CN102964689A - 改性聚丙烯波纹管及其制造方法 - Google Patents

改性聚丙烯波纹管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种改性聚丙烯波纹管，涉及一种敷设电缆所用的导管。它由改性聚丙烯材料制成：按重量计，所述改性聚丙烯材料的组成为基料100份、聚四氟乙烯0.1－1份、硬脂酸钙0.1－1份、抗氧剂0.2－1份、颜料0.01-0.1份；所述基料由65－80％的聚丙烯、5－10％的三元乙丙橡胶、15-25%的微胶囊红磷母粒组成。其制造方法包括下述步骤：制备改性聚丙烯材料；制造改性聚丙烯波纹管。本发明的改性聚丙烯波纹管具有优良的阻燃性能、优良的电气绝缘性、抗冲击性能好、热变形温度比较高、低温抗冲击性能较佳、质轻，表面光滑，穿电缆时摩擦阻力小，且可热熔焊对接，因此适合于在地下敷设管道及电缆，广泛应用于电信、电力等工程。

Description

改性聚丙烯波纹管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种敷设电缆所用的导管，更具体地说涉及一种改性聚丙烯波纹管及其制造方法。 
背景技术
聚丙烯管材是一种绿色建材，具有卫生、无毒、质量轻、耐腐蚀、不结垢、保温节能及使用寿命长等优点；特别是在出现同质热熔连接技术后，管道系统的安装、连接方式取得重大突破，可构建安全可靠的一体化管道。但是聚丙烯管材阻燃性能及低温抗冲击性能较差，这就限制了其应用，不适合用于制造波纹管。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有聚丙烯管材阻燃性能及低温抗冲击性能较差的缺点，提供一种改性聚丙烯波纹管，这种改性聚丙烯波纹管具有较佳的阻燃性能、比较高的热变形温度、以及较佳的低温抗冲击性能。采用的技术方案如下： 
一种改性聚丙烯波纹管，其特征在于：由改性聚丙烯材料制成：按重量计，所述改性聚丙烯材料的组成为基料100份、聚四氟乙烯0.1－1份、硬脂酸钙0.1－1份、抗氧剂0.2－1份、颜料0.01-0.1份；所述基料由65－80％(重量)的聚丙烯、5－10％(重量)的三元乙丙橡胶、15-25%(重量)的微胶囊红磷母粒组成。 
本发明的改性聚丙烯波纹管可采用上述改性聚丙烯材料经挤出成型。 
优选上述聚丙烯的熔体流动速度 (MFR)为0.2-1.0克/10分钟（g/10min）。 
三元乙丙橡胶（EPDM）是一种热塑性弹性体，在聚丙烯中添加三元乙丙橡胶，可以改善材料的抗冲击性能，同时改善了材料的低温脆性。优选上述三元乙丙橡胶的门尼粘度为30-60。 
上述微胶囊红磷母粒是一种阻燃剂，在改性聚丙烯的材料体系中，其阻燃机理是：在燃烧时红磷先被氧化，吸水后水化成磷酸，磷酸进一步脱水成偏磷 酸，进而聚合生成聚偏磷酸覆盖于聚合物表面，抑制燃烧，从而达到阻燃的效果。 
上述聚四氟乙烯(PTFE)可提高材料的耐磨性。 
上述硬脂酸钙是一种内润滑剂，加工时可以降低材料之间的内摩擦，提高材料的加工性能。加入三元乙丙橡胶（EPDM）、聚四氟乙烯(PTFE)后，会使材料熔体的熔融粘度增加，较难加工，因此加入适量的硬脂酸钙，以提高材料在加工时的润滑性。 
上述抗氧剂的作用是阻止聚丙烯老化。优选上述0.2－1份抗氧剂由0.1－0.5份抗氧剂1010（即四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯） 和0.1－0.5份抗氧剂168（即三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯）组成。由于聚丙烯分子主链上存在叔碳原子，其在热、氧、紫外线等外界因素的共同作用下极易发生化学变化，生成过氧化物，之后断裂形成自由基，进而引起大分子链裂解、支化、交联，使聚丙烯失去高分子材料特征，丧失使用性能，因此防止聚丙烯老化，主要是防止热氧老化和自由基老化。上述抗氧剂1010作为主抗氧剂，主要起到自由基反应终止剂的作用；抗氧剂168作为辅抗氧剂，主要起到过氧化物分解剂的作用；同时抗氧剂1010和抗氧剂168又有良好的协同效应。 
上述颜料（通常也称为色粉）根据客户对波纹管颜色的要求选用。 
本发明的改性聚丙烯波纹管的制造方法包括下述步骤： 
（1）制备改性聚丙烯材料：按上述比例配备聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒、聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料；然后将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合（通常将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动3－5分钟），得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌10-15分钟，搅拌器的转速为250-400rpm（转/分钟），使聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒、聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料（一种具体方案中，整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经 过切粒机切粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料)； 
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为200-300rpm（转/分钟），输送物料时是正向输送；双螺杆挤出机能使物料在熔融状态下受到良好的剪切、混合作用，使物料塑化更好、更加均匀。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第Ⅰ区、第Ⅱ区、第Ⅲ区和第Ⅳ区，第Ⅰ区的温度为160-180℃，第Ⅱ区的温度为180-190℃，第Ⅲ区的温度为190-210℃，第Ⅳ区的温度为190-210℃，挤出口模的温度为200-210℃。优选第Ⅲ区的螺杆上具有回流螺块，使熔体塑化更好、更均匀。优选双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.02-0.06MPa，通过抽真空可以抽掉物料中的水汽、空气等，这样会使制得的改性聚丙烯材料中无气泡，性能更佳。 
（2）制造改性聚丙烯波纹管：将步骤（1）制得的颗粒状改性聚丙烯材料加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造改性聚丙烯波纹管。 
改性聚丙烯材料自进料口加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型（成型口模具有环形的出料口）；然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到改性聚丙烯波纹管。然后可在改性聚丙烯波纹管上喷印标识，并进行切割和包装。 
优选挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为160-180℃，螺杆压缩段的温度为180-190℃，螺杆均化段的温度为190-210℃，成型口模的温度为200-210℃。优选螺杆的转速为300-450rpm（转/分钟）。优选挤出成型机料筒内的真空度为0.02-0.06MPa。 
本发明的改性聚丙烯波纹管具有下述优异性能：(1)优良的阻燃性能，可达到UL-94V-0级(样品厚度4.0mm)；(2)优良的电气绝缘性；（3）抗冲击性能好 ，环境温度23℃下测得的缺口冲击强度达10.7 KJ/m2；(4)热变形温度比较高，低温抗冲击性能较佳，可在-5－70℃的环境温度下长期使用；(5)质轻，表面光滑，穿电缆时摩擦阻力小，且可热熔焊对接，因此本发明的改性聚丙烯波纹管适合于在地下敷设管道及电缆，广泛应用于电信、电力等工程。 
具体实施方式
实施例1 
本实施例中改性聚丙烯电缆导管由改性聚丙烯材料制成：按重量计，所述改性聚丙烯材料的组成为聚丙烯65份、三元乙丙橡胶10份、微胶囊红磷母粒25份、聚四氟乙烯0.1份、硬脂酸钙0.1份、抗氧剂0.2份（其中抗氧剂1010  0.1份，抗氧剂168  0.1份）、颜料0.01份。 
上述改性聚丙烯电缆导管的制造方法包括下述步骤： 
（1）制备改性聚丙烯材料：按重量计，取聚丙烯65份（聚丙烯的熔体流动速度为1克/10分钟）、三元乙丙橡胶10份（三元乙丙橡胶的门尼粘度为40）、微胶囊红磷母粒25份、聚四氟乙烯0.1份、硬脂酸钙0.1份、抗氧剂0.2份（其中抗氧剂1010  0.1份，抗氧剂168  0.1份）、颜料0.01份；然后将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合（将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动3分钟），得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌10分钟，搅拌器的转速为400rpm（转/分钟），使聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒、聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料（可将整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经过切粒机切粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料)； 
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为200rpm（转/分钟）。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第Ⅰ区、第Ⅱ区、第Ⅲ区和第Ⅳ区，第Ⅰ区的温度为160℃，第Ⅱ区的温度为180℃，第Ⅲ区的温度为190℃，第Ⅳ区的温度为190℃，挤出口模的温度为200℃。第Ⅲ区的螺杆上具有回流螺块。双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.02MPa。 
（2）制造改性聚丙烯波纹管：将步骤（1）制得的颗粒状改性聚丙烯材料加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造改性聚丙烯波纹管。 
改性聚丙烯材料自进料口加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型（成型口模具有环形的出料口）；然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到改性聚丙烯波纹管。然后可在改性聚丙烯波纹管上喷印标识，并进行切割和包装。 
挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为160℃，螺杆压缩段的温度为180℃，螺杆均化段的温度为190℃，成型口模的温度为200℃；螺杆的转速为300rpm（转/分钟）。挤出成型机料筒内的真空度为0.02MPa。 
实施例2 
本实施例中改性聚丙烯电缆导管由改性聚丙烯材料制成：按重量计，所述改性聚丙烯材料的组成为聚丙烯80份、三元乙丙橡胶5份、微胶囊红磷母粒15份、聚四氟乙烯1份、硬脂酸钙1份、抗氧剂1份（其中抗氧剂1010  0.5份，抗氧剂168  0.5份）、颜料0.1份。 
上述改性聚丙烯电缆导管的制造方法包括下述步骤： 
（1）制备改性聚丙烯材料：按重量计，取聚丙烯80份（聚丙烯的熔体流动速度为0.2克/10分钟）、三元乙丙橡胶5份（三元乙丙橡胶的门尼粘度为60）、微胶囊红磷母粒15份、聚四氟乙烯1份、硬脂酸钙1份、抗氧剂份（其中抗氧剂1010  0.5份，抗氧剂168  0.5份）、颜料0.1份；然后将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合（将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动5分钟），得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌15分钟，搅拌器的转速为250rpm（转/分钟），使聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒、聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料（可将整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经过切粒机切粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料)； 
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为300rpm（转/分钟）。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第Ⅰ区、第Ⅱ区、第Ⅲ区和第Ⅳ区，第Ⅰ区的温度为180℃，第Ⅱ区的温度为190℃，第Ⅲ区的温度为210℃，第Ⅳ区的温度为210℃，挤出口模的温度为210℃。第Ⅲ区的螺杆上具有回流螺块。双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.06MPa。 
（2）制造改性聚丙烯波纹管：将步骤（1）制得的颗粒状改性聚丙烯材料加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造改性聚丙烯波纹管。 
改性聚丙烯材料自进料口加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型（成型口模具有环形的出料口）；然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到改性聚丙烯波纹管。然后可在改性聚丙烯波纹管上喷印标识，并进行切割和包装。 
挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为180℃，螺杆压缩段的温度为190℃，螺杆均化段的温度为210℃，成型口模的温度为210℃；螺杆的转速为450rpm（转/分钟）。挤出成型机料筒内的真空度为0.06MPa。 
实施例3 
本实施例中改性聚丙烯电缆导管由改性聚丙烯材料制成：按重量计，所述改性聚丙烯材料的组成为聚丙烯72份、三元乙丙橡胶8份、微胶囊红磷母粒20份、聚四氟乙烯0.5份、硬脂酸钙0.6份、抗氧剂0.7份（其中抗氧剂1010  0.3份，抗氧剂168  0.4份）、颜料0.05份。 
上述改性聚丙烯电缆导管的制造方法包括下述步骤： 
（1）制备改性聚丙烯材料：按重量计，取聚丙烯72份（聚丙烯的熔体流动速度为0.6克/10分钟）、三元乙丙橡胶10份（三元乙丙橡胶的门尼粘度为30）、微胶囊红磷母粒20份、聚四氟乙烯0.5份、硬脂酸钙0.6份、抗氧剂0.7份（其中抗氧剂1010  0.3份，抗氧剂168  0.4份）、颜料0.05份；然后将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合（将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动4分钟），得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌13分钟，搅拌器的转速为330rpm（转/分钟），使聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒、聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料（可将整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经过切粒机切粒， 得到颗粒状的改性聚丙烯材料)； 
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为250rpm（转/分钟）。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第Ⅰ区、第Ⅱ区、第Ⅲ区和第Ⅳ区，第Ⅰ区的温度为170℃，第Ⅱ区的温度为185℃，第Ⅲ区的温度为200℃，第Ⅳ区的温度为200℃，挤出口模的温度为205℃。第Ⅲ区的螺杆上具有回流螺块。双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.04MPa。 
（2）制造改性聚丙烯波纹管：将步骤（1）制得的颗粒状改性聚丙烯材料加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造改性聚丙烯波纹管。 
改性聚丙烯材料自进料口加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型（成型口模具有环形的出料口）；然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到改性聚丙烯波纹管。然后可在改性聚丙烯波纹管上喷印标识，并进行切割和包装。 
挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为170℃，螺杆压缩段的温度为185℃，螺杆均化段的温度为200℃，成型口模的温度为205℃；螺杆的转速为350rpm（转/分钟）。挤出成型机料筒内的真空度为0.04MPa。 

Claims (10)

1.一种改性聚丙烯波纹管，其特征在于：由改性聚丙烯材料制成：按重量计，所述改性聚丙烯材料的组成为基料100份、聚四氟乙烯0.1－1份、硬脂酸钙0.1－1份、抗氧剂0.2－1份、颜料0.01-0.1份；所述基料由65－80％(重量)的聚丙烯、5－10％(重量)的三元乙丙橡胶、15-25%(重量)的微胶囊红磷母粒组成。
2.如权利要求1所述的改性聚丙烯波纹管，其特征在于：所述聚丙烯的熔体流动速度为0.2-1.0克/10分钟。
3.如权利要求1所述的改性聚丙烯波纹管，其特征在于：所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为30-60。
4.如权利要求1所述的改性聚丙烯波纹管，其特征在于：所述0.2－1份抗氧剂由0.1－0.5份抗氧剂1010和0.1－0.5份抗氧剂168组成。
5.一种改性聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）制备改性聚丙烯材料：按权1所述比例配备聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒、聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料；然后将聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合，得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌10-15分钟，搅拌器的转速为250-400rpm使聚丙烯、三元乙丙橡胶、微胶囊红磷母粒、聚四氟乙烯、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的改性聚丙烯材料；
（2）制造改性聚丙烯波纹管：将步骤（1）制得的颗粒状改性聚丙烯材料加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造改性聚丙烯波纹管。
6.如权利要求5所述的改性聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：步骤（1）中双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为200-300rpm（转/分钟），输送物料时是正向输送。
7.如权利要求5所述的改性聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：步骤（1）中双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第Ⅰ区、第Ⅱ区、第Ⅲ区和第Ⅳ区，第Ⅰ区的温度为160-180℃，第Ⅱ区的温度为180-190℃，第Ⅲ区的温度为190-210℃，第Ⅳ区的温度为190-210℃，挤出口模的温度为200-210℃。
8.如权利要求5所述的改性聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：步骤（2）中所述改性聚丙烯材料自进料口加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型；然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到改性聚丙烯波纹管。
9.如权利要求5所述的改性聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：步骤（2）中挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为160-180℃，螺杆压缩段的温度为180-190℃，螺杆均化段的温度为190-210℃，成型口模的温度为200-210℃，螺杆的转速为300-450rpm。
10.如权利要求5所述的改性聚丙烯波纹管的制造方法，其特征在于：步骤（2）中所述挤出成型机料筒内的真空度为0.02-0.06MPa。
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