CN106608994B - 塑料管材专用料和连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种塑料管材专用料，由基体树脂100份，无机粉体0～60份，相容剂1～10份，偶联剂1‑5份，润滑剂0.1～1份，抗氧剂1～1份，成核剂0.1～1制备而成。基于上述专用料的连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法是，将连续纤维布导入机头模具中口模的穿布孔及穿布通道，与来自机头模具的树脂相互交汇并被均匀地包覆，通过挤出、真空定径形成中空方管，将中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接制成具有多层复合结构的连续纤维布增强双壁缠绕管。本发明的连续纤维布增强双壁缠绕管具有轻量化、高刚性、高抗拉、耐冲击、耐蠕变和应力松弛破坏等优点，可广泛应用于给排水、农业灌溉、燃气输送、矿用、油田、化工等工程领域。

Description

塑料管材专用料和连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法
技术领域
本发明涉及管材，尤其涉及一种塑料管材专用料和连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法。
背景技术
双壁缠绕管是由树脂通过螺杆挤出机熔融、挤出，经真空定径、缠绕、冷却等步骤，最后得到具有工字钢型结构壁的塑料管材。常见的双壁缠绕管有聚乙烯双壁缠绕管、聚丙烯双壁缠绕管、聚氯乙烯双壁缠绕管。与波纹管、加筋管相比，具有工字钢型结构壁的双壁缠绕管具有更大的惯性矩，可以做到较高的强度和刚度。由于采用的是缠绕成型生产工艺，对设备依赖程度较低，管材口径最大可达3000mm。随着管材环刚度和口径不断的提高，管材重量骤升、原辅材料消耗巨大、生产控制难度高、管材环柔性和抗冲击性下降，限制了大口径双壁缠绕管的应用推广。纤维布是一种网络状结构材料，具有高模量、耐腐蚀、优异尺寸稳定性等优点，网络中的纤维相互缠绕、纵横交错，在基体树脂中表现为各向异性，能有效地提高纤维布增强管材的韧性和尺寸稳定性，抑制蠕变及应力松弛破坏发生。
实用新型专利CN203082389报道了“玻纤增强中空壁聚乙烯缠绕管”。该管材由聚乙烯中空矩形塑料管经螺旋缠绕并用热熔胶焊接而成，在螺旋缠绕并用热熔胶焊接的同时，同步缠绕有至少一根PP/PE复合包覆长玻纤束，该PP/PE复合包覆长玻纤束与热熔胶一起粘结在两相邻聚乙烯中空矩形塑料管之间。该管材中的长玻纤分布在塑料焊条中，无法很好地发挥纤维增强作用，管材性能提升有限。
发明专利CN102691832B报道了“玻纤增强HDPE双壁缠绕管及其制作方法”。该管材由玻纤增强HDPE塑料管经螺旋缠绕并用塑料热熔胶焊接而成，其中的玻纤增强HDPE塑料管为长玻纤的重量百分比含量在5％-40％之间的中空矩形玻纤增强HDPE塑料管。该发明的玻纤增强管材的抗冲击、抗划痕、抗慢速裂纹扩展性、抗环境应力开裂性好，有足够的缝拉伸强度。但是该管材采用的长玻纤为一维的结构材料，在单一方向上能提高管材的刚性和抗拉强度，但是对管材整体柔韧性的提升有限，管材依旧存在较为明显的蠕变和应力松弛破坏。
根据有关文献报道，采用长纤维对塑料管材进行增强改性，可以提高管材的抗拉强度和抗冲性能，但是无法提高管材整体的柔韧性；目前并未见纤维布增强双壁缠绕管的相关报道以及成熟的生产技术性。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种塑料管材专用料和连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种塑料管材专用料，由以下重量份的组分制备而成：
基体树脂：100份；
无机粉体：0～60份；
相容剂：1～10份；
偶联剂：1-5份；
润滑剂：0.1～1份；
抗氧剂：0.1～1份；
成核剂：0.1～1份。
所述的基体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或多种的组合。
所述的相容剂选自聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种的混合物。
所述的无机粉体选自碳酸钙、滑石粉、硅灰石、硫酸钡、玻璃短纤维中的一种或多种的组合。也可以由上述材料直接加工成填充功能母粒使用。
所述的偶联剂选自钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸中的一种。
所述的润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺及其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、硅酮中的一种或多种的组合。
所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂中的一种或多种的组合。
所述成核剂选自苯甲酸、己二酸、苯甲酸钠、对苯酚磺酸钠、二苄叉山梨糖醇及其衍生物中的一种或多种的组合。
基于上述专用料的连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基体树脂、无机粉体、相容剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂依次加入高速混合搅拌机中充分混合，制得管材专用料；
(2)将管材专用料由喂料机分别定量输送到主挤出机和辅挤出机，熔融、混炼；
(3)采用多层共挤出机头模具，该多层共挤出机头模具包括复合模头、芯模、口模和复合外模，复合模头与主挤出机相连，复合外模与辅挤出机相连，口模上设有引入连续纤维布的穿布孔及穿布通道；
(4)将主挤出机中的熔融料通过复合模头导入机头模具，将辅挤出机中的熔融料通过复合外模导入机头模具；同时将连续纤维布通过牵引导入口模，并与来自机头模具的树脂在口模端口处相互交汇，经过挤出、真空定径形成中空方管；
(5)将中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接制成具有多层复合结构的连续纤维布增强双壁缠绕管。
所述连续纤维布为经表面改性处理的连续纤维布，表面改性处理包括化学交联改性处理、物理表面改性处理或PE树脂预涂敷处理。
所述连续纤维布材质选自玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚氨酯纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、金属纤维中的一种或多种的组合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和特点：
1、连续纤维布增强双壁缠绕管采用一次挤出成型生产工艺，生产步骤简单，设备投入少，生产效率高；
2、连续纤维布增强双壁缠绕管具有轻量化、成本低的特点，相比普通双壁缠绕管可节约5～20％的原材料；
3、连续纤维布增强双壁缠绕管具有更高的环刚度等级，可突破常规技术16kN/m2的瓶颈，达到25～30kN/m2；
4、连续纤维布增强双壁缠绕管具有优异的韧性、耐冲击性，冲击强度可提高100～200％；
5、连续纤维布增强双壁缠绕管使用寿命长，能有效地抑制蠕变和应力松弛破坏的发生，蠕变比率≤3％。
附图说明
图1为本发明中的连续纤维布增强双壁缠绕管的断面结构示意图；
图2为本发明中采用的多层共挤出机头模具的结构示意图；
图3为机头模具中的口模的结构示意图。
具体实施方式
本发明中的连续纤维布增强双壁缠绕管的断面结构如图1所示，图1中所示：1-中空方管，2-表面改性处理过的连续纤维布，3-焊条。
图2为本发明中采用的多层共挤出机头模具的结构示意图；图2中所示：5-复合模头，6-模头压板，7-复合外模；8-芯模，9-口模，10-穿布孔，11-辅挤出机进料口，12-辅料流道。
图3为本发明中的口模的结构示意图，图3中所示：13-穿布通道，14-主料流道，15-穿布孔。
本发明中的基体树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等树脂；相容剂为聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等；无机粉体可以由碳酸钙、滑石粉、硅灰石、硫酸钡、玻璃短纤维等中的一种或多种组合，或者直接加工成填充功能母粒。偶联剂可以为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸等商业化的偶联剂；润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺及其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、硅酮等。抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂等；成核剂为苯甲酸、己二酸、苯甲酸钠、对苯酚磺酸钠等。
下面结合具体的实施例详细说明本发明的连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法。
实施例1
塑料管材专用料配料：
HDPE树脂：100公斤；
EVA：5公斤；
硅烷偶联剂：2公斤；
聚乙烯蜡：0.3公斤；
硬脂酸锌：0.2公斤；
抗氧剂BHT：0.1公斤；
成核剂：0.1公斤。
首先将一定经纬密度的连续纤维布进行PE树脂预涂敷处理，备用；将HDPE、EVA、硅烷偶联剂、聚乙烯蜡、硬脂酸锌、抗氧剂BHT、成核剂按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得管材专用料；专用料分别进入主挤出机、辅挤出机，并与穿过机头模具的连续纤维布在口模端口处相互交汇，经过挤出、真空定径形成中空方管；再将中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接，最后得到一种具有多层复合结构的连续纤维布增强HDPE双壁缠绕管。
实施例2
塑料管材专用料配料：
PP树脂：100公斤；
无机粉体：30公斤；
EPDM：5公斤；
铝酸酯类偶联剂：2公斤；
石蜡：0.5公斤；
硬脂酸锌：0.2公斤；
抗氧剂1010：0.1公斤；
成核剂：0.1公斤。
首先将一定经纬密度的连续纤维布进行PE树脂预涂敷处理，备用；将PP、无机粉体、EPDM、铝酸酯类偶联剂、石蜡、硬脂酸锌、抗氧剂1010、成核剂按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得管材专用料；专用料分别进入主挤出机、辅挤出机，并与穿过机头模具的连续纤维布在口模端口处相互交汇，经过挤出、真空定径形成中空方管；再将中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接，最后得到一种具有多层复合结构的连续纤维布增强PP双壁缠绕管。
实施例3
塑料管材专用料配料：
HDPE树脂：100公斤；
无机粉体：60公斤；
EVA：2公斤；
POE：2公斤；
钛酸酯类偶联剂：2公斤；
石蜡：0.5公斤；
聚乙烯蜡：0.2公斤；
抗氧剂1010：0.1公斤；
成核剂：0.1公斤。
首先将一定经纬密度的连续纤维布进行PE树脂预涂敷处理，备用；将HDPE、无机粉体、EVA、POE、钛酸酯类偶联剂、石蜡、聚乙烯蜡、抗氧剂1010、成核剂按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得管材专用料；专用料分别进入主挤出机、辅挤出机，并与穿过机头模具的连续纤维布在口模端口处相互交汇，经过挤出、真空定径形成中空方管；再将中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接，最后得到一种具有多层复合结构的连续纤维布增强HDPE双壁缠绕管。

Claims (9)

1.一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基体树脂、无机粉体、相容剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂依次加入高速混合搅拌机中充分混合，制得管材专用料，其中塑料管材专用料中组分的重量份如下：基体树脂：100份，无机粉体：0～60份，相容剂：1～10份，偶联剂：1-5份，润滑剂：0.1～1份，抗氧剂：0.1～1份，成核剂：0.1～1份；
(2)将管材专用料由喂料机分别定量输送到主挤出机和辅挤出机，熔融、混炼；
(3)采用多层共挤出机头模具，该多层共挤出机头模具包括复合模头、芯模、口模和复合外模，复合模头与主挤出机相连，复合外模与辅挤出机相连，口模上设有引入连续纤维布的穿布孔及穿布通道；
(4)将主挤出机中的熔融料通过复合模头导入机头模具，将辅挤出机中的熔融料通过复合外模导入机头模具；同时将连续纤维布通过牵引导入口模，并与来自机头模具的树脂在口模端口处相互交汇，经过挤出、真空定径形成中空方管；
(5)将中空方管经螺旋缠绕和塑料热熔胶焊接制成具有多层复合结构的连续纤维布增强双壁缠绕管。
2.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述的基体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或多种的组合。
3.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述的相容剂选自聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述的无机粉体选自碳酸钙、滑石粉、硅灰石、硫酸钡、玻璃短纤维中的一种或多种的组合。
5.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂选自钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸中的一种。
6.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述的润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺及其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、硅酮中的一种或多种的组合。
7.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂中的一种或多种的组合。
8.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述成核剂选自苯甲酸、己二酸、苯甲酸钠、对苯酚磺酸钠、二苄叉山梨糖醇及其衍生物中的一种或多种的组合。
9.如权利要求1所述一种连续纤维布增强双壁缠绕管的制备方法，其特征在于：所述连续纤维布为经表面改性处理的连续纤维布，表面改性处理包括化学交联改性处理、物理表面改性处理或PE树脂预涂敷处理；所述连续纤维布材质选自玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚氨酯纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、金属纤维中的一种或多种的组合。
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