：按重量百分比计，将改性纳米碳酸钙2%-15%、HDPE62%-70%、纳米碳酸钙20%-28%以及润滑剂0.5%-6%混合制成粒状的混合料；

步骤304：将粒状的混合料在150℃-170℃的温度下融化并通过模具定径挤出形成复合管材的初胚；

步骤305：使用风冷对所述初胚进行冷却定型，并加工成管材。

在本实施例中，所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或者聚乙烯蜡。所述偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。

参见图4，在本发明实施例五所提供的复合管材的制造方法中，包括：

步骤401：按重量百分比计，将纳米碳酸钙40%以及水60%，混合，并加热至165℃，制成纳米碳酸钙与水的混合物；

步骤402：按重量百分比计，在纳米碳酸钙与水的混合物90%中加入偶联剂10%，并将加入偶联剂的纳米碳酸钙与水的混合物干燥制成改性纳米碳酸钙；

步骤403：按重量百分比计，将改性纳米碳酸钙8%、HDPE65%、纳米碳酸钙25%以及润滑剂2%混合制成粒状的混合料；

步骤404：将粒状的混合料在160℃的温度下融化并通过模具定径挤出形成复合管材的初胚；

步骤405：使用风冷对所述初胚进行冷却定型，并加工成管材。

参见图5，在本发明实施例六所提供的复合管材的制造方法中，包括：

步骤501：按重量百分比计，将纳米碳酸钙20%以及水80%，混合，并加热至140℃，制成纳米碳酸钙与水的混合物；

步骤502：按重量百分比即，在纳米碳酸钙与水的混合物88%中加入偶联剂-12%，并将加入偶联剂的纳米碳酸钙与水的混合物干燥制成改性纳米碳酸钙；

步骤503：按重量百分比计，将改性纳米碳酸钙2%、HDPE70%、纳米碳酸钙27.5%以及润滑剂0.5%混合制成粒状的混合料；

步骤504：将粒状的混合料在150℃的温度下融化并通过模具定径挤出形成复合管材的初胚；

步骤505：使用风冷对所述初胚进行冷却定型，并加工成管材。

参见图6，在本发明实施例七所提供的复合管材的制造方法中，包括：

步骤601：按重量百分比计，将纳米碳酸钙50%以及水50%，混合，并加热至170℃，制成纳米碳酸钙与水的混合物；

步骤602：按重量百分比计，在纳米碳酸钙与水的混合物95%中加入偶联剂5%，并将加入偶联剂的纳米碳酸钙与水的混合物干燥制成改性纳米碳酸钙；

步骤603：按重量百分比计，将改性纳米碳酸钙15%、HDPE62%、纳米碳酸钙17%以及润滑剂6%混合制成粒状的混合料；

步骤604：将粒状的混合料在170℃的温度下融化并通过模具定径挤出形成复合管材的初胚；

步骤605：使用风冷对所述初胚进行冷却定型，并加工成管材。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种复合管材，其特征在于，所述复合管材按重量百分比计，包括：改性纳米碳酸钙2%-15%、HDPE62%-70%、纳米碳酸钙20%-28%以及润滑剂0.5%-6%。

2.根据权利要求1所述的复合管材，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙通过将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物后，再在所述纳米碳酸与水的混合物中加入偶联剂的方法得到；

3.根据权利要求1或2所述的复合管材，其特征在于，所述复合管材按重量百分比计，包括：改性纳米碳酸钙8%、HDPE65%、纳米碳酸钙25%以及润滑剂2%。

4.根据权利要求1或2所述的复合管材，其特征在于，所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或聚乙烯蜡。

5.根据权利要求2所述的复合管材，其特征在于，所述偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。

6.一种复合管材的制造方法，其特征在于，包括：

制备改性纳米碳酸钙；

将初胚冷却定型，并加工成管材；

7.根据权利要求6所述的复合管材的制造方法，其特征在于，所述制备改性纳米碳酸钙的过程包括：

8.根据权利要求7所述的复合管材的制造方法，其特征在于，按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为40%；所述水的含量为60%；

9.根据权利要求7或8所述的复合管材的制造方法，其特征在于，所述将纳米碳酸钙与水混合并加热的温度为140℃-170℃。

10.根据权利要求6-8任意一项所述的复合管材的制造方法，其特征在于，所述将粒状的混合料融化的温度为150℃-170℃。