CN104795781A - 低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管是先将重均分子量为80～120万的硅酮与改性聚丙烯熔融挤出造粒得改性母料，然后将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为2-5wt％比例混合，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过熔融复合挤出制得二层管材，最后在其外壁上复合玻璃纤维增强层即可获得由内至外依次为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管，其内层的摩擦系数为0.08～0.23。本发明制备的复合电力管不仅兼具了玻璃纤维增强塑料电缆导管和改性聚丙烯塑料电缆导管的优势，且内层中含有的硅酮又使内壁的表面摩擦系数大大降低，为电力电缆用塑料复合导管领域提供了一种综合性能更为优异的产品。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆用复合导管及其制备技术领域，具体涉及一种电力电缆用低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管及其制备方法。
背景技术
在当前城市建设过程中，配电网中电力电缆使用得越来越多，为了使室外地下电力电缆线路免受敷设环境所带来的机械损伤、化学作用以及腐烂植物等危害，以减少电缆故障并延长使用寿命，就需将电缆敷设于电缆排(导)管中，即将电力电缆穿插在预先铺设好的电力管中。现有电力电缆用的电力管(亦称导管)，根据DL/T802《电力电缆用导管技术条件》可分为：玻璃纤维增强塑料电缆导管、氯化聚氯乙烯及硬聚氯乙烯塑料电缆导管、氯化聚氯乙烯及硬聚氯乙烯塑料双壁波纹电缆导管、纤维水泥电缆导管、承插式混凝土预制电缆导管、非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管。这些电缆导管都具有各自的使用特点，但在使用过程中也存在各自的不足。其中在电力电缆排管铺设施工过程最常用的为：玻璃纤维增强塑料电缆导管及非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管。
玻璃纤维增强塑料电缆导管的耐腐蚀性能优良，能抵抗酸、碱、盐、腐蚀性土壤、地下水及众多化学流体的侵蚀；机械性能好，管道的拉伸性能虽低于钢管但高于球墨铸铁管和混凝土管；耐热性能和电绝缘性能优异；使用寿命长，正常使用情况下可达50年；因采用的是承插式接头，安装也方便。但在施工过程中，由于内管壁的摩擦阻力大，导致管内表面经受不了牵引钢缆或电缆外护套层的穿缆摩擦，内壁会挂出其中的玻璃纤维，在电缆上形成连续缠绕的纤维丝，最终会造成卡死电缆，无法再进行穿缆施工。
改性聚丙烯塑料电缆导管的耐腐蚀性能好，管材刚度及韧性也较好，耐热性能优良，重量轻，材料成本较低，但由于其聚丙烯线膨胀系数较大(0.06-0.1mm/m.K)，当接头采用承插式连接时，如果安装的管路系统较长又处于温差变化较大的环境中，管路极易发生变形，导致接头处出现裂缝，起不到保护电力电缆的作用；而采用热熔连接，不仅会产生施工难度增大的问题，且在热熔连接处，因物料的内外溢流，一方面会减小了内部截面积，使内部阻力加大，增加了穿缆的难度，另一方面会造成内壁凹凸不平，刮伤电力电缆的外护套，导致电路漏电或短路。
另外，更为重要的是，不管是玻璃纤维增强塑料电缆导管，还是改性聚丙烯塑料电缆导管，由于其内层均为塑料层，而一般塑料管层的摩擦系数均为：0.4-0.45，根据电力工程电缆设计规范(GB 50217)，水平管路的电缆牵引力计算公式Tj＝T0+μCWLi(其中T0：起始牵引力；μ：摩擦系数；C：电缆重量校正系数；W：电缆单位长度重量；Li：第i段直线管长)来看，摩擦系数与电缆牵引力是成正比的，如果能够降低塑料管层的摩擦系数势必就可以降低电缆牵引力，电缆牵引力的下降既可降低穿缆难度，使施工更为容易快捷，也可在一定程度上克服热熔连接塑料电缆导管穿管难的问题。因而，能够进一步降低塑料电缆导管内层的摩擦系数对于电力电缆导管性能提升无疑具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，首先提供一种低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种由上述方法制备的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管。
本发明提供的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管的制备方法，该方法的工艺步骤和条件如下：
1)先将重均分子量为800000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于170～200℃熔融挤出造粒得改性母料；
2)先将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为2-5wt％比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于165～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；
3)将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即可。
以上方法中所述的改性聚丙烯为普通挤出级聚丙烯基础上进行增韧改性的聚丙烯，其断裂伸长率＞400％。
本发明提供的由上述方法制备的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管，该复合电力管为三层结构，由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层、改性聚丙烯层和玻璃纤维增强层，且其含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层的表面摩擦系数为0.08～0.23。
以上复合电力管中内层含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层的硅酮含量为2.5-4.0wt％。
以上复合电力管两端为承插式接头。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、由于本发明提供的复合电力管内层中含有的高分子量硅酮(即聚二甲基硅氧烷)是以硅氧键为主链，其分子链能柔顺地自由旋转，可在内壁形成固体润滑剂层，因而可大大降低管壁的摩擦系数，使得其在电力电缆的安装过程中拖拽更为轻松方便，同时因不损伤电缆外护套层，可减小电缆外护套故障概率。
2、由于本发明提供的复合电力管不仅内层为低摩擦层结构，且最外层还为玻璃纤维增强层，因而可采用承插式接头，既避免了现有改性聚丙烯塑料电缆导管热熔连接所带来的一系列问题，又避免了现有玻璃纤维增强塑料电缆导管内管壁的摩擦阻力大所带来的一系列问题。
3、由于本发明提供的复合电力管具有三层结构，不仅兼具了玻璃纤维增强塑料电缆导管和改性聚丙烯塑料电缆导管的优势，且还赋予了其内层表面的低摩擦系数，因而为电力电缆用塑料复合导管领域提供了一种综合性能更为优异的产品。
4、由于本发明提供的制备方法采用了先制备母料，再与基体材料共混，因而有效的解决了超高分子量(80-120万)高含量(2-5wt％)硅酮的分子间作用力较强，黏度较大，不容易通过物理方法与基体材料分散均匀的问题，为后期再与改性聚丙烯二次混合后顺利复合挤出成型奠定了良好的基础。
5、本发明提供的制备方法简单成熟，便于实施推广应用。
附图说明
附图为本发明提供的复合电力管的截面结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
另外，需要说明的是以下各实施例所得复合电力管内层的摩擦系数是按照GB/T 3960标准给出的方法测试的。
实施例1
先将重均分子量为800000～950000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于170～185℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为2wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于165～185℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.23。
实施例2
先将重均分子量为1050000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于180～200℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为3.5wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于185～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.14。
实施例3
先将重均分子量为950000～1050000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于175～190℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为2.5wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于170～190℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.20。
实施例4
先将重均分子量为1050000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于180～200℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为3.5wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于185～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.22。
实施例5
先将重均分子量为1050000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于180～200℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为5.0wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于185～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.08。
实施例6
先将重均分子量为1050000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于180～200℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为3.5wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于185～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.15。
实施例7
先将重均分子量为950000～1050000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于175～190℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为4.0wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于170～190℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.14。
实施例8
先将重均分子量为1050000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于180～200℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为2.0wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于185～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.22。
实施例9
先将重均分子量为800000～950000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于170～185℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为5.0wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于165～185℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.12。
实施例10
先将重均分子量为950000～1050000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于175～190℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为3.0wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于170～190℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.17。
实施例11
先将重均分子量为800000～950000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于170～185℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为3.5wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于165～185℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.17。
实施例12
先将重均分子量为1050000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于180～200℃熔融挤出造粒得改性母料；再将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为5.0wt％的比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于185～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；最后将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即获得如附图所示截面结构由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层1、改性聚丙烯层2和玻璃纤维增强层3的复合电力管。
该复合电力管内层1的表面摩擦系数为0.09。
Claims (9)
1.一种低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管的制备方法，该方法的工艺步骤和条件如下：
1)先将重均分子量为800000～1200000的硅酮与改性聚丙烯按重量比1：1混合均匀，然后再将其放入双螺杆挤出机中于170～200℃熔融挤出造粒得改性母料；
2)先将改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮为2-5wt％比例混合均匀，再分别将该混合料与改性聚丙烯干燥后通过各自的螺杆挤出机于165～205℃熔融复合挤出、定径、牵引、冷却、切割得二层复合管材；
3)将所得二层复合管材按机械缠绕方式在其外壁上复合玻璃纤维增强层即可。
2.根据权利要求1所述的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管的制备方法，该方法中所述的改性聚丙烯为普通挤出级聚丙烯基础上进行增韧改性的聚丙烯，其断裂伸长率＞400％。
3.根据权利要求1或2所述的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管的制备方法，该方法中所述硅酮的重均分子量为950000～1200000。
4.根据权利要求1或2所述的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管的制备方法，该方法中所述改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮按2.5-4.0wt％比例混合。
5.根据权利要求3所述的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管的制备方法，该方法中所述改性母料与改性聚丙烯按最终电力管内层中所含硅酮按2.5-4.0wt％比例混合。
6.一种由权利要求1所述方法制备的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管，该复合电力管为三层结构，且由内至外依次分别为含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层(1)、改性聚丙烯层(2)和玻璃纤维增强层(3)，其中含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层(1)的表面摩擦系数为0.08～0.23。
7.根据权利要求6所述的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管，该复合电力管中含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层(1)的硅酮含量为2-5wt％。
8.根据权利要求6所述的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管，该复合电力管中含硅酮的改性聚丙烯低摩擦层(1)的硅酮含量为2.5-4.0wt％。
9.根据权利要求6或7或8所述的低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管，该复合电力管两端为匹配的承插式接头。
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