CN106810736A - 一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管 - Google Patents

一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管，所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管按照质量份数由聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％组成。所述BPOE按照质量百份数由乙烯辛烯共聚物100份、苯乙烯2份～7份、甲基丙烯酸缩水甘油酯3份～6份和过氧化二异丙苯0.1份～0.4份组成。本发明制备的管材环刚度，SN8 8.7～9.5、SN10 10.6～11.8、SN12.5 13.1～15.2、SN16 16.6～18.5；冲击性能(23℃)7/％；环柔性：试样圆滑、管壁无破裂；烘箱试验：无气泡、无分层、无开裂；蠕变比率3。

Description

一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管。
背景技术
目前，我国的排水管网系统仍以传统的钢筋混凝土管、陶管、铸铁管为主流，但其施工难度高，管道之间的连接复杂，往往造成庞大的施工浪费。尤其是在长期的使用中，常常由于腐蚀、破损、渗漏，特别是大面积的污水渗漏，已严重污染了越来越少的地下水源。解决城市的缺水及污染问题，关系到城市的可持续发展，也是我国当前和长远发展的重大问题。借鉴国外发达国家排水管网的建设经验及塑料管材的应用情况，国内产业政策已向大口径塑料埋地排水管倾斜。双平壁中空缠绕管以其独特的结构设计，比其它的塑料管道具有更加优越的性能。环刚度和环柔度是管材最重要的性能指标，因为在埋地排水管的应用中，管材不承受内压或压力很低，而只承受外压负载(包括动负载和静负载)。如果管材的环刚度太小，管材将发生大的变形破坏，这样就不能保证管材的安全使用；若环柔度过低，管材在使用过程中易破坏漏水等。添加入无机填料，如:短切玻璃纤维、碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石等，以降低材料成本、提高材料性能的刚性，然而，在塑料材料中加入无机填充材料后一般都会使材料性能变脆，缺口冲击韧性下降，材料的使用性能因此受到明显影响。增加塑料的韧性，早期通常采用橡胶类弹性体进行，例如:ABS(聚丙烯腈_丁二烯_苯乙烯)，HIPS(耐冲击性聚苯乙烯)和PP/EPDM[聚丙烯/三元乙丙橡胶(含双环戊二烯)]等增韧体系，橡胶增韧聚合物可使冲击韧性成倍增长，但由于其模量和玻璃化温度低，给增韧塑料带来固有的缺陷，如材料的刚度、强度、热畸变温度大幅度降低，成本提高等。聚烯烃复合材料所表现的强度增加或韧性提高总是以牺牲其它性能为代价的，所以如何保持改性聚烯烃复合材料强度和韧性的平衡是制备埋地排水排污聚烯烃(DRPO)管材的关键问题。
综上所述，现在增加塑料的韧性采用橡胶类弹性体进行存在材料的刚度、强度、热畸变温度大幅度降低，成本提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管，旨在解决现在增加塑料的韧性采用橡胶类弹性体进行存在材料的刚度、强度、热畸变温度大幅度降低，成本提高的问题。
本发明是这样实现的，一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管，所述制备增强改性聚烯烃管材的材料按照质量份数由聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％组成。BPOE全称为接枝乙烯--辛烯共聚物。即通过反应挤出工程使POE分子链上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯。该方法提高了复合材料各组分之间的相容性，改善复合材料宏观力学性能。
进一步，所述BPOE按照质量百份数由乙烯辛烯共聚物100份、苯乙烯2份～7份、甲基丙烯酸缩水甘油酯3份～6份和过氧化二异丙苯0.1份～0.4份组成。
进一步，所述制备增强改性聚烯烃管材的材料的拉伸强度：23.5MPa～29.8MPa；弯曲模量：840.6MPa～1891.2MPa；冲击强度：9.2KJ/m2～19.5KJ/m2。
本发明的另一目的在于提供一种所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法，所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法包括以下步骤：
(1)按照质量份数将聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％混合，得到混合料；
(2)然后将混合料通过双螺杆挤出机熔融造粒，制备增强改性聚烯烃管材专用料。
进一步，所述BPOE的制备方法包括：
(1)按照质量百份数准备乙烯辛烯共聚物100份、苯乙烯2份～7份、甲基丙烯酸缩水甘油酯3份～6份和过氧化二异丙苯0.1份～0.4份；
(2)接枝设备采用双螺杆挤出机，以反应挤出工艺制备BPOE工艺条件如下：双螺杆挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。
进一步，所述玄武岩纤维的处理方法包括：
在去离子水中加入0.1％非离子型表面活性剂配制成水乳液，将KH-550硅烷偶联剂溶于水中，配成0.5％-2.0％的溶液；
将玄武岩短纤维浸渍于配成的硅烷水溶液中2小时；取出后在110-120℃下烘干20-30min；
按比例(聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％混合)称量经表面处理的玄武岩纤维及聚乙烯或聚丙烯，在高速混合机中混合20min在双螺杆挤出机上熔融造粒。
玄武岩纤维是无机材料，与有机材料的相容性较差；KH-550硅烷是一类偶联剂，玄武岩纤维经KH-550表面处理后，有效改善了玄武岩纤维与聚乙烯、聚丙烯之间的界面相容性，提高了复合材料力学性能。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管制备的管材。
进一步，所述管材的制备方法所述管材的制备方法所述管材的制备方法包括：
混料，上料，双层带挤出，冷却定型，缠绕成型，切割，检验，入库；挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。混料，上料，双层带挤出，冷却定型，缠绕成型，切割，检验，入库就是缠绕管生产的完整工艺流程。
本发明提供的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管，制备的管材环刚度，SN8 8.7～9.5、SN10 10.6～11.8、SN12.513.1～15.2、SN1616.6～18.5；冲击性能(23℃)7/％；环柔性：试样圆滑、管壁无破裂；烘箱试验：无气泡、无分层、无开裂；蠕变比率3。
附图说明
图1是本发明实施例提供的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法流程图。
图2和图3分别表述经改性后的玄武岩纤维与聚乙烯形成复合材料后，其弯曲弹性模量和拉伸弹性模量随玄武岩纤维含量变化而提高情况的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例提供的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管按照质量份数由聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％组成。
如图1所示，本发明实施例提供的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法包括以下步骤：
S101：按照质量份数将聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％混合，得到混合料；
S102：然后将混合料通过双螺杆挤出机熔融造粒，制备增强改性聚烯烃(DRPO)管材专用料。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
本发明采取同时增强增韧技术，使聚烯烃复合材料的强度和韧性得到同时提高，并通过特有设备和工艺成型DRPO管材。
1、通过熔融接枝技术，制备BPOE
Polyolefinelastomers(POE)是Dupont Dow弹性体公司用Insite工艺和限定几何构型催化技术(CGCT)制成的新型聚烯烃弹性体材料，具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布等特点,这使POE的主要性能非常突出，很多性能指标超过了普通弹性体，如POE具有较高的强度和伸长率、耐老化性能好由于其分子链是饱和的，所含叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热老化和抗紫外线性能；另一方面，限定几何构型催化剂技术(CGCT)可以控制在聚合物线型短支链支化结构中引入长支链，从而改善了聚合物的加工流变性能，POE分子结构的特殊性赋予了其优异的力学性能、流变性能和抗紫外线性能。此外，它还具有和聚烯烃亲和性好、低温韧性好、性能价格比高等优点，因而被广泛应用于塑料改性。这种新材料的出现引起了全世界塑料和橡胶工业界的强烈关注，也为聚合物的改性和加工带来全新的理念。
为了提高聚烯烃材料之间以及聚烯烃与无机粒子间的相容性，采用熔融接枝技术，制备BPOE新材料。
所用原料及比例为:
乙烯辛烯共聚物(POE)：100份、苯乙烯(St)：2份～7份、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)：3份～6份、过氧化二异丙苯(DCP)：0.1份～0.4份。
接枝设备采用双螺杆挤出机，以反应挤出工艺制备BPOE.工艺条件如下：双螺杆挤出机各段温度为(℃)：160，170，185，190，190。
2、玄武岩纤维表面处理
玄武岩纤维(CBF)是以天然的火山喷出岩作为原料，将其破碎后加入熔窑中，在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。以BF为增强体可制成各种性能优异的复合材料，可广泛应用于消防、环保、航空航天、军工、车船制造、工程塑料、建筑等军工和民用领域，故BF被誉为21世纪的新材料。复合材料的力学性能与纤维性能、树脂含量有关，主要还是取决于纤维与基体树脂的复合界面粘结强弱。复合界面的粘结状态是确保复合材料获得良好的力学性能最重要的因素。纤维与树脂之间的微观接触状况影响着复合材料的力学性能。早期研究发现，用硅烷偶联剂处理玻璃纤维(GF)，其表面的Si-O键以及其固有的羟基和树脂的羟基形成氢键，氢键的形成增强了不同纤维之间的结合力。硅烷水解成有机硅醇，并与纤维表面以氢键或共价键形式结合，形成网络。而BF的化学组成与玻璃纤维相似，主要成分都是硅化物。用硅烷偶联剂处理纤维后，可以使二者之间获得更好的结合，而且纤维增强树脂基复合材料也能获得更好的力学性能和理化性能。一大批研究人员在表征纤维与偶联剂的复合界面、FRP的复合界面等方面做了大量研究。而利用FTIR测试、XPS测试等方法探索偶联剂处理的纤维表面，以及FRP的复合界面的复合机理也成为FRP复合材料研究的主要趋势。本发明从偶联剂的作用机理和界面理论入手，从微观的角度寻找影响BF/PO复合材料的复合界面上树脂与纤维之间结合的化学基团，进而推测二者之间形成的化学键，找出影响这些化学键形成的因素，并通过大量实验探索出BF有效表面处理技术，并制备出具有良好综合性能的复合材料。在去离子水中加入0.1％非离子型表面活性剂配制成水乳液，将KH-550硅烷偶联剂溶于水中，配成0.5％-2.0％的溶液，然后，将玄武岩短纤维浸渍于配成的硅烷水溶液中2小时。取出后在110-120℃下烘干20-30min。按比例称量经表面处理的玄武岩纤维及聚乙烯或聚丙烯，在高速混合机中混合20min。然后在双螺杆挤出机上熔融造粒。所制备复合材料拉伸强度达到29.8MPa弯曲模量1891MPa。
3、制备增强改性聚烯烃(DRPO)管材专用料
3.1、首先按比例称量聚烯烃、BPOE和活性玄武岩纤维加入高速混合机中，混合均匀；各组分含量比例为(质量份数)：聚烯烃：72％～85％、BPOE：5％～10％、玄武岩纤维：10％～18％。
然后将混合料通过双螺杆挤出机熔融造粒，制备增强改性聚烯烃(DRPO)管材专用料。
料筒温度分别为(℃)：180，195，210，220，220。口模温度为(℃)：215。
所得材料的基本性能如下：拉伸强度：23.5MPa～29.8MPa；弯曲模量：840.6MPa～1891.2MPa；冲击强度：9.2KJ/m2～19.5KJ/m2。
3.2、管材生产设备及工艺
玄武岩纤维增强改性聚烯烃DRPO双平壁中空缠绕排水管由两台挤出机共挤出，一台挤出管材外壁，一台挤出管材内壁，在模具内复合为双层结构，以带状形式连续挤出，冷却定型，经缠绕成型为管材。其工艺流程路线如下：
混料—上料—双层带挤出—-冷却定型-—缠绕成型--切割—检验—入库
挤出机各段温度为(℃)：160，170，185，190，190。
实施例制备的DRPO管物理力学性能范围
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管，其特征在于，所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管按照质量份数由聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％组成。
2.如权利要求1所述的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管，其特征在于，所述BPOE按照质量百份数由乙烯辛烯共聚物100份、苯乙烯2份～7份、甲基丙烯酸缩水甘油酯3份～6份和过氧化二异丙苯0.1份～0.4份组成。
3.如权利要求1所述的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管，其特征在于，所述制备增强改性聚烯烃管材的材料的拉伸强度：23.5MPa～29.8MPa；弯曲模量：840.6MPa～1891.2MPa；冲击强度：9.2KJ/m2～19.5KJ/m2。
4.一种如权利要求1所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法包括以下步骤：
(1)按照质量份数将聚烯烃72％～85％、BPOE5％～10％和玄武岩纤维10％～18％混合，得到混合料；
(2)然后将混合料通过双螺杆挤出机熔融造粒，制备增强改性聚烯烃管材专用料。
5.如权利要求4所述的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法，其特征在于，所述BPOE的制备方法包括：
(1)按照质量百份数准备乙烯辛烯共聚物100份、苯乙烯2份～7份、甲基丙烯酸缩水甘油酯3份～6份和过氧化二异丙苯0.1份～0.4份；
(2)接枝设备采用双螺杆挤出机，以反应挤出工艺制备BPOE工艺条件如下：双螺杆挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。
6.如权利要求4所述的玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管的制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维的处理方法包括：
在去离子水中加入0.1％非离子型表面活性剂配制成水乳液，将KH-550硅烷偶联剂溶于水中，配成0.5％-2.0％的溶液；
将玄武岩短纤维浸渍于配成的硅烷水溶液中2小时；取出后在110-120℃下烘干20-30min；
按比例称量经表面处理的玄武岩纤维及聚乙烯或聚丙烯，在高速混合机中混合20min在双螺杆挤出机上熔融造粒。
7.一种利用权利要求1所述玄武岩纤维增强改性聚烯烃双平壁中空缠绕排水管制备的管材。
8.如权利要求7所述管材的制备方法，其特征在于，所述管材的制备方法所述管材的制备方法所述管材的制备方法包括：
混料，上料，双层带挤出，冷却定型，缠绕成型，切割，检验，入库；挤出机各段温度为：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。
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