CN104961976A - 改性聚烯烃drpo钢塑增强缠绕排水排污管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管，该管由内壁层和外壁层贴合后缠绕构成，其中外壁采用改性聚烯烃材料包覆钢带，所述改性聚烯烃材料由以下重量份的原料组成为：聚烯烃50-75份，改性聚烯烃弹性体BPOE5-10份，活性滑石粉20-40；内壁材料采用HDPE或PPR，加入15～25％超高分子量聚乙烯UHMW-PE。主要用于埋地排水排污管。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管。
背景技术
目前，我国的排水管网系统仍以传统的钢筋混凝土管、陶管、铸铁管为主流，但其施工难度高，管道之间的连接复杂，往往造成庞大的施工浪费。尤其是在长期的使用中，常常由于腐蚀、破损、渗漏，特别是大面积的污水渗漏，已严重污染了越来越少的地下水源。解决城市的缺水及污染问题，关系到城市的可持续发展，也是我国当前和长远发展的重大问题。根据国外发达国家塑料管材的发展情况及国内产业政策的大力推广，大口径塑料埋地排水管已经成为新的投资热点。而在众多的大口径塑料埋地排水管道中，由于双壁缠绕管以其独特的结构设计，比其它的塑料管道更节省原料，而成为众多投资者的首选。
大口径双壁缠绕管一般指直径大于500 mm的缠绕管，目前主要用于市政排水、排污系统。当前，我国用于缠绕管生产的原料主要有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，其中PVC主要用于500 mm以下的缠绕管生产。聚氯乙烯双壁缠绕管的优点在于聚氯乙烯材料的刚性高，其材料的弹性模量大于聚烯烃材料。因此达到同等的环刚度可以用较小的惯性矩，如果采用同样的波形设计可以用较小的壁厚。所以在一定范围内聚氯乙烯双壁缠绕管在经济性上占优势，但由于聚氯乙烯材料的流动性和热稳定性比较差，生产大口径双壁缠绕管有困难，以及聚烯烃材料的良好柔韧性，可以在低温环境下施工，聚烯烃管材可以熔接，比重轻等优点，聚烯烃双壁缠绕管近年来得到了较快的发展。
从2003年开始，我国大量引进大口径双壁缠绕管生产线．所采用的原料主要是HDPE，每条生产线的生产能力达到10 kt／a。当时国内用于生产大口径双壁缠绕管的进口料主要是一些HDPE中空料和重包装膜料等。而国内的一些普通管材料在生产大口径双壁缠绕管时会出现熔体强度不够、产品环刚度达不到要求等问题。
环刚度和环柔度是管材最重要的性能指标， 因为在埋地排水管的应用中,管材不承受内压或压力很低,而只承受外压负载(包括动负载和静负载)。如果管材的环刚度太小, 管材将发生大的变形破坏, 这样就不能保证管材的安全使用；若环柔度过低，管材在使用过程中易破坏漏水等。添加入无机填料, 如: 短切玻璃纤维、碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石等, 以降低材料成本、提高材料性能的刚性, 然而, 在塑料材料中加入无机填充材料后一般都会使材料性能变脆, 缺口冲击韧性下降, 材料的使用性能因此受到明显影响。增加塑料的韧性, 早期通常采用橡胶类弹性体进行, 例如: ABS( 聚丙烯腈_丁二烯_苯乙烯) ,HIPS( 耐冲击性聚苯乙烯) 和PP/ EPDM [ 聚丙烯/三元乙丙橡胶( 含双环戊二烯) ] 等增韧体系，橡胶增韧聚合物可使冲击韧性成倍增长，但由于其模量和玻璃化温度低, 给增韧塑料带来固有的缺陷, 如材料的刚度、强度、热畸变温度大幅度降低, 成本提高等。聚烯烃复合材料所表现的强度增加或韧性提高总是以牺牲其它性能为代价的,所以如何保持改性聚烯烃复合材料强度和韧性的平衡是制备埋地排水排污聚烯烃(DRPO)管材的关键问题。
发明内容
本发明目的是提供一种改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管，解决现有的聚烯烃埋地排水排污管环刚度不够及环柔度过低的问题。
本发明的技术方案为：改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管，该管由内壁层和外壁层贴合后缠绕构成，其中外壁材料采用改性聚烯烃材料包覆钢带，所述改性聚烯烃材料的制备方法为：
按以下重量份配料：聚烯烃 50～75份，改性聚烯烃弹性体BPOE 5～10份，活性滑石粉 20～40，然后将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性聚烯烃复合材料，料筒温度分别为：180℃，195℃，210℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃；
其中，
聚烯烃为高密度聚乙烯HDPE或无规共聚聚丙烯PPR或它们的混合；
改性聚烯烃弹性体BPOE通过以下方法制备：按以下重量份配料：POE：100份，苯乙烯：2～7份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：3～6份，过氧化二异丙苯：0.1～0.4份，按照配比称料混合后采用双螺杆挤出机，以反应挤出工艺制备BPOE，工艺条件如下：双螺杆挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃；
改性滑石粉的制备方法为：按以下重量份配置原料：滑石粉 100份，硅烷偶联剂 1～3份，铝酸酯偶联剂 0.5～1.5份；先将称量好的滑石粉在烘箱中100℃下干燥3h,加入高速混合机中，再加入按比例称量好的铝酸酯偶联剂，高速混合5分钟，然后加入硅烷偶联剂，高速混合10分钟；
内壁材料采用HDPE或PPR，加入15～25％超高分子量聚乙烯UHMW-PE。
制备方法为：内壁材料和外壁材料分别由两台挤出机同时将物料熔融挤出，一台挤出管材外壁熔料并包覆钢带，一台挤出管材内壁，在模具内复合为双层结构，以带状形式连续挤出，冷却定型，经缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。
内壁材料除了要求具有足够的刚度和韧性外，还要求耐磨及摩擦系数尽量低，因此采用HDPE或PPR外，加入15--25％超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）。
Polyolefinelastomers(POE)是Dupont Dow弹性体公司用Insite工艺和限定几何构型催化技术(CGCT)制成的新型聚烯烃弹性体材料，具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布等特点,这使POE的主要性能非常突出，很多性能指标超过了普通弹性体，如POE具有较高的强度和伸长率、耐老化性能好由于其分子链是饱和的，所含叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热老化和抗紫外线性能；另一方面，限定几何构型催化剂技术(CGCT)可以控制在聚合物线型短支链支化结构中引入长支链，从而改善了聚合物的加工流变性能，POE分子结构的特殊性赋予了其优异的力学性能、流变性能和抗紫外线性能。此外，它还具有和聚烯烃亲和性好、低温韧性好、性能价格比高等优点，因而被广泛应用于塑料改性。这种新材料的出现引起了全世界塑料和橡胶工业界的强烈关注，也为聚合物的改性和加工带来全新的理念 。
本发明中，为了提高聚烯烃材料之间以及聚烯烃与无机粒子间的相容性，采用熔融接枝技术，制备改性POE新材料，在改性聚烯烃复合材料中使用改性POE，可以提高聚烯烃材料之间以及聚烯烃与无机粒子间的相容性。
本发明中，硅烷偶联剂处理对增加滑石粉填充聚丙烯体系的刚性有利,相对而言,铝酸酯偶联剂处理对提高滑石粉填充聚丙烯体系的韧性有利，为了充分发挥两种偶联剂的优势,本发明按硅烷偶联剂与铝酸酯偶联剂为2:1的比例方式处理的滑石粉，发挥两种偶联剂的协同作用，制备得到活性滑石粉。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用经改性的POE和滑石粉与聚烯烃形成复合材料，采用该复合材料制备双层管的外壁，所制备的双层管的环刚度和环柔度都明显提高，能满足大口径地下排水排污管的性能要求。
具体实施方式
实施例1
制备改性聚烯烃弹性体BPOE
按以下重量份配置原料：
乙烯辛烯共聚物(POE)：100份
苯乙烯(St)：2份
甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)： 6份
过氧化二异丙苯(DCP)：0.1份；
接枝设备采用双螺杆挤出机，以反应挤出工艺制备改性POE，工艺条件如下：
双螺杆挤出机各段温度为（℃）：160，170，185，190，190。
制备改性滑石粉
按以下重量份配置原料：
滑石粉 100份，
硅烷偶联剂 1份，
铝酸酯偶联剂 0.5份。
制备改性聚烯烃复合材料
聚烯烃 50份，聚烯烃采用高密度聚乙烯HDPE，改性聚烯烃弹性体BPOE 10份，活性滑石粉 20，然后将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性聚烯烃复合材料，料筒温度分别为（℃）：180，195，210，220，220，口模温度为（℃）：215。
制备本发明的改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管
外壁原料采用本发明中的改性聚烯烃复合材料，内壁原料采用75%HDPE， 25％超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）。
制备方法为：内壁材料和外壁材料分别由两台挤出机同时将物料熔融挤出，一台挤出管材外壁熔料并包覆钢带，一台挤出管材内壁，在模具内复合为双层结构，以带状形式连续挤出，冷却定型，经缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。
表1：实施例1制备的DRPO缠绕管的物理力学性能
实施例2
制备改性聚烯烃弹性体BPOE
按以下重量份配置原料：
乙烯辛烯共聚物(POE)：100份
苯乙烯(St)： 7份
甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)：3份
过氧化二异丙苯(DCP)：0.4份；
接枝设备采用双螺杆挤出机，以反应挤出工艺制备改性POE，工艺条件如下：
双螺杆挤出机各段温度为（℃）：160，170，185，190，190。
制备改性滑石粉
按以下重量份配置原料：
滑石粉 100份，
硅烷偶联剂 3份，
铝酸酯偶联剂 1.5份。
制备改性聚烯烃复合材料
聚烯烃 75份，聚烯烃采用无规共聚聚丙烯PPR，改性聚烯烃弹性体BPOE 5份，活性滑石粉 20，然后将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性聚烯烃复合材料，料筒温度分别为（℃）：180，195，210，220，220，口模温度为（℃）：215。
制备本发明改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管
外壁原料采用本发明中的改性聚烯烃复合材料，内壁原料材料采用85%HDPE， 15％超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）。
制备方法为：内壁材料和外壁材料分别由两台挤出机同时将物料熔融挤出，一台挤出管材外壁熔料并包覆钢带，一台挤出管材内壁，在模具内复合为双层结构，以带状形式连续挤出，冷却定型，经缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。
表2：实施例2制备的管材的物理力学性能
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (2)
1.改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管，其特征在于，该管由内壁层和外壁层贴合后缠绕构成，其中外壁材料采用改性聚烯烃材料包覆钢带，所述改性聚烯烃材料的制备方法为：
按以下重量份配料：聚烯烃 50～75份，改性聚烯烃弹性体BPOE 5～10份，活性滑石粉 20～40，然后将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性聚烯烃复合材料，料筒温度分别为：180℃，195℃，210℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃；
其中，
聚烯烃为高密度聚乙烯HDPE或无规共聚聚丙烯PPR或它们的混合；
改性聚烯烃弹性体BPOE通过以下方法制备：按以下重量份配料：POE：100份，苯乙烯：2～7份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：3～6份，过氧化二异丙苯：0.1～0.4份，按照配比称料混合后采用双螺杆挤出机，以反应挤出工艺制备BPOE，工艺条件如下：双螺杆挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃；
改性滑石粉的制备方法为：按以下重量份配置原料：滑石粉 100份，硅烷偶联剂 1～3份，铝酸酯偶联剂 0.5～1.5份；先将称量好的滑石粉在烘箱中100℃下干燥3h,加入高速混合机中，再加入按比例称量好的铝酸酯偶联剂，高速混合5分钟，然后加入硅烷偶联剂，高速混合10分钟；
内壁材料采用HDPE或PPR，加入15～25％超高分子量聚乙烯UHMW-PE。
2.根据权利要求1所述的改性聚烯烃DRPO钢塑增强缠绕排水排污管的制备方法：其特征在于，内壁材料和外壁材料分别由两台挤出机同时将物料熔融挤出，一台挤出管材外壁熔料并包覆钢带，一台挤出管材内壁，在模具内复合为双层结构，以带状形式连续挤出，冷却定型，经缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。
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