CN105924830A - 一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管，由下列重量份的原料制成：超细全硫化粉末橡胶29‑30、PVCSG‑3 68‑70、氧化锌纳米线2‑2.3、硝酸铈3‑3.2、去离子水70‑80、丙烯酸丁酯1.6‑1.8、过硫酸铵0.2‑0.3、柠檬酸铁0.6‑0.8、纳米碳纤维2‑2.5、硅溶胶0.3‑0.5、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷2.6‑2.8、乙醇66‑76、氨水15‑16。本发明通过使用柠檬酸铁、硅溶胶对纳米碳纤维进行改性，在纳米碳纤维表面形包覆了柠檬酸铁，再经后期用氨水反应，在纳米碳纤维表面形成了氧化铁微粒，不仅提高了水管的抗拉强度和缺口冲击强度、耐热性和耐腐蚀性。

Description

一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管及其制备方法
技术领域
本发明涉及PVC水管技术领域，尤其涉及一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管及其制备方法。
背景技术
压力给水塑料管材应该同时具有高强度和高韧性。硬质聚氯乙烯(PVC-U)给水管材韧性不足，在外界条件的作用下容易爆管，改进PVC-U材料的力学性能是提高产品使用寿命的有效途径。 《超细全硫化粉末橡胶对硬质聚氯乙烯的改性研究》一文针对这个实际问题，从增韧、增强PVC-U材料性能的基本思路出发，首次采用高型号树脂挤出PVC-U给水管材，首次采用全硫化超细粉末橡胶共混改性PVC-U材料，探讨了微交联剂化学改性PVC-U材料的效果。通过测试PVC-U体系的力学性能，观察共混改性体系的微观结构，得到以下主要结论： 1．通过对比实验，得出SG-3树脂或SG-3与SG-5树脂以一定比例混配比单独用SG-5树脂材料性能更好，适合生产给水管道，已用于实际生产。 2．在FWR-Z、SMS318、Ca-Zn与有机锡四种稳定剂中FWR-Z稳定剂性能最差。给水管材应采用有机锡、Ca-Zn、SMS-318稳定剂。管件稳定剂不能用于生产管材，因内润滑剂过多会使凝胶化度过大，影响力学性能。 3．在本文的试验条件下，三种全硫化超细粉术橡胶改善PVC体系的抗冲击强度的效果不同，粉末丁腈橡胶优于丙烯酸酯橡胶，丙烯酸酯橡胶优于羧基丁腈橡胶。粉末橡胶含量在5份以下时，共混体系的冲击强度先下降后上升。当粉末丁腈橡胶为3份时，共混体系的冲击强度上升较快，超过纯PVC的冲击强度，但有必要进一步提高增加的幅度，保持拉伸强度不降低。 4．在本文的试验条件下，通过观察粉末丁腈橡胶／PVC共混体系断面的微观结构，发现不同微区中粉末丁腈橡胶分散状况不同，橡胶有聚集成束的现象，也有分散均匀的现象。采用密炼方式共混时，能够观察到粉末丁腈橡胶分散尺寸较小的微区，其单个粒子尺寸接近100nm，呈现基本微粒分散状态。超细全硫化粉末橡胶对硬质聚氯乙烯的改性研究 5.在本文试验条件下，天然乳橡胶与粉末丁睛橡胶共用，能改善粉末丁睛橡胶与PVC的界面，使共混体系冲击强度得到提高，体系微观结构中橡胶粒子分散尺寸更小，表现出协同增韧效果。 6.1份以上粉末橡胶与PVC混合后，混合料的干流性变差，影响粉末橡胶颗粒的分散，进而影响性能，应改进粉末橡胶表面状况。 7.在实验条件下，不超过0.1份的微交联剂TAIC能够一定程度提高PVC的力学性能。实际生产中为了兼顾加工性能和产品外观质量的要求，降低交联剂的用量后，力学性能无明显提高。
通过该研究得到的水管具有良好的强度和韧性，但是橡胶容易腐蚀老化，耐热性较差，影响水管的使用寿命，需要改进，另外，还需要根据环境的变化和生产的进步改善水管的韧性、抗菌性、耐腐蚀性、静音性能、弹性、环保、耐磨、抗静电性、抗拉强度、防污、抗辐射、阻燃等性能。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管，由下列重量份的原料制成：超细全硫化粉末橡胶29-30、PVCSG-3 68-70、氧化锌纳米线2-2.3、硝酸铈3-3.2、去离子水70-80、丙烯酸丁酯1.6-1.8、过硫酸铵0.2-0.3、柠檬酸铁0.6-0.8、纳米碳纤维2-2.5、硅溶胶0.3-0.5、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷2.6-2.8、乙醇66-76、氨水15-16。
所述的纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米碳纤维、硅溶胶混合均匀，再加入柠檬酸铁，研磨均匀，得到混合物料；
（2）将硝酸铈、去离子水混合，搅拌得到溶液，再加入混合物料、超细全硫化粉末橡胶，然后边搅拌边将氨水缓慢滴加人上述混合物中，在30-35℃下搅拌反应3-3.5h，过滤干燥，得到粉末；
（3）将丙烯酸丁酯、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷混合，加入乙醇搅拌均匀，再加入所述粉末、氧化锌纳米线，搅拌均匀，再加入过硫酸铵，加热至60-70℃，搅拌30-40分钟，过滤干燥，得到改性超细全硫化粉末橡胶；
（4）将改性超细全硫化粉末橡胶与其他剩余成分混合，进行密炼，转子速度为40rpm，温度为180-185℃，混合10-12分钟，再进行造粒、注塑，即得。
本发明的优点是：本发明通过使用硝酸铈对超细全硫化粉末橡胶进行改性，在粉末橡胶表面沉积的纳米氧化铈，提高粉末橡胶的耐热性和耐老化性，但是使得粉末橡胶的极性增强，降低了补强性能，再使用氧化锌纳米线、丙烯酸丁酯、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷进行改性，在粉末橡胶表面接枝了活性基团和纳米线，而且提高了润滑性，提高了粉末橡胶的分散性和耐水性，提高了粉末橡胶与PVC的接触面积和粘结强度，提高了水管的缺口冲击强度、韧性，同时改善了耐老化性；通过使用柠檬酸铁、硅溶胶对纳米碳纤维进行改性，在纳米碳纤维表面形包覆了柠檬酸铁，再经后期用氨水反应，在纳米碳纤维表面形成了氧化铁微粒，不仅提高了水管的抗拉强度和缺口冲击强度，而且提高了水管的耐热性和耐腐蚀性。
具体实施方式
一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管，由下列重量份（公斤）的原料制成：超细全硫化粉末橡胶29、PVCSG-3 68、氧化锌纳米线2、硝酸铈3、去离子水70、丙烯酸丁酯1.6、过硫酸铵0.2、柠檬酸铁0.6、纳米碳纤维2、硅溶胶0.3、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷2.6、乙醇66、氨水15。
所述的纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米碳纤维、硅溶胶混合均匀，再加入柠檬酸铁，研磨均匀，得到混合物料；
（2）将硝酸铈、去离子水混合，搅拌得到溶液，再加入混合物料、超细全硫化粉末橡胶，然后边搅拌边将氨水缓慢滴加人上述混合物中，在30℃下搅拌反应3h，过滤干燥，得到粉末；
（3）将丙烯酸丁酯、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷混合，加入乙醇搅拌均匀，再加入所述粉末、氧化锌纳米线，搅拌均匀，再加入过硫酸铵，加热至60℃，搅拌30分钟，过滤干燥，得到改性超细全硫化粉末橡胶；
（4）将改性超细全硫化粉末橡胶与其他剩余成分混合，进行密炼，转子速度为40rpm，温度为180℃，混合10分钟，再进行造粒、注塑，即得。
本实施例水管材料的缺口冲击强度为15.2KJ/m2,拉伸强度为89.2MPa，断裂伸长率为87.1%。

Claims (2)

1.一种纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管，其特征在于由下列重量份的原料制成：超细全硫化粉末橡胶29-30、PVCSG-3 68-70、氧化锌纳米线2-2.3、硝酸铈3-3.2、去离子水70-80、丙烯酸丁酯1.6-1.8、过硫酸铵0.2-0.3、柠檬酸铁0.6-0.8、纳米碳纤维2-2.5、硅溶胶0.3-0.5、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷2.6-2.8、乙醇66-76、氨水15-16。
2.根据权利要求1所述的纳米碳纤维改性超细全硫化粉末橡胶聚氯乙烯复合水管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将纳米碳纤维、硅溶胶混合均匀，再加入柠檬酸铁，研磨均匀，得到混合物料；
（2）将硝酸铈、去离子水混合，搅拌得到溶液，再加入混合物料、超细全硫化粉末橡胶，然后边搅拌边将氨水缓慢滴加人上述混合物中，在30-35℃下搅拌反应3-3.5h，过滤干燥，得到粉末；
（3）将丙烯酸丁酯、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷混合，加入乙醇搅拌均匀，再加入所述粉末、氧化锌纳米线，搅拌均匀，再加入过硫酸铵，加热至60-70℃，搅拌30-40分钟，过滤干燥，得到改性超细全硫化粉末橡胶；
（4）将改性超细全硫化粉末橡胶与其他剩余成分混合，进行密炼，转子速度为40rpm，温度为180-185℃，混合10-12分钟，再进行造粒、注塑，即得。
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