CN107141633A - 一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管及其制备方法，其中所述复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管由下述质量份数的组份组成：羟丙基甲基纤维素1‑2份、油酸聚氧乙烯酯0.7‑1份、丙酸纤维素2‑3份、碳纳米管3‑4份、浓度为90‑93％的硫酸40‑60份、浓度为95‑97％的硝酸60‑70份、丙烯酰氯1‑2份、1，4‑二氧六环0.01‑0.02份、偶氮二异丁腈0.2‑0.3份、丙烯酸羟乙酯6‑10份、三乙胺7‑8份、液体三元乙丙橡胶10‑14份、过氧化二异丙苯1‑1.2份、聚氯乙烯100‑120份、邻苯二甲酸丁苄酯2‑3份、硬脂酸钡1‑2份、聚天冬氨酸0.7‑1份、聚氧化丙烯二醇3‑4份、超细硫酸钡10‑14份、碳酸锆铵0.7‑1份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.1‑0.2份。本发明可以有效提高碳纳米管的韧性和表面强度。

Description

一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管及其制备方法
技术领域
本发明涉及管材技术领域，尤其涉及一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管及其制备方法。
背景技术
塑料管材由于其轻便、制造简单、成本低廉以及较强的耐腐蚀性而被广泛应用于水路铺设、建筑构造以及燃气传输等领域。聚氯乙烯(PVC)塑料管材是塑料管材中使用最多的一种高分子材料，聚氯乙烯材料具有优良的耐酸碱腐蚀性和电绝缘性，但却对光和热的耐受力较差，PVC材料使用久了会自动催化降解，使其材质变脆，降低了柔韧性和机械强度。
碳纳米管(CNTs)独特的结构和性能使其具备良好的应用前景，以碳纳米管和其它工程材料进行复合制备出的复合材料，表现出了惊人的强度、弹性、韧性和抗疲劳性等，碳纳米管由于其拥有各项优异的性能，近些年来一直倍受各国研究人员的关注。
本发明就是提供一种官能化增强碳纳米管，并将其与聚氯乙烯的复合材料进一步与纤维材料进行复合，从而提高管材的柔韧性和其他各项性能。
发明内容
本发明为了克服现有聚氯乙烯塑料管柔韧性较差的缺陷，提供一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管，由下述质量份数的组份组成：
羟丙基甲基纤维素1-2份、油酸聚氧乙烯酯0.7-1份、丙酸纤维素2-3份、碳纳米管3-4份、浓度为90-93％的硫酸40-60份、浓度为95-97％的硝酸60-70份、丙烯酰氯1-2份、1，4-二氧六环0.01-0.02份、偶氮二异丁腈0.2-0.3份、丙烯酸羟乙酯6-10份、三乙胺7-8份、液体三元乙丙橡胶10-14份、过氧化二异丙苯1-1.2份、聚氯乙烯100-120份、邻苯二甲酸丁苄酯2-3份、硬脂酸钡1-2份、聚天冬氨酸0.7-1份、聚氧化丙烯二醇3-4份、超细硫酸钡10-14份、碳酸锆铵0.7-1份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.1-0.2份。
一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述羟丙基甲基纤维素加入到其质量16-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入碳酸锆铵，升高温度为70-80℃，保温搅拌4-7分钟，加入脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌至常温，得纤维分散液；
(2)将上述碳纳米管加入到上述90-93％的硫酸、95-97％的硝酸的混合溶液中，超声搅拌20-24小时，在136-140℃下保温50-60分钟，抽滤，水洗3-4次，在70-80℃下干燥20-30分钟，得酸化碳纳米管；
(3)将上述丙酸纤维素加入到其重量40-54倍的去离子水中，搅拌均匀，加入硬脂酸钡、酸化碳纳米管、纤维分散液，磁力搅拌2-4分钟，过滤，将沉淀水洗3-4次，常温干燥，得纤维改性酸化碳纳米管；
(4)将上述偶氮二异丁腈加入到其重量20-30倍的无水乙醇中，搅拌均匀，与上述丙烯酰氯、1，4-二氧六环混合，磁力搅拌2-3分钟，升高温度为60-65℃，在氮气的保护下保温反应47-50小时，得接枝助剂；
(5)取上述纤维改性酸化碳纳米管，加入到其重量100-130倍的无水乙醇中，磁力搅拌2-3分钟，加入上述接枝助剂，升高温度为80-85℃，在氮气保护下搅拌反应40-50小时，离心，将固形物依次用四氢呋喃、无水乙醇、去离子水洗涤2-3次，常温干燥，得接枝改性碳纳米管；
(6)将上述接枝改性碳纳米管加入到其重量100-120倍的无水乙醇中，加入上述丙烯酸羟乙酯、三乙胺，升高温度为60-65℃，在氮气的保护下保温搅拌20-30小时，离心，将固形物依次用四氢呋喃、去离子水洗涤3-4次，常温干燥，得乙烯基碳纳米管；
(7)将上述油酸聚氧乙烯酯加入到聚氧化丙烯二醇中，搅拌均匀，加入液体三元乙丙橡胶，在80-90℃下预热4-7分钟，保温备用，得预处理橡胶液；
(8)将上述乙烯基碳纳米管加入到其重量30-47倍的四氢呋喃中，加入上述预处理橡胶液、过氧化二异丙苯，在室温下搅拌10-13小时，送入真空烘箱中，在76-80℃下干燥1-2小时，出料后在常温下放置2-3天，抽滤，将滤饼在90-100℃下真空干燥20-30分钟，得改性复合材料；
(9)将上述改性复合材料与剩余各原料混合，采用双螺杆造粒，造粒温度为120-150℃，并将粒料在双螺杆挤出机上挤出管材，挤出机温度为170-190℃，管材经冷却、切割、扩径、包装即为管材成品。
本发明的优点是：
本发明将碳纳米管与聚氯乙烯塑料管进行复合，提高了聚氯乙烯塑料管的力学强度；
本发明采用羟丙基甲基纤维素、丙酸纤维素共混，可以有效提高碳纳米管的韧性和表面强度。
具体实施方式
实施例1
一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管，由下述质量份数的组份组成：
羟丙基甲基纤维素1份、油酸聚氧乙烯酯0.7份、丙酸纤维素2份、碳纳米管3份、浓度为90％的硫酸40份、浓度为95％的硝酸60份、丙烯酰氯1份、1，4-二氧六环0.01份、偶氮二异丁腈0.2份、丙烯酸羟乙酯6份、三乙胺7份、液体三元乙丙橡胶10份、过氧化二异丙苯1份、聚氯乙烯100份、邻苯二甲酸丁苄酯2份、硬脂酸钡1份、聚天冬氨酸0.7份、聚氧化丙烯二醇3份、超细硫酸钡10份、碳酸锆铵0.7份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.1份。
一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述羟丙基甲基纤维素加入到其重量16-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入碳酸锆铵，升高温度为70-80℃，保温搅拌4-7分钟，加入脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌至常温，得纤维分散液；
(2)将上述碳纳米管加入到上述90-93％的硫酸、95-97％的硝酸的混合溶液中，超声搅拌20-24小时，在136-140℃下保温50-60分钟，抽滤，水洗3-4次，在70-80℃下干燥20-30分钟，得酸化碳纳米管；
(3)将上述丙酸纤维素加入到其重量40-54倍的去离子水中，搅拌均匀，加入硬脂酸钡、酸化碳纳米管、纤维分散液，磁力搅拌2-4分钟，过滤，将沉淀水洗3-4次，常温干燥，得纤维改性酸化碳纳米管；
(4)将上述偶氮二异丁腈加入到其重量20-30倍的无水乙醇中，搅拌均匀，与上述丙烯酰氯、1，4-二氧六环混合，磁力搅拌2-3分钟，升高温度为60-65℃，在氮气的保护下保温反应47-50小时，得接枝助剂；
(5)取上述纤维改性酸化碳纳米管，加入到其重量100-130倍的无水乙醇中，磁力搅拌2-3分钟，加入上述接枝助剂，升高温度为80-85℃，在氮气保护下搅拌反应40-50小时，离心，将固形物依次用四氢呋喃、无水乙醇、去离子水洗涤2-3次，常温干燥，得接枝改性碳纳米管；
(6)将上述接枝改性碳纳米管加入到其重量100-120倍的无水乙醇中，加入上述丙烯酸羟乙酯、三乙胺，升高温度为60-65℃，在氮气的保护下保温搅拌20-30小时，离心，将固形物依次用四氢呋喃、去离子水洗涤3-4次，常温干燥，得乙烯基碳纳米管；
(7)将上述油酸聚氧乙烯酯加入到聚氧化丙烯二醇中，搅拌均匀，加入液体三元乙丙橡胶，在80-90℃下预热4-7分钟，保温备用，得预处理橡胶液；
(8)将上述乙烯基碳纳米管加入到其重量30-47倍的四氢呋喃中，加入上述预处理橡胶液、过氧化二异丙苯，在室温下搅拌10-13小时，送入真空烘箱中，在76-80℃下干燥1-2小时，出料后在常温下放置2-3天，抽滤，将滤饼在90-100℃下真空干燥20-30分钟，得改性复合材料；
(9)将上述改性复合材料与剩余各原料混合，采用双螺杆造粒，造粒温度为120-150℃，并将粒料在双螺杆挤出机上挤出管材，挤出机温度为170-190℃，管材经冷却、切割、扩径、包装即为管材成品。
实施例2
一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管，由下述质量份数的组份组成：
羟丙基甲基纤维素2份、油酸聚氧乙烯酯1份、丙酸纤维素3份、碳纳米管4份、浓度为93％的硫酸60份、浓度为97％的硝酸70份、丙烯酰氯2份、1，4-二氧六环0.02份、偶氮二异丁腈0.3份、丙烯酸羟乙酯10份、三乙胺8份、液体三元乙丙橡胶14份、过氧化二异丙苯1.2份、聚氯乙烯120份、邻苯二甲酸丁苄酯3份、硬脂酸钡2份、聚天冬氨酸1份、聚氧化丙烯二醇4份、超细硫酸钡14份、碳酸锆铵1份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.2份。
其制备方法与实施例1制备方法一样。
实施例3
一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管，由下述质量份数的组份组成：
羟丙基甲基纤维素2份、油酸聚氧乙烯酯1份、丙酸纤维素3份、碳纳米管4份、浓度为91％的硫酸50份、浓度为96％的硝酸65份、丙烯酰氯2份、1，4-二氧六环0.02份、偶氮二异丁腈0.3份、丙烯酸羟乙酯8份、三乙胺8份、液体三元乙丙橡胶12份、过氧化二异丙苯1.1份、聚氯乙烯110份、邻苯二甲酸丁苄酯3份、硬脂酸钡2份、聚天冬氨酸0.8份、聚氧化丙烯二醇4份、超细硫酸钡12份、碳酸锆铵0.9份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.2份。
其制备方法与实施例1制备方法一样。
对本发明的产品进行性能测试，得如下性能参数：
性能测试：
维卡软化温度：87.2℃；
二氯甲烷浸渍实验(15℃)：内外表面变化均为0N；
纵向回缩率(150℃、1h)：3.2％；
拉伸屈服强度：48MPa；
落锤冲击实验(0℃)：TIR≤10％。
本发明所提供的聚氯乙烯塑料管的配制中加入了碳纳米管，并将羟丙基甲基纤维素、丙酸纤维素共混，有效提高了柔韧性，使得聚氯乙烯塑料管的抗击打、抗弯折等机械性能增强，提高了其实用性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管，其特征在于，由下述质量份数的组份组成：
羟丙基甲基纤维素1-2份、油酸聚氧乙烯酯0.7-1份、丙酸纤维素2-3份、碳纳米管3-4份、浓度为90-93％的硫酸40-60份、浓度为95-97％的硝酸60-70份、丙烯酰氯1-2份、1，4-二氧六环0.01-0.02份、偶氮二异丁腈0.2-0.3份、丙烯酸羟乙酯6-10份、三乙胺7-8份、液体三元乙丙橡胶10-14份、过氧化二异丙苯1-1.2份、聚氯乙烯100-120份、邻苯二甲酸丁苄酯2-3份、硬脂酸钡1-2份、聚天冬氨酸0.7-1份、聚氧化丙烯二醇3-4份、超细硫酸钡10-14份、碳酸锆铵0.7-1份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.1-0.2份。
2.一种如权利要求1所述的复合纤维增韧聚氯乙烯塑料管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将上述羟丙基甲基纤维素加入到其重量16-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入碳酸锆铵，升高温度为70-80℃，保温搅拌4-7分钟，加入脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌至常温，得纤维分散液；
(2)将上述碳纳米管加入到上述90-93％的硫酸、95-97％的硝酸的混合溶液中，超声搅拌20-24小时，在136-140℃下保温50-60分钟，抽滤，水洗3-4次，在70-80℃下干燥20-30分钟，得酸化碳纳米管；
(3)将上述丙酸纤维素加入到其重量40-54倍的去离子水中，搅拌均匀，加入硬脂酸钡、酸化碳纳米管、纤维分散液，磁力搅拌2-4分钟，过滤，将沉淀水洗3-4次，常温干燥，得纤维改性酸化碳纳米管；
(4)将上述偶氮二异丁腈加入到其重量20-30倍的无水乙醇中，搅拌均匀，与上述丙烯酰氯、1，4-二氧六环混合，磁力搅拌2-3分钟，升高温度为60-65℃，在氮气的保护下保温反应47-50小时，得接枝助剂；
(5)取上述纤维改性酸化碳纳米管，加入到其重量100-130倍的无水乙醇中，磁力搅拌2-3分钟，加入上述接枝助剂，升高温度为80-85℃，在氮气保护下搅拌反应40-50小时，离心，将固形物依次用四氢呋喃、无水乙醇、去离子水洗涤2-3次，常温干燥，得接枝改性碳纳米管；
(6)将上述接枝改性碳纳米管加入到其重量100-120倍的无水乙醇中，加入上述丙烯酸羟乙酯、三乙胺，升高温度为60-65℃，在氮气的保护下保温搅拌20-30小时，离心，将固形物依次用四氢呋喃、去离子水洗涤3-4次，常温干燥，得乙烯基碳纳米管；
(7)将上述油酸聚氧乙烯酯加入到聚氧化丙烯二醇中，搅拌均匀，加入液体三元乙丙橡胶，在80-90℃下预热4-7分钟，保温备用，得预处理橡胶液；
(8)将上述乙烯基碳纳米管加入到其重量30-47倍的四氢呋喃中，加入上述预处理橡胶液、过氧化二异丙苯，在室温下搅拌10-13小时，送入真空烘箱中，在76-80℃下干燥1-2小时，出料后在常温下放置2-3天，抽滤，将滤饼在90-100℃下真空干燥20-30分钟，得改性复合材料；
(9)将上述改性复合材料与剩余各原料混合，采用双螺杆造粒，造粒温度为120-150℃，并将粒料在双螺杆挤出机上挤出管材，挤出机温度为170-190℃，管材经冷却、切割、扩径、包装即为管材成品。
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