CN105757357B - 一种玻璃纤维增强pert管道为工作管的预制直埋保温塑料管道及其制备方法 - Google Patents

一种玻璃纤维增强pert管道为工作管的预制直埋保温塑料管道及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，包括工作内管和外护套管，所述工作内管和所述外护套管通过保温层连接，所述工作内管为玻璃纤维增强PERT管，所述外护套管为HDPE管。本发明提出的玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，其不仅能保留传统的预制直埋保温塑料管的寿命长、不腐蚀、易安装等优点，还能大幅度提高工作管的设计应力，提高塑料管道的刚性。

Description

一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管 道及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料管材技术领域，具体涉及一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法。
背景技术
我国北方城市，供热系统能耗约占总能源供应的20％。传统的供热系统管网主要由工作管为钢管的预制直埋保温复合管构成。而钢管由于在高温下易腐蚀、寿命短、热损高，既不利于节能，接头处长期使用又容易存在供热安全隐患。因此，管道厂商都在研发以塑料管道为工作内管的预制直埋保温复合管来取代钢管。
与预制直埋保温钢管相比，预制直埋保温塑料管道使用寿命从10年延长到50年，永不腐蚀，彻底解决接头的“跑、冒、滴、漏”问题。然而，在推广预制直埋保温塑料管道的过程中，出现两个问题：1、在相同的设计工况下，塑料管道的成本价格是钢管的2倍以上，极大限制了预制直埋保温塑料管道的推广应用；2、塑料管道的热膨胀系数是钢管的10倍，在安装预制直埋保温塑料管网系统时，必须留出比钢管更多的膨胀空间，提高了保温塑料管网的造价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，其降低预制直埋保温塑料管道的生产成本和施工费用，利于预制直埋保温塑料管道在城市供暖管网中的推广应用。
本发明的另一个目的在于提供一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法，该制备方法流程简单，易于实现，易于大规模生产。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，包括工作内管和外护套管，所述工作内管和所述外护套管通过保温层连接，所述工作内管为玻璃纤维增强PERT管，所述外护套管为HDPE管。本发明提出的玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，其不仅能保留传统的预制直埋保温塑料管的寿命长、不腐蚀、易安装等优点，还能大幅度提高工作管的设计应力，提高塑料管道的刚性。
优选地，所述保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料。聚氨酯硬质泡沫塑料是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。
优选地，所述玻璃纤维增强PERT管材的制备方法是：将玻璃纤维灼烧至400℃后，短切至长度为5～20mm，经过含有质量百分数1～2％的硅烷偶联剂的乙醇溶液浸润后，与PERT混合，进入温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成玻璃纤维增强PERT管材。
优选地，所述玻璃纤维与所述PERT的质量比为1:4～3:7。
一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强PERT管材的制备：将玻璃纤维灼烧至400℃后，短切至长度为5～20mm，经过含有质量百分数1～2％的硅烷偶联剂的乙醇溶液浸润后，与PERT混合，进入温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成玻璃纤维增强PERT管材；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管组合，在玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管之间的间隙处进行聚氨酯发泡保温，形成聚氨酯保温层，即制得预制直埋保温塑料管道。
在本发明中，PERT为玻纤增强耐热聚乙烯，本发明中用玻纤增强PERT管道热膨胀系数降低到PERT的1/5，与钢管接近，避免了保温塑料管网造价的提高。
优选地，所述玻璃纤维是硅烷型无碱玻璃纤维。
优选地，所述玻璃纤维与所述PERT的质量比为1:4～3:7。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷或氨基硅烷。乙烯基三甲氧基硅烷的牌号为YDH-171，氨基硅烷的牌号为KH550。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用玻璃纤维增强耐热聚乙烯(PERT)管道为工作管，外层包覆传统的聚氨酯保温层和外护套管组成新型预制直埋保温塑料管道，与已有的预制直埋保温塑料管道相比，玻璃纤维增强PERT管道的设计应力提高50％～70％，在相同工况下的管材壁厚即可减薄25％～50％；
2、与已有的预制直埋保温塑料管道相比，本发明提供的新型预制直埋保温塑料管道成本能够降低25％～50％，与保温钢管接近；同时，玻璃纤维增强PERT管道热膨胀系数降低到PERT的1/5，与钢管接近，避免了保温塑料管网造价的提高。
附图说明
图1为本发明一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的结构示意图；
附图标记：1、玻璃纤维增强PERT管；2、HDPE管；3、聚氨酯硬质泡沫塑料保温层。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。单螺杆管材挤出机购自杭州双林。
实施例1
由图1所示：一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，包括工作内管和外护套管，工作内管和外护套管通过保温层连接，工作内管为玻璃纤维增强PERT管1，外护套管为HDPE管2，保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料保温层3。
该玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强PERT管材的制备：将玻璃纤维灼烧至400℃处理表面油污后，短切至长度为10mm，经过含有质量百分数1％的硅烷偶联剂171的乙醇溶液浸润后，玻璃纤维与PERT按质量百分比1:4比例混合，进入温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成玻璃纤维增强PERT管材，玻璃纤维的含量为20％；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管组合，在玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管之间的间隙处进行聚氨酯发泡保温，形成聚氨酯保温层，即制的预制直埋保温塑料管道。
在本实施例中，玻璃纤维购自成都玻璃纤维厂，PERT购自道达尔，牌号为XRT70，硅烷偶联剂171购自迈图。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于：
玻璃纤维与PERT质量比为3:7。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于：
玻璃纤维与PERT质量比为1:9。
实施例4
与实施例1相同，不同之处在于：
玻璃纤维与PERT质量比为4:6。
对比例1
预制直埋PERT保温管道，制备方法包括：(1)原材料XRT70通过单螺杆挤出机直接挤出成管；(2)与HDPE外套管和PU保温层复合成保温管。
实施例1、实施例2、实施例3和实施例4与对比例1做性能测试，其性能测试结果对比表1所示。
表1
对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
表面硬度 88 112 113 111 116
屈服强度 21MPa 33MPa 35MPa 20MPa 22MPa
弹性模量 850MPa 1300MPa 1380MPa 720MPa 660MPa
热膨胀系数(100℃) 7.7*10-4 4.6*10-5 4.8*10-5 4.1*10-5 2.7*10-5
热变形温度 113℃ 123℃ 125℃ 116℃ 125℃
由表1中实施例1、实施例2、实施例3和实施例4与对比例1比较可以得出，玻璃纤维含量在20％～30％范围内时，玻璃纤维增强XRT70管道的屈服强度等各项性能指标比对比例1未使用玻璃纤维增强的XRT70管道有明显提高，本发明提出的玻璃纤维增强PERT管道的设计应力提高50％～70％，而玻璃纤维含量在20％～30％之外时，管道强度无明显变化，甚至略有下降。
实施例5
由图1所示：一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，包括工作内管和外护套管，工作内管和外护套管通过保温层连接，工作内管为玻璃纤维增强PERT管1，外护套管为HDPE管2，保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料保温层3。
本发明提出的玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，其不仅能保留传统的预制直埋保温塑料管的寿命长、不腐蚀、易安装等优点，还能大幅度提高工作管的设计应力，提高塑料管道的刚性。
该玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强PERT管材的制备：将玻璃纤维灼烧至400℃处理表面油污后，短切至长度为5mm，经过含有质量百分数2％的硅烷偶联剂KH550的乙醇溶液浸润后，玻璃纤维与PERT按质量百分比7:3混合，进入温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成玻璃纤维增强PERT管材；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管组合，在玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管之间的间隙处进行聚氨酯发泡保温，形成聚氨酯保温层，即制得预制直埋保温塑料管道。
在本实施例中，玻璃纤维购自泰山玻璃纤维厂，PERT购自齐鲁石化，牌号为22F，硅烷偶联剂KH550购自迈图。
实施例6
与实施例5相同，不同之处在于：
玻璃纤维短切至长度为20mm。
实施例7
与实施例5相同，不同之处在于：
玻璃纤维短切至长度为2mm。
实施例8
与实施例5相同，不同之处在于：
玻璃纤维短切至长度为30mm。
对比例2
预制直埋PERT保温管道，制备方法包括：(1)原材料22F通过单螺杆挤出机直接挤出成管；(2)与HDPE外套管和PU保温层复合成保温管。
实施例5、实施例6、实施例7、实施例8和对比例2做性能测试，其性能测试结果对比表2所示，表2为实施例2与对比例2性能测试结果对比表。
表2
由表2中实施例5、实施例6、实施例7和实施例8与对比例2可以得出，玻璃纤维长度在5mm～20mm范围内时，管材的力学性能指标有大幅提升，而玻璃纤维长度超出此范围，则力学性能无明显改善甚至降低。其原因是，玻璃纤维长度低于5mm时，玻璃纤维在树脂中作用类似于普通填料，发挥不出玻璃纤维轴向的的力学性能优势。玻璃纤维长度高于20mm后，玻璃纤维与树脂又难以共混均匀，微观结构中形成力学薄弱点，导致对比例1的屈服强度明显降低。
与现有预制直埋保温塑料管道相比，本发明提供的新型预制直埋保温塑料管道成本能够降低25％～50％，与保温钢管接近；本发明提出的玻璃纤维增强PERT管道热膨胀系数降低到对比例1中PERT的1/5，与钢管接近，避免了保温塑料管网造价的提高。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围中。

Claims (4)

1.一种玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道，其特征在于：包括工作内管和外护套管，所述工作内管和所述外护套管通过保温层连接，所述工作内管为玻璃纤维增强PERT管，所述外护套管为HDPE管，所述保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料，所述玻璃纤维增强PERT管材的制备方法是：将玻璃纤维灼烧至400℃后，短切至长度为5～20mm，经过含有质量百分数1～2％的硅烷偶联剂的乙醇溶液浸润后，与PERT混合，进入温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成玻璃纤维增强PERT管材；所述玻璃纤维与所述PERT的质量比为1:4～3:7。
2.一种权利要求1所述的玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强PERT管材的制备：将玻璃纤维灼烧至400℃后，短切至长度为5～20mm，经过含有质量百分数1～2％的硅烷偶联剂的乙醇溶液浸润后，与PERT混合，进入温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出玻璃纤维增强PERT管材；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管组合，在玻璃纤维增强PERT管材和HDPE外护套管之间的间隙处进行聚氨酯发泡形成聚氨酯保温层，即制得预制直埋保温塑料管道。
3.根据权利要求2所述的玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维是硅烷型无碱玻璃纤维。
4.根据权利要求2或3所述的玻璃纤维增强PERT管道为工作管的预制直埋保温塑料管道的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷或氨基硅烷。
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