CN104344107A - 一种复合管材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合管材，具有一基材管，在所述基材管的内表面和或外表面上包覆一层阻隔层；其中，所述阻隔层为表面氟化处理的热塑性树脂。本发明的复合管材，通过对热塑性树脂层进行氟化处理，获得了致密性良好的阻隔层，有效改善了目前市面上的管材对含有易渗透易挥发介质的输送损耗所造成的介质渗透问题，解决了油管渗油造成的环境污染，减缓了环境压力。同时本发明的制造方法简单，反应条件易于控制，制造成本低，节约设备投资，易于工业化,并可根据不同的使用要求选择及调整基材、防渗透层的材料及厚度以获得最佳性能的产品。

Description

一种复合管材及其制造方法
技术领域
本发明涉及橡塑制造加工领域，具体而言涉及一种复合管材及其制造方法。
背景技术
目前市场上的输送液态介质的管材有聚氨酯管、橡胶管、聚氯乙烯管或含有多种材质的多层复合管，主要用于液态介质的输送管道用于汽柴油发电机、汽车燃料系统油箱、加油站、化工医药设备、化工医药仪器、医疗耗材等众多领域的管线输送。这些管材用量大，品种多，广泛应用于日常生活中的各个领域。
在医疗化工领域，为提高产品的纯度，在介质输送管路中的介质渗透导致的污染、损耗等问题越来越不被接受；为保护人类生存环境，随着社会发展，特别是环保意识的提高，全世界包括中国对从汽车油箱包括油管的汽油渗透率也提出了越来越高的要求。例如美国环保署(EPA)及加州大气资源局(CARB)为针对通用汽油发动机、汽油园林工具产品的排放法规，不但对发动机尾气排放的碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)，一氧化碳(CO)的限值要求越来越严格，甚至对汽油从燃油箱，燃油管中渗透挥发出的汽油蒸汽(碳氢化合物HC)加以限制，其中输油管的限值为15g/m2/天。
然而，目前市售的常规管材线，均存在因材料的致密性而导致的介质渗透问题，或者，因为克服介质渗透而使用含有聚四氟乙烯、EVOH等特殊阻隔材料而产生的高成本，同时聚四氟乙烯、EVOH本身具有硬度较高、弯曲半径大等无法克服的缺陷；如何解决复合管材的介质渗透、降低成本及阻隔层性能影响整体管材物理性能的问题，一直是本领域研究的对象。
因此，我们需要一种新的复合管材，在解决介质渗透问题、控制制造成本及阻隔层对管材物理性能影响最小化。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种复合管材及其制造方法，通过在基材表面形成阻隔层达到介质渗透率极低的技术效果，同时制备方法简单，制造成本低。
为了达到上述目的，本发明提供一种复合管材，具有一基材管，在所述基材管的内表面和或外表面上包覆一层阻隔层；其中，所述阻隔层为表面氟化处理的热塑性树脂。
在本发明一实施例中，所述热塑性树脂选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)中的一种。
在本发明一实施例中，所述聚乙烯选自低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)中的一种。
在本发明一实施例中，所述阻隔层的厚度为0.01mm～50mm。
在本发明一实施例中，所述基材管为聚氨酯(TPU)、聚氯乙烯、橡胶中的一种或几种。
在本发明一实施例中，所述复合管材还包含至少一层覆盖层，所述覆盖层覆设于所述复合管材的外表面。
在本发明一实施例中，所述覆盖层为聚氨酯、橡胶、聚氯乙烯、聚酯纤维中的一种或几种混合。
在本发明一实施例中，所述覆盖层的厚度为0.1～50mm。
本发明还提供一种上述复合管材的制造方法，所述方法为：使内表面和或外表面上包覆有一热塑性树脂层的基材管在氟气气氛中进行氟化处理，从而获得具有一阻隔层的复合管材；其中，所述氟化处理的温度为20～40℃，氟化处理的时间为1～3小时，氟化处理的压力为0.03～0.07MPa。
氟化处理的原理是：利用氟化剂(如氟气(F2)、XeF2等)对聚合物进行表面氟化，氟原子取代表面聚合物中-C-H键中的氢原子，生成-C-F键，使表面聚合物变为部分氟化或者全氟化聚合物，改变了表面性质，致密性加强，透气率减小，防油渗增加，起到了表面覆盖作用，其氟化厚度一般为10～20μm，其化学反应式如下：
XeF2+R-C-H→R-C-F+HF+Xe
F2+R-C-H→R-C-F+HF。
在本发明一实施例中，所述方法还可以包括以下步骤：在获得的具有一阻隔层的复合管材的外表面再覆盖至少一层覆盖层。
需要说明的是，在上述制造方法中，可以通过任何已知的方法获得内表面和或外表面上包覆有一热塑性树脂层的基材管。在本发明一实施例中，可以通过双模头挤出机获得内表面和或外表面上包覆有一热塑性树脂层的基材管。同样地，可以通过任何已知的方法在所述具有一阻隔层的复合管材的外表面上包覆至少一层覆盖层。在本发明一实施例中，可以通过挤出设备，在所述具有一阻隔层的复合管材的外表面上包覆至少一层覆盖层。
此外，需要说明的是，如无特殊说明，本发明中所述的试剂均是有市售的产品。
本发明的复合管材，通过对热塑性树脂层进行氟化处理，获得了致密性良好的阻隔层，有效改善了目前市面上的管材对含有易渗透易挥发介质的输送损耗所造成的介质渗透问题，解决了油管漏油造成的环境污染，减缓了环境压力。同时本发明的制造方法简单，反应条件易于控制，制造成本低，节约设备投资，易于工业化，引入的阻隔层材料、尺寸均可控，最大限度保持了基材的物理性能。
附图说明
图1是本发明一实施例的复合管材的结构示意图；
图2是本发明另一实施例的复合管材的结构示意图；其中，
10、20—基材管；11、21—阻隔层；13—覆盖层。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做详细的说明，实施例旨在解释而非限定本发明的技术方案。
实施例一
在本实施例中提供一种复合管材，其结构如图1所示。
在本实施例中，所述复合管材以TPU为基材管10，阻隔层11为经氟化处理的HDPE，覆盖层13为TPU。具体制造方法如下：
(1)通过双模头挤出工艺挤出成型内径为1.6mm，厚度为0.5mm的管材，其中，内层材质为TPU基材管10，基材管厚度为0.4mm，外层包覆0.1mm厚度的HDPE层；
(2)对步骤(1)的管材进行氟化处理，氟气浓度为5％，在40℃下进行氟化反应，氟化反应时间为1.5小时，氟化压力为0.05MPa，获得外表面具有一阻隔层11的复合管材；
(3)通过挤出设备在步骤(2)的复合管材的外表面覆盖一层TPU覆盖层13，厚度为0.6mm，获得最终管材。
本实施例的复合管材保持了TPU的良好拉伸性能，透明的外观。同时，通过氟化处理的HDPE，获得了优良的阻隔性能。申请人对本实施例的复合管材的渗透性能做了测试，并获得了表1的测试数据。
表1：燃油渗透测试
测试过程为SAEJ30，测试介质CE10，测试样品长度为754mm，单日渗透率计算方法为系统损失重量/样品内表面积。
可以看出测试样品有着良好的防渗透性能，单日最高渗透值为7.92g/m2/day，最低渗透值2.64g/m2/day，小于EPA限值要求15g/m2/day，因此，本实施例的复合管材符合使用要求。
实施例二
在本实施例中提供一种复合管材，其结构如图2所示。
在本实施例中，所述复合管材以PVC为基材管20，阻隔层21为经氟化处理的HDPE。具体制造方法如下：
(1)通过双模头挤出工艺挤出成型内径为2.5mm，外径为5mm的双层管材，其中，外层为PVC基材管20，内表面为0.1mm厚度的HDPE层；
(2)将步骤(1)的管材放入氟化炉中，进行氟化处理，氟气浓度为5％，在30℃下进行氟化反应，氟化反应时间为2小时，氟化压力为0.05MPa，获得内表面具有一阻隔层21的复合管材。
本实施例的复合管材保持了PVC的良好拉伸性能，透明的外观及柔软特性。同时，通过氟化处理的HDPE，获得了优良的阻隔性能。申请人对本实施例的复合管材的渗透性能做了测试，并与同材料的常规管材进行了对比，获得了表2的测试数据。
表2：二甲苯渗透测试
测试过程为SAEJ30，测试介质二甲苯，测试样品长度为752mm，单日渗透率计算方法为系统损失重量/样品内表面积。
由表2的数据可以看出，本实施例含有阻隔层的PVC管是同规格单层PVC管的抗二甲苯渗透性性能15倍以上，获得了非常良好的阻隔效果。
本发明的复合管材，通过对热塑性树脂层进行氟化处理，获得了致密性良好的阻隔层，有效改善了目前市面上的管材对含有易渗透易挥发介质的输送损耗所造成的介质渗透问题，解决了油管漏油造成的环境污染，减缓了环境压力。同时本发明的制造方法简单，反应条件易于控制，制造成本低，节约设备投资，易于工业化，同时引入的阻隔层材料、厚薄可控，可最大限度保持基材的物理性能。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种复合管材，具有一基材管，其特征在于，在所述基材管的内表面和或外表面上包覆一层阻隔层；其中，所述阻隔层为表面氟化处理的热塑性树脂。
2.如权利要求1所述的复合管材，其特征在于，所述热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的一种。
3.如权利要求2所述的复合管材，其特征在于，所述聚乙烯选自低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种。
4.如权利要求1所述的复合管材，其特征在于，所述阻隔层的厚度为0.01mm～50mm。
5.如权利要求1所述的复合管材，其特征在于，所述基材管为聚氨酯、聚氯乙烯、橡胶中的一种或几种。
6.如权利要求1～5中任一所述的复合管材，其特征在于，所述复合管材还包含至少一层覆盖层，所述覆盖层覆设于所述复合管材的外表面。
7.如权利要求6所述的复合管材，其特征在于，所述覆盖层为聚氨酯、橡胶、聚氯乙烯、聚酯纤维中的一种或几种混合。
8.如权利要求6所述的复合管材，其特征在于，所述覆盖层的厚度为0.1～50mm。
9.一种如权利要求1所述的复合管材的制造方法，其特征在于，所述方法为：使内表面和或外表面上包覆有一热塑性树脂层的基材管在氟气气氛中进行氟化处理，从而获得具有一阻隔层的复合管材；其中，所述氟化处理的温度为20～80℃，氟化处理的时间为0.2～3小时，氟化处理的压力为0.002～0.2MPa。
10.如权利要求9所述的复合管材的制造方法，其特征在于，所述方法还可以包括以下步骤：在获得的具有一阻隔层的复合管材的外表面再覆盖至少一层覆盖层。
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