CN105131384A - 一种耐磨蚀的复合管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨蚀的复合管材及其制备方法，其由质量比为1：30-40的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物86-90份、银系化合物6.6-8.5份、二甲基硅油3.3-5.3份、偶联剂0.1-0.2份。本发明复合管材耐磨性能大大提高，抗粘附、抗压、抗冲击等机械强度高，易加工，使用寿命长，生产工艺简单，制造成本低，可广泛用于冶金、电力、造纸、化工、机械、石油等行业的废水、废渣及腐蚀性介质的输送。

Description

一种耐磨蚀的复合管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种耐磨蚀的复合管材及其制备方法。
背景技术
管道输送具有连续作业、运输能力大、管道埋入地下不占土地、对沿程环境没有污染、低碳、不受气候条件的影响以及基建投资和运营成本低等一系列优点，符合我国国情和产业发展方向。长距离输送管道一般埋设在地下，管线建成后在服务年限内不考虑更换，因此管道内壁的磨蚀是管道制造者需要考虑的重要问题之一。然后现有技术的金属管道或塑料管道均存在耐磨耐腐蚀性能差，抗氧化能力、抗菌能力不足，使用寿命短等问题。
发明内容
本发明的目的在于客服现有技术的缺点，提供一种耐磨耐腐蚀性能强，具有抗氧化、抗菌能力，润滑性好，使用寿命长的耐磨蚀的复合管材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐磨蚀的复合管材，其由质量比为1：30-40的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物86-90份、银系化合物6.6-8.5份、二甲基硅油3.3-5.3份、偶联剂0.1-0.2份。
优选地，一种耐磨蚀的复合管材，其由质量比为1：35的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物88份、银系化合物7.8份、二甲基硅油4份、偶联剂0.2份。
所述银系化合物为银离子结合于二氧化硅类化合物。
所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷。
一种耐磨蚀的复合管材的制备方法，其包括以下步骤：
1)按所述重量份数称取银系化合物和偶联剂，混合均匀后溶解到质量百分比浓度为99％乙醇溶剂中，常温下超声振荡30min，然后在真空干燥箱内,90℃下加热100分钟除去乙醇溶剂，取出后在40℃干燥1.5-2.5小时，冷却至常温，保存于干燥器内得高分子母料粉料；
2)将上述步骤1）所得的高分子母料粉料与所述重量份数的乙烯-辛烯共聚物及二甲基硅油加入到造粒机中造粒得高分子母料粒料备用；
3）按所述质量比称取高分子母料粒料和普通高密度聚乙烯粒料置于双层共挤挤出机中，以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材；
4）将上述步骤3）挤出后的复合管材用水冷却，冷却温度为15-25℃。
所述步骤3）中挤出成型条件为：温度180-230℃，压力5-10Mpa，真空度-0.05—-0.03Mpa，管材牵引速度为1-3m/min。
本发明采用以上技术方案，以所述的高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，双层共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材，所述高分子母料粒料由乙烯-辛烯共聚物、银系化合物、二甲基硅油、偶联剂等原料制备而成。采用PE管输送时，输送物料表面容易形成极性，吸附于管材内壁，形成结晶，影响使用，而本发明通过原料配方材料形成，抑制极性材料的产生，形成抗菌表面；本发明采用二甲基硅油（俗称硅酮）具有很好的润滑作用，在管材上形成惰性表面，不易吸附无机物，盐类，可提高流速，增加效益。本发明复合管材耐磨性能大大提高，抗粘附、抗压、抗冲击等机械强度高，易加工，使用寿命长，生产工艺简单，制造成本低，可广泛用于于冶金、电力、造纸、化工、机械、石油等行业的废水、废渣及腐蚀性介质的输送。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为四种不同管材管道磨蚀试验结果的示意图。
具体实施方式
一种耐磨蚀的复合管材，其由质量比为1：30-40的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物86-90份、银系化合物6.6-8.5份、二甲基硅油3.3-5.3份、偶联剂0.1-0.2份。
所述银系化合物为银离子结合于二氧化硅类化合物。
所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷。
一种耐磨蚀的复合管材的制备方法，其包括以下步骤：
1)按所述重量份数称取银系化合物和偶联剂，混合均匀后溶解到质量百分比浓度为99％乙醇溶剂中，常温下超声振荡30min，然后在真空干燥箱内,90℃下加热100分钟除去乙醇溶剂，取出后在40℃干燥1.5-2.5小时，冷却至常温，保存于干燥器内得高分子母料粉料；
2)将上述步骤1）所得的高分子母料粉料与所述重量份数的乙烯-辛烯共聚物及二甲基硅油加入到造粒机中造粒得高分子母料粒料备用；
3）按所述质量比称取高分子母料粒料和普通高密度聚乙烯粒料置于双层共挤挤出机中，以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材；
4）将上述步骤3）挤出后的复合管材用水冷却，冷却温度为15-25℃。
所述步骤3）中挤出成型条件为：温度180-230℃，压力5-10Mpa，真空度-0.05—-0.03Mpa，管材牵引速度为1-3m/min。
实施例1
一种耐磨蚀的复合管材，其由质量比为1：35的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物88份、银系化合物7.8份、二甲基硅油4份、偶联剂0.2份；所述银系化合物为银离子结合于二氧化硅类化合物；所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。其制备方法包括以下步骤：
1)按所述重量份数称取银系化合物7.8份和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷0.2份，混合均匀后溶解到质量百分比浓度为99％乙醇溶剂中，常温下超声振荡30min，然后在真空干燥箱内,90℃下加热100分钟除去乙醇溶剂，取出后在40℃干燥1.5-2.5小时，冷却至常温，保存于干燥器内得高分子母料粉料；
2)将上述步骤1）所得的高分子母料粉料与所述重量份数的乙烯-辛烯共聚物88份及二甲基硅油4份加入到造粒机中造粒得高分子母料粒料备用；
3）按所述质量比1：35称取高分子母料粒料和普通高密度聚乙烯粒料置于双层共挤挤出机中，以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材；
4）将上述步骤3）挤出后的复合管材用水冷却，冷却温度为15-25℃。
所述步骤3）中挤出成型条件为：温度180-230℃，压力5-10Mpa，真空度-0.05—-0.03Mpa，管材牵引速度为1-3m/min。
实施例2
一种耐磨蚀的复合管材，其由质量比为1：30的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物86份、银系化合物8.5份、二甲基硅油5.3份、偶联剂0.2份；所述银系化合物为银离子结合于二氧化硅类化合物；所述偶联剂为γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷。其制备方法包括以下步骤：
1)按所述重量份数称取银系化合物8.5份和γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷0.2份，混合均匀后溶解到质量百分比浓度为99％乙醇溶剂中，常温下超声振荡30min，然后在真空干燥箱内,90℃下加热100分钟除去乙醇溶剂，取出后在40℃干燥1.5-2.5小时，冷却至常温，保存于干燥器内得高分子母料粉料；
2)将上述步骤1）所得的高分子母料粉料与所述重量份数的乙烯-辛烯共聚物8.6份及二甲基硅油5.3份加入到造粒机中造粒得高分子母料粒料备用；
3）按所述质量比1：30称取高分子母料粒料和普通高密度聚乙烯粒料置于双层共挤挤出机中，以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材；
4）将上述步骤3）挤出后的复合管材用水冷却，冷却温度为15-25℃。
所述步骤3）中挤出成型条件为：温度180-230℃，压力5-10Mpa，真空度-0.05—-0.03Mpa，管材牵引速度为1-3m/min。
实施例3
一种耐磨蚀的复合管材，其由质量比为1：40的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物90份、银系化合物6.6份、二甲基硅油3.3份、偶联剂0.1份；所述银系化合物为银离子结合于二氧化硅类化合物；所述偶联剂为γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷。其制备方法包括以下步骤：
1)按所述重量份数称取银系化合物6.6份和γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷0.1份，混合均匀后溶解到质量百分比浓度为99％乙醇溶剂中，常温下超声振荡30min，然后在真空干燥箱内,90℃下加热100分钟除去乙醇溶剂，取出后在40℃干燥1.5-2.5小时，冷却至常温，保存于干燥器内得高分子母料粉料；
2)将上述步骤1）所得的高分子母料粉料与所述重量份数的乙烯-辛烯共聚物90份及二甲基硅油3.3份加入到造粒机中造粒得高分子母料粒料备用；
3）按所述质量比1：40称取高分子母料粒料和普通高密度聚乙烯粒料置于双层共挤挤出机中，以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材；
4）将上述步骤3）挤出后的复合管材用水冷却，冷却温度为15-25℃。
所述步骤3）中挤出成型条件为：温度180-230℃，压力5-10Mpa，真空度-0.05—-0.03Mpa，管材牵引速度为1-3m/min。
实施例4
一种耐磨蚀的复合管材，其由质量比为1：35的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物87份、银系化合物8份、二甲基硅油4.9份、偶联剂0.1份；所述银系化合物为银离子结合于二氧化硅类化合物；所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。其制备方法包括以下步骤：
1)按所述重量份数称取银系化合物8份和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷0.1份，混合均匀后溶解到质量百分比浓度为99％乙醇溶剂中，常温下超声振荡30min，然后在真空干燥箱内,90℃下加热100分钟除去乙醇溶剂，取出后在40℃干燥1.5-2.5小时，冷却至常温，保存于干燥器内得高分子母料粉料；
2)将上述步骤1）所得的高分子母料粉料与所述重量份数的乙烯-辛烯共聚物87份及二甲基硅油4.9份加入到造粒机中造粒得高分子母料粒料备用；
3）按所述质量比1：35称取高分子母料粒料和普通高密度聚乙烯粒料置于双层共挤挤出机中，以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材；
4）将上述步骤3）挤出后的复合管材用水冷却，冷却温度为15-25℃。
所述步骤3）中挤出成型条件为：温度180-230℃，压力5-10Mpa，真空度-0.05—-0.03Mpa，管材牵引速度为1-3m/min。
对本发明的耐磨蚀复合管材进行性能测试，管道内壁磨蚀深度（即磨蚀率）采用下式计算：
式中：Ｗ——管道内壁年平均磨蚀深度（即磨蚀率），mm/年；
Ｇ——试件绝对磨蚀量，g；
Ｓ——试件内壁磨蚀面积，cm3；
ρ——试件材料的密度，g/cm3；
t——试验时间，h；
Ｔ——管路系统年工作时间，小时/年，按年工作时间为330天，T=330×27=7920小时。
试验中每阶段试验后都对磨蚀管件内壁的观察。第一次60小时试验后发现钢管内表面粗糙，称重结果比原试件为重，内壁吸附了一层铁精矿的浆体，亦即所谓的结垢，在不破坏管壁金属表面的情况下，人工除去吸附层，清洗吹干称重，结果钢管试件内表面有明显的磨蚀，由于钢管内表面的凹凸不平的粗糙度使得钢管开始的磨蚀量比较大。每次试验后耐磨管的内壁非常光滑、细腻，摸上去给人一种很舒服的感觉，经600小时试验后，耐磨管没有变形，管道内表面光滑没有刮痕，表明该材料确实有好的耐磨性；超高分子管道试件经过600小时的试验后都有一定程度的变形，管道断面不再是圆形，管道内壁有些粗糙，个别地方出现刮痕；PE管道试件结果600小时试验后，有两个试件变形起包，管道内壁也有些粗糙和出现刮痕，其中内壁粗糙状况比超高分子管道试件严重。试验结果如图1所示：四种不同管材管道磨蚀试验的结果，图1中纵坐标为根据试验计算的管壁年磨蚀量，为四个试件的平均值，横坐标为试验时间。从图1中可以看出，随试验时间的加长，普通钢管年磨蚀量开始包剧下降而后逐渐稳定，达到稳定磨蚀率的时间约为300-400小时，这说明钢管磨蚀试验必须进行足够长的时间才能获得正确可靠的数据；其他三种材料管道（耐磨管、HDPE管、超高分子量PE管）的年磨蚀量比较平稳，在试验开始的前200-330小时年磨量有小量的降低、然后就基本趋于稳定值了。在上述三种管材中，耐磨管的磨蚀率最小，为0.1922毫米/年。
本发明耐磨蚀的复合管材以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，双层共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材，所述高分子母料粒料由乙烯-辛烯共聚物、银系化合物、二甲基硅油、偶联剂等原料制备而成，采用二甲基硅油（俗称硅酮）具有很好的润滑作用，在管材上形成惰性表面，不易吸附无机物，盐类，可提高流速，增加效益。本发明复合管材耐磨性能大大提高，抗粘附、抗压、抗冲击等机械强度高，易加工，使用寿命长，生产工艺简单，制造成本低，可广泛用于于冶金、电力、造纸、化工、机械、石油等行业的废水、废渣及腐蚀性介质的输送。

Claims (6)

1.一种耐磨蚀的复合管材，其特征在于：所述复合管材由质量比为1：30-40的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物86-90份、银系化合物6.6-8.5份、二甲基硅油3.3-5.3份、偶联剂0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨蚀的复合管材，其特征在于：所述复合管材由质量比为1：35的高分子母料粒料与普通高密度聚乙烯粒料制备而成，所述高分子母料粒料由以下重量份的原料制备而成：乙烯-辛烯共聚物88份、银系化合物7.8份、二甲基硅油4份、偶联剂0.2份。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐磨蚀的复合管材，其特征在于：所述银系化合物为银离子结合于二氧化硅类化合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种耐磨蚀的复合管材，其特征在于：所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利权利要求1或2所述的一种耐磨蚀的复合管材的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1)按所述重量份数称取银系化合物和偶联剂，混合均匀后溶解到质量百分比浓度为99％乙醇溶剂中，常温下超声振荡30min，然后在真空干燥箱内,90℃下加热100分钟除去乙醇溶剂，取出后在40℃干燥1.5-2.5小时，冷却至常温，保存于干燥器内得高分子母料粉料；
2)将上述步骤1）所得的高分子母料粉料与所述重量份数的乙烯-辛烯共聚物及二甲基硅油加入到造粒机中造粒得高分子母料粒料备用；
3）按所述质量比称取高分子母料粒料和普通高密度聚乙烯粒料置于双层共挤挤出机中，以高分子母料粒料作为内层料，普通高密度聚乙烯粒料为外层料，共挤挤出成型得到所述耐磨蚀的复合管材；
4）将上述步骤3）挤出后的复合管材用水冷却，冷却温度为15-25℃。
6.根据权利要求6所述的一种耐磨蚀的复合管材的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中挤出成型条件为：温度180-230℃，压力5-10Mpa，真空度-0.05—-0.03Mpa，管材牵引速度为1-3m/min。
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