CN105965903B - 一种预制直埋保温ppr复合管道及其制备方法 - Google Patents

一种预制直埋保温ppr复合管道及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种预制直埋保温PPR复合管道，包括工作内管、保温层和外护套管，所述保温层套设于所述工作内管外部，所述外护套管套设于所述保温层外部，所述工作内管为玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管，所述外护套管为聚乙烯管。本发明采用了玻纤增强双轴拉伸PPR管道作为预制直埋保温塑料复合管道的工作内管，与现有的以PERT、PEX、PB和PPR为工作内管的预制直埋保温复合塑料管道相比，本发明提供的保温复合塑料管道的承压能力、刚性和热变形温度等指标大幅提高。城市集中供热管网采用本发明提供的预制直埋保温复合塑料管道将会使材料成本和施工成本都大幅降低。

Description

一种预制直埋保温PPR复合管道及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料管材技术领域，具体涉及一种预制直埋保温PPR复合管道及其制备方法。
背景技术
与金属管道相比，塑料管道具有永不腐蚀和连接可靠的特性，因此在城市集中供热管网领域，预制直埋保温塑料管道即将取代预制直埋保温钢管成为新一代供暖管道。现有的预制直埋保温塑料复合管道选取的工作管道是PERT、PEX、PB和PPR四种材料。但是，与钢管相比，塑料管道也有自身不足，一是塑料管道本身强度比钢管差，在相同的设计应力下，塑料管道的壁厚远厚于钢管，增加了供热管网的材料成本；二是塑料管道高温下热强度不足，通常在100℃左右，常用的供热塑料管道如PERT、PEX、PB等材料的拉伸强度将降低至30℃时的50％以下，限制了保温塑料管道在高温热水领域的应用；三是塑料管道的刚性较低，热膨胀系数是钢管的10倍，为输送热水的保温塑料管道的施工带来一定的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预制直埋保温PPR复合管道，其采用了玻纤增强双轴拉伸PPR管道作为预制直埋保温塑料复合管道的工作内管，使复合塑料管道的承压能力、刚性和热变形温度等指标大幅提高。
本发明的另一个目的在于提供一种预制直埋保温PPR复合管道的制备方法，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：
一种预制直埋保温PPR复合管道，包括工作内管、保温层和外护套管，所述保温层套设于所述工作内管外部，所述外护套管套设于所述保温层外部，所述工作内管为玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管，所述外护套管为聚乙烯管。
本发明采用了玻纤增强双轴拉伸PPR管道作为预制直埋保温塑料复合管道的工作内管，与现有的以PERT、PEX、PB和PPR为工作内管的预制直埋保温复合塑料管道相比，本发明提供的保温复合塑料管道的承压能力、刚性和热变形温度等指标大幅提高。城市集中供热管网采用本发明提供的预制直埋保温复合塑料管道将会使材料成本和施工成本都大幅降低。
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，所述玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管中PPR与玻璃纤维的质量比为65:35～95:5。PPR的密度0.85～0.95g/cm3，融指(230℃、2.16kg)2.0～3.0g/10min。
进一步的，所述玻璃纤维长度是1～10mm。
一种预制直埋保温PPR复合管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管的制备：将质量比为65:35～95:5的PPR和玻璃纤维共混后，在温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成管，管材定型后，沿管材轴向和径向做两次拉伸，拉伸完成后再经过冷却即得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得的玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯外护套管组合，在玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯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PPR复合管道。
优选地，所述的沿管材轴向和径向两次拉伸方法是：将在单螺杆挤出机挤出的管材放入第一扩径模具中，加热至160℃～200℃，管内部通入0.6～1.0Mpa压缩气体，扩径比为8～15％，然后冷却至95℃，保温0.5～2h；再放入第二扩径模具中，再扩径8～15％，冷却至95℃，保温0.5h，再冷却至常温得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管。
进一步的，所述压缩气体为氮气，其压力为0.6～1.0MPa。
优选地，所述玻璃纤维长度是1～10mm。
第一扩径模具和第二扩径模具均为不锈钢管，其长度和PPR管材长度相同，第一扩径模具内径比PPR管材内径大8％～15％，第二扩径模具内径比第一扩径模具内径大8％～15％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的技术方案导致了管道表面硬度增加，不易被划伤，提高了管道安装时的安全系数；
(2)本发明采用玻纤增强双轴拉伸PPR管道作为预制直埋保温塑料管道的工作管，能保留传统的预制直埋保温塑料管的寿命长、不腐蚀、易安装等优点外，能大幅度提高工作管的设计应力和使用温度，提高塑料管道的刚性，可以降低预制直埋保温塑料管道的材料成本和施工费用，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。
附图说明
图1为本发明一种预制直埋保温PPR复合管道的结构示意图；
附图标记说明：1、玻璃纤维增强双轴拉伸PPR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。单螺杆管材挤出机和塑料管材轴向牵引机均购自杭州双林。
如图1所示：
一种预制直埋保温PPR复合管道，包括工作内管、保温层和外护套管，所述保温层套设于所述工作内管外部，所述外护套管套设于所述保温层外部，所述工作内管为玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管1，所述外护套管为聚乙烯管2，保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料保温层3。
一种预制直埋保温PPR复合管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管的制备：将质量比为65:35～95:5的PPR和短切玻璃纤维共混后，在温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成管，管材定型后，沿管材轴向和径向做两次拉伸，拉伸完成后再经过冷却即得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得的玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯外护套管组合，在玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯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PPR复合管道。
在本发明中，PPR购自韩国晓星，牌号为R200P，PPR的密度0.85～0.95g/cm3，融指(230℃、2.16kg)2.0～3.0g/10min。玻璃纤维长度是1～10mm。
沿管材轴向和径向两次拉伸方法是：将在单螺杆挤出机挤出的管材放入第一扩径模具中，加热至160℃～200℃，管内部通入0.6～1.0Mpa氮气中，扩径比为8～15％，然后冷却至95℃，保温0.5～2h；再放入第二扩径模具中，再扩径8～15％，冷却至95℃，保温0.5h，再冷却至常温得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管。
实施例1
一种预制直埋保温PPR复合管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管的制备：将玻璃纤维短切至1mm，，经过混有1％的YDH-171乙醇溶液浸润后，经浸润后的玻璃纤维和PPR原材料按照质量比为4:1共混后，在温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成管，管材定型后，沿管材轴向和径向做两次拉伸，拉伸完成后再经过冷却即得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得的玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯外护套管组合，在玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯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PPR复合管道。
沿管材轴向和径向两次拉伸的方法是：将在单螺杆挤出机挤出的管材放入第一扩径模具中，加热至160℃～200℃，管内部通入0.6～1.0Mpa氮气中，扩径比为8～15％，然后冷却至95℃，保温0.5～2h；再放入第二扩径模具中，再扩径8～15％，冷却至95℃，保温0.5h，再冷却至常温得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管。
在本实施例中，玻璃纤维购自成都玻璃纤维厂，PPR购自韩国晓星，牌号为R200P，硅烷偶联剂YDH-171购自迈图。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于：
玻璃纤维短切至10mm。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于：
玻璃纤维短切至0.5mm。
实施例4
与实施例1相同，不同之处在于：
玻璃纤维短切至15mm。
将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和未经玻璃纤维增强的R200P管道做性能测试，其性能测试结果对比表1所示。
表1
R200P管道 实施例3 实施例1 实施例2 实施例4
表面硬度 92 111 112 113 116
屈服强度 25MPa 22MPa 41MPa 40MPa 18MPa
弹性模量 850MPa 720MPa 4000MPa 4080MPa 660MPa
热膨胀系数(100℃) 3.1*10-4 4.0*10-5 4.5*10-5 3.3*10-5 2.7*10-5
热变形温度 117℃ 116℃ 133℃ 135℃ 140℃
由表1中可以看出，实施例1～4的管道表面硬度明显高于普通的R200P管道，不易被划伤，提高了管道安装时的安全系数。玻璃纤维短切至长度低于1mm和高于10mm，管材的屈服强度和弹性模量反而会降低，在1mm～10mm之间，管材的各项性能均大幅度优于普通的R200P管道。
实施例5
如图1所示：
一种预制直埋保温PPR复合管道，包括工作内管、保温层和外护套管，所述保温层套设于所述工作内管外部，所述外护套管套设于所述保温层外部，所述工作内管为玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管1，所述外护套管为聚乙烯管2，保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料保温层3。
一种预制直埋保温PPR复合管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管的制备：将玻璃纤维短切至1mm，经过混有2％的KH-550乙醇溶液浸润后，经浸润后的玻璃纤维和PPR原材料按照质量比为15:85共混后，在温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成管，管材定型后，沿管材轴向和径向做两次拉伸，拉伸完成后再经过冷却即得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得的玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯外护套管组合，在玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯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PPR复合管道。
沿管材轴向和径向两次拉伸的方法是：将在单螺杆挤出机挤出的管材放入第一扩径模具中，加热至160℃～200℃，管内部通入0.6～1.0Mpa氮气中，扩径比为8～15％，然后冷却至95℃，保温0.5～2h；再放入第二扩径模具中，再扩径8～15％，冷却至95℃，保温0.5h，再冷却至常温得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管。
在本实施例中，玻璃纤维购自成都玻璃纤维厂，PPR购自韩国晓星，牌号为R200P，硅烷偶联剂YDH-171购自迈图。
实施例6
与实施例5相同，不同之处在于：
玻璃纤维和PPR原材料质量比为25:75。
实施例7
与实施例5相同，不同之处在于：
玻璃纤维和PPR原材料质量比为5:95。
实施例8
与实施例5相同，不同之处在于：
玻璃纤维和PPR原材料质量比为35:65。
实施例5、实施例6、实施例7、实施例8和未经玻璃纤维增强的R200P管道，其性能测试结果对比表2所示。
表2
由表2中可以看到，实施例5～8管材的各项性能均优于普通的R200P管道，特别是实施例5～8的管道表面硬度明显高于普通的R200P管道，不易被划伤，提高了管道安装时的安全系数。玻璃纤维含量为15％～25％时，其各项性能均为最优，当玻璃纤维含量超出15％～25％的范围时，管道强度反而会降低。
本发明采用玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管道作为预制直埋保温塑料管道的工作管，能保留传统的预制直埋保温塑料管的寿命长、不腐蚀、易安装等优点外，能大幅度提高工作管的设计应力和使用温度，提高塑料管道的刚性，可以降低预制直埋保温塑料管道的材料成本和施工费用，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。
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 (2)

1.一种预制直埋保温PPR复合管道，其特征在于：包括工作内管、保温层和外护套管，所述保温层套设于所述工作内管外部，所述外护套管套设于所述保温层外部，所述工作内管为玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管，所述外护套管为聚乙烯管；所述保温层为聚氨酯硬质泡沫塑料，所述玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管中玻璃纤维的含量为15％～25％，所述玻璃纤维长度是1～10mm；
上述预制直埋保温PPR复合管道的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管的制备：将PPR和玻璃纤维共混后，在温度为160℃～230℃的单螺杆挤出机挤出成管，管材定型后，沿管材轴向和径向做两次拉伸，拉伸完成后再经过冷却即得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管；
(2)预制直埋保温塑料管道的制备：将步骤(1)制得的玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯外护套管组合，在玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管和聚乙烯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，即制得新型预制直埋保温PPR复合管道；
所述沿管材轴向和径向做两次拉伸的方法是：将在单螺杆挤出机挤出的管材放入第一扩径模具中，加热至160℃～200℃，管内部通入0.6～1.0Mpa压缩气体，扩径比为8～15％，然后冷却至95℃，保温0.5～2h；再放入第二扩径模具中，再扩径8～15％，冷却至95℃，保温0.5h，再冷却至常温得玻璃纤维增强双轴拉伸PPR管。
2.根据权利要求1所述的预制直埋保温PPR复合管道，其特征在于，所述压缩气体是氮气。
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