CN102964659B - 一种多功能聚乙烯-不锈钢复合管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种UHMW-PE管材，由该UHMW-PE管和不锈钢复合得到的多功能聚乙烯-不锈钢复合管，以及所述复合管的制备方法。所述UHMW-PE管材的组成和含量按重量份数比包括：UHMW-PE100份、硅藻土10-15份、短玻璃纤维8-10份、碳酸轻钙7-10份、有机锡7-10份、纳米氮化铝1-5份、石墨1-2份、PE蜡0.1-1.5份、丙烯酸酯2-5份、硅酮聚合物3-5份、钛白粉3-6份、抗冲剂MBS树脂6-10份、抗氧剂10100.5-1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3-5份；所述复合管包括UHMW-PE内管和不锈钢外管，内管和外管之间通过热溶胶粘接层粘接，而且所述不锈钢管在外表面涂覆纳米SiO₂复合涂层。本发明所述复合管安装方便、性能好，用途十分广泛。

Description

一种多功能聚乙烯-不锈钢复合管

技术领域

 本发明涉及一种聚乙烯管材领域，特别涉及一种多功能聚乙烯-不锈钢复合管及其制备方法。 

背景技术

 随着着人们生活水平、环保意识的提高以及对健康的关注，在给排水领域掀起了一场建材行业的绿色革命。据大量水质监测数据表明：采用冷镀锌钢管后，一般使用寿命不到5年就锈蚀，铁腥味严重。居民纷纷向政府部门投诉，造成一种社会问题。塑料管材与传统金属管道相比，具有自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、卫生安全、水流阻力小、节约能源、节省金属、改善生活环境、使用寿命长、安装方便等特点，受到了管道工程界的青睐并占据了相当重要的位置，形成一种势不可当的发展趋势。   虽然发展形势良好，国内输送流体物质的管道厂家众多，但产品也表现参差不齐，大多数管材表现柔性管道的强度不够，结垢问题严重，甚至管道漏水频繁，造成破坏性事故。特别是热水领域，明装管领域等。所以研发出一种新型的排水管道是本领域技术人员急需解决的技术问题。 

发明内容

为了解决上述技术问题，在我公司投入大量的人力物力研发下，发明一种改进型超高分子量聚乙烯UHMW-PE管材得到良好的使用效果，在同行业中处于材料拔尖的地位，所述UHMW-PE管材的组成和含量按重量份数比包括：所述UHMW-PE 100份、硅藻土10-15份、短玻璃纤维8-10份、碳酸轻钙7-10份、有机锡7-10份、纳米氮化铝 1-5份、石墨 1-2份、PE蜡0.1-1.5份、丙烯酸酯2-5份、硅酮聚合物3-5份、钛白粉3-6份、抗冲剂MBS树脂 6-10份、抗氧剂1010 0.5-1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3-5份。 

另外，本申请还提供一种多功能聚乙烯-不锈钢复合管，包括内管和外管，其中内管为超高分子量聚乙烯UHMW-PE管，外管为不锈钢管，内管和外管之间通过热溶胶粘接层粘接，其特征在于所述UHMW-PE管的组成和含量按重量份数比包括：UHMW-PE 100份、硅藻土10-15份、短玻璃纤维8-10份、碳酸轻钙7-10份、有机锡7-10份、纳米氮化铝 1-5份、石墨 1-2份、PE蜡0.1-1.5份、丙烯酸酯2-5份、硅酮聚合物3-5份、钛白粉3-6份、抗冲剂MBS树脂 6-10份、抗氧剂1010 0.5-1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3-5份；所述不锈钢管为在所述不锈钢管外表面涂覆纳米SiO₂复合涂层，所述二氧化硅复合涂层的组成及其含量按质量百分比包括：纳米SiO₂复合乳液50%~65%，FeMnO_x复合氧化物15%~35%，乳化剂1%~3%，增稠剂1%~2%，其余量为溶剂水，而且各组分质量百分含量之和满足100％。 

所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管中，不锈钢外管的厚度是0.5-50mm，所述热熔胶的厚度是0.1-5mm，所述内管的厚度是0.5-50mm。 

  本申请所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管的制备方法：a、按上述超高分子量聚乙烯UHMW-PE管材的组成重量份，取UHMW-PE 100份、硅藻土10-15份、短玻璃纤维8-10份、碳酸轻钙7-10份、有机锡7-10份、纳米氮化铝 1-5份、石墨 1-2份、PE蜡0.1-1.5份、丙烯酸酯2-5份、硅酮聚合物3-5份、钛白粉3-6份、抗冲剂MBS树脂 6-10份、抗氧剂1010 0.5-1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3-5份放入高混机中，常温下冷混搅拌，然后在70-90℃下热混搅拌，使混合物混合均匀，得到复合混合料； b、将上述复合混合料经双螺杆挤出机挤出成内管，然后冷却成型，得到超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管；其中所述双螺杆挤出机机筒温度170-190℃，复合混合料熔体温度200-220℃，模头温度200-220℃，挤出机转速为20-30转/分；c、在上述成型的超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管上通过热溶胶粘结叠合不锈钢外管；d、最后在所述不锈钢外管上涂覆纳米SiO₂复合涂层。 

  所述涂覆纳米SiO₂复合涂层的复合涂覆液的制备方法包括以下步骤： 

1）室温下，向反应容器中加入纳米二氧化硅粉末与规定组分比的甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯、丙烯酸或丙烯酸酯、烷氧基类硅烷、乳化剂和水，高速搅拌，得到预乳化液；

    2）将引发剂溶液加入到上述反应容器的预乳化液中，搅拌升温至75℃~85℃，恒温反应2~3h后，升温至85-95℃反应20-60min，降温至35-45℃，氨水中和出料，即制得纳米SiO₂复合乳液；

 所述纳米SiO₂复合乳液各组分投料比按质量百分比为纳米二氧化硅粉末2%~10%，甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯15%~20%，丙烯酸或丙烯酸酯15%~20%，有机硅烷3%~12%，乳化剂2%~4%，引发剂0.1%~0.3%，其余量为溶剂水，而且各组分质量百分含量之和满足100％；

3）按组分比，在溶剂水中加入步骤2）得到的纳米SiO₂复合乳液、吸光剂FeMnO_x复合氧化物、增稠剂和乳化剂，低速搅拌至粉末润湿；

     4）将混合后的物料通过砂磨机磨至粒径≤20μm得纳米SiO₂复合涂覆液。所述二氧化硅复合涂覆液的组成及其含量按质量百分比包括：纳米SiO₂复合乳液50%~65%，吸光剂FeMnO_x复合氧化物15%~35%，乳化剂1%~3%，增稠剂1%~2%，其余量为溶剂水，而且各组分质量百分含量之和满足100％。

  所述的热溶胶采用聚乙烯热溶胶或聚丙烯热溶胶。 

  所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管的实验检测性能数据为： 

序号	项目	技术指标
			1	外观质量	内外壁均匀光滑，无塌陷、坑凹；截面无气泡及开裂痕迹。
2	低温脆性温度	低于-70℃
			3	热变形温度	≥135℃
4	内壁摩擦系数	摩擦系数为0.032，光滑而且不粘结，防垢性好
			5	纵向回缩率	约1％
6	拉伸强度（Mpa）	≥45
			7	断裂伸长率（%）	≥130％
8	冲击强度（KJ/m2）	≥140
			9	砂浆磨耗指数	约1.7
10	耐无机酸、碱腐蚀性能	室温下用50％的H2SO4 和50%的NaOH溶液分别密封在所述管道中30天，无明显被腐蚀现象。
			11	耐有机介质性能	室温下用90％醋酸、丙酮以及庚烷分别密封在所述管道中30天后，无明显被腐蚀现象。而且不结垢，产生的永久变形不超过3%。
12	耐水压密封性能	温度20℃，压力50KPa条件下，保持24小时，无渗漏。

   与现有聚乙烯管材比较，本发明具有以下优越性：

  本发明中使用的超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管，具有优异的物理化学性能，而且属于价格适中，是一种优良的热塑性工程塑料管材，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附结垢、不易吸水、密度较小等综合性能。事实上，目前还没有一种塑料管材兼有如此众多的优异性能，能够提高管的机械性能、耐磨性能、抗老化性能、耐腐蚀性能、防结垢性能等。 

 本发明要求保护的由上述超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管复合不锈钢外管得到的多功能聚乙烯-不锈钢复合管，除兼具普通PE管和不锈钢管的双重优点外，同时还解决了普通PE管强度低，易开裂，以及普通不锈钢管不能热熔连接，而且易腐蚀等缺点，而且本发明所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管制造工艺简单，耐腐蚀、强度高，抗冲击而且不易变形，卫生和环保方面能抑制细菌的产生，符合饮用水安全标准。 

   本发明所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管的耐腐蚀好：化学稳定性极高，具有优良的耐化学药品性，在20℃和80℃两种温度下，通过80多种无机酸、无机碱、有机酸和有机试剂试验流过该多功能聚乙烯-不锈钢复合管30天，除强氧化性酸液如浓硝酸、浓硫酸外，在一定的温度和浓度范围内能耐酸、碱盐及有机溶剂腐蚀，超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管的内表面管壁仍光滑均匀。 

  本发明所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管的防结垢性好：摩擦系数为0.032，流动阻力小，而且不粘附，能长期保持流量和流速。 

  本发明所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管的物理性能高：冲击强度高，柔韧性好。抗冲击强度高达162kj/m²；另外，耐磨性也较好，砂浆磨耗指数约1.7；另外，不锈钢管的外涂层能起到防水、防腐蚀以及隔温的作用，使得该复合管能适应-70℃到95℃的环境温度，具有优良的耐环境应力开裂和耐疲劳性，延长管道的使用寿命。 

  本发明所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管安装方便、柔韧性好，可采用热熔焊接直接进行弯曲管道安装，因此其用途十分广泛，可用于给水排水工程：作为饮用水、冷热水、工业用水以及工业污水的输送管道； 可用作油气工程的原油、天然气的输送管道；煤粉、矿粉、矿浆等固液体混合物的耐磨输送管道以及.化学工程的腐蚀性介质的输送管道等。 

具体实施方式

  下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限制。 

实施例1 

 按质量份比例称取UHMW-PE 100份、硅藻土15份、短玻璃纤维10份、碳酸轻钙8份、有机锡8份、纳米氮化铝 3份、石墨 2份、PE蜡1.0份、丙烯酸酯4份、硅酮聚合物4份、钛白粉5份、抗冲剂MBS树脂 7份、抗氧剂1010 1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3份放入高混机中，冷混搅拌10，然后热混搅拌30，使混合物混合均匀，得到复合混合料；然后将上述复合混合料经双螺杆挤出机挤出成内管，然后冷却成型，得到超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管；其中所述双螺杆挤出机机筒温度170℃，复合混合料熔体温度200℃，模头温度200℃，挤出机转速为20转/分，冷却水温度70℃；c、在上述成型的超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管上通过热溶胶粘结叠合不锈钢外管；d、最后在所述不锈钢外管上涂覆纳米SiO₂复合涂层，得本申请所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管。 

实施例2 

 按质量份比例称取UHMW-PE 100份、硅藻土10份、短玻璃纤维8份、碳酸轻钙8份、有机锡10份、纳米氮化铝 5份、石墨1份、PE蜡1.5份、丙烯酸酯3份、硅酮聚合物5份、钛白粉6份、抗冲剂MBS树脂 6份、抗氧剂1010 1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3份放入高混机中，冷混搅拌10分钟，然后热混搅拌30分钟，使混合物混合均匀，得到复合混合料；然后将上述复合混合料经双螺杆挤出机挤出成内管，然后冷却成型，得到超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管；其中所述双螺杆挤出机机筒温度190℃，复合混合料熔体温度220℃，模头温度220℃，挤出机转速为30转/分，冷却水温度70℃；c、在上述成型的超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管上通过热溶胶粘结叠合不锈钢外管；d、最后在所述不锈钢外管上涂覆纳米SiO₂复合涂层，得本申请所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管。 

实施例3 

 按质量份比例称取UHMW-PE 100份、硅藻土10份、短玻璃纤维10份、碳酸轻钙7份、有机锡7份、纳米氮化铝 3份、石墨1份、PE蜡1.5份、丙烯酸酯5份、硅酮聚合物5份、钛白粉5份、抗冲剂MBS树脂 8份、抗氧剂1010 0.8份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物5份放入高混机中，冷混搅拌10，然后热混搅拌30，使混合物混合均匀，得到复合混合料；然后将上述复合混合料经双螺杆挤出机挤出成内管，然后冷却成型，得到超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管；其中所述双螺杆挤出机机筒温度180℃，复合混合料熔体温度210℃，模头温度210℃，挤出机转速为25转/分，冷却水温度70℃；c、在上述成型的超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管上通过热溶胶粘结叠合不锈钢外管；d、最后在所述不锈钢外管上涂覆纳米SiO₂复合涂层，得本申请所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管。 

  各实施例所制得的多功能聚乙烯-不锈钢复合管的外观尺寸和性能参数如表2所示， 

性能	实施例一	实施例二	实施例三
				内管厚度	15mm	10mm	5mm
热溶胶层厚度	2mm	2mm	2mm
				外管厚度	3mm	3mm	3mm
拉伸强度（MPa）	46.89	45.48	49.57
				冲击强度（KJ/m2）	162	148	140.7
断裂伸长率（%）	131.9	175.6	178.4

 由表2数据可以看出，本发明所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管性能好，强度高，实现强度与韧性并重，是一种可多领域应用的优良管道。

Claims (4)

1.一种超高分子量聚乙烯UHMW-PE管材，所述UHMW-PE管材的组成和含量按重量份数比包括：UHMW-PE 100份、硅藻土10-15份、短玻璃纤维8-10份、碳酸轻钙7-10份、有机锡7-10份、纳米氮化铝 1-5份、石墨 1-2份、PE蜡0.1-1.5份、丙烯酸酯2-5份、硅酮聚合物3-5份、钛白粉3-6份、抗冲剂MBS树脂 6-10份、抗氧剂1010 0.5-1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3-5份。

2.一种多功能聚乙烯-不锈钢复合管，包括内管和外管，其中内管由权利要求1所述超高分子量聚乙烯UHMW-PE管材制备，外管为不锈钢管，内管和外管之间通过热溶胶粘接层粘接，其特征在于所述不锈钢管为在所述不锈钢管外表面涂覆纳米SiO₂复合涂层，其特征在于：所述涂覆纳米SiO₂复合涂层的复合涂覆液的制备方法包括以下步骤： 

1）室温下，向反应容器中加入纳米二氧化硅粉末与规定组分比的甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯、丙烯酸或丙烯酸酯、烷氧基类硅烷、乳化剂和水，高速搅拌，得到预乳化液；

    2）将引发剂溶液加入到上述反应容器的预乳化液中，搅拌升温至75℃~85℃，恒温反应2~3h后，升温至85-95℃反应20-60min，降温至35-45℃，氨水中和出料，即制得纳米SiO₂复合乳液；

 所述纳米SiO₂复合乳液各组分投料比按质量百分比为纳米二氧化硅粉末2%~10%，甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯15%~20%，丙烯酸或丙烯酸酯15%~20%，有机硅烷3%~12%，乳化剂2%~4%，引发剂0.1%~0.3%，其余量为溶剂水，而且各组分质量百分含量之和满足100％；

3）按组分比，在溶剂水中加入步骤2）得到的纳米SiO₂复合乳液、吸光剂FeMnO_x复合氧化物、增稠剂和乳化剂，低速搅拌至粉末润湿；

     4）将混合后的物料通过砂磨机磨至粒径≤20μm得纳米SiO₂复合涂覆液。所述二氧化硅复合涂覆液的组成及其含量按质量百分比包括：纳米SiO₂复合乳液50%~65%，吸光剂FeMnO_x复合氧化物15%~35%，乳化剂1%~3%，增稠剂1%~2%，其余量为溶剂水，而且各组分质量百分含量之和满足100％。

3.根据权利要求2所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管，其特征在于所述不锈钢外管的厚度是0.5-50mm，所述热熔胶的厚度是0.1-5mm，所述内管的厚度是0.5-50mm。

4.根据权利要求2所述多功能聚乙烯-不锈钢复合管的制备方法，包括以下步骤：

a、按上述超高分子量聚乙烯UHMW-PE管材的组成重量份，取UHMW-PE 100份、硅藻土10-15份、短玻璃纤维8-10份、碳酸轻钙7-10份、有机锡7-10份、纳米氮化铝 1-5份、石墨 1-2份、PE蜡0.1-1.5份、丙烯酸酯2-5份、硅酮聚合物3-5份、钛白粉3-6份、抗冲剂MBS树脂 6-10份、抗氧剂1010 0.5-1.0份和吸光剂FeMnO_x复合氧化物3-5份放入高混机中，冷混搅拌，然后热混搅拌，使混合物混合均匀，得到复合混合料；

 b、将上述复合混合料经双螺杆挤出机挤出成内管，然后冷却成型，得到超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管；其中所述双螺杆挤出机机筒温度170-190℃，复合混合料熔体温度200-220℃，模头温度200-220℃，挤出机转速为20-30转/分；

c、在上述成型的超高分子量聚乙烯UHMW-PE内管上通过热溶胶粘结叠合不锈钢外管；

d、最后在所述不锈钢外管上涂覆纳米SiO₂复合涂层。