CN107141762A - 聚苯醚塑料管道的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚苯醚塑料管道的制备方法，按质量百分比计，以超过60%的聚苯醚树脂作为主体，微观结构呈连续相的管材专用料，经挤出机在适合的温度下将其熔融塑化，熔体通过一个截面为闭环，由口模和芯棒之间形成的空腔的模具装置，在牵引机作用下，离开模具后形成熔体管坯，快速进入有真空和高温介质、长度很短的定型箱体，快速定型管坯，最后切割成为管材。该方法可有效解决聚苯醚管材沿轴向融合线及管材内应力问题，使聚苯醚塑料管道达到超高抗冲击能力，按照GB/T14152测试，当管材规格为dn110×5.0mm时，在11Kg、2m条件下冲击不仅不破裂，而且还不变形；当设计使用压力为3.0MPa时，线性回归法外推预测管材设计使用寿命可以达30年。

Description

聚苯醚塑料管道的制备方法

技术领域

本发明属于塑料加工及高分子材料领域，具体为一种聚苯醚塑料管道的制备方法，本方法可以连续稳定地获得高性能聚苯醚管道。

背景技术

聚苯醚（PPO或PPE）的特性如CN98117885、CN99807220、CN99811309、CN201280030211、CN20131034470、CN201310224880、CN201510346654等专利文献所描述，它是一种综合性能优异的工程塑料，具有耐蠕变性能突出，高强度、高模量、阻燃性、耐腐蚀、耐水解，较好的卫生性能，这些优良的性能使聚苯醚适合用于各工业应用领域，流体输送领域有部分应用，但是作为流体输送用的塑料管道系统领域还几乎没有。聚苯醚上述性能也符合塑料管道领域的应用要求，尤其是材料突出的耐蠕变性能，这是作为长期承受内压的管道所必须具有的性能。CN104059350A和CN106117816A的专利公开了聚苯醚材料在塑料管道领域中的应用，但仅作为辅助材料，利用聚苯醚的良好性能来提高聚丙烯的性能。聚苯醚的主要缺点是流动性差、加工性不好、同时还存在耐油性、抗冲击性能差等，正如CN201310342804、CN20161042885、CN201410266676.5等专利文献所报导的，但是通过现代材料改性技术，按照塑料管道相关规范和标准，可以克服聚苯醚用于塑料管道领域所面临的这些问题。

就发明人所熟知的塑料管道领域相关技术要求，作为管道的聚苯醚材料，首先要有足够的承压能力，其二是材料以管道形式的长期静液压强度试验时间足够长，用以预测长期使用寿命（优异的耐蠕变性能），其三是管材要有足够的抗冲击能力，不同环境下的特殊性能要求，例如在危险环境下使用时管道需要额外具有阻燃抗静电功能、耐腐蚀性能等，还应兼有耐慢速应力开裂、快速开裂等要求。20世纪80年代以来，有关聚苯醚材料改性研究和相关专利文献资料显示，在塑料管道领域聚苯醚材料完全有应用的潜力，使用恰当的塑料改性技术，可以实现在不同领域的应用要求而进行配方设计，使材料满足管道设计使用要求。例如要使塑料管道满足较高的抗冲击性能，即可添加抗冲改性剂，董芬、李刚等在《塑料》2011年40卷2期中报导了一种增韧阻燃改性聚苯醚，使用自制增韧剂，改性聚苯醚材料的冲击强度达到200J/m，冯威在博士论文《聚苯醚合金的超韧化机理及其亚微相态与群子参数关系的研究》（北京化工大学1997年）中详细阐释了聚苯醚的增韧机理和增韧方法，专利文献CN95195081、CN97111644、CN01124812、CN201310224880等也公开了提高聚苯醚抗冲击的方法。赵芸芳在《现代塑料加工应用》2008年20卷4期中报导了在聚苯醚中添加8.7%磷酸酯阻燃剂，使聚苯醚材料达到UL94 V—0级，US9187695B2、CN94115587、CN95107746、CN96101795、CN99811309、CN00805822、CN201010140156.1等专利文献公开了聚苯醚阻燃改性的各种技术方法，这些文献资料说明了聚苯醚随着应用领域的需要，可以使用相应的材料改性技术加以满足。

塑料加工领域中有关内应力的问题是本领域内技术人员所熟知的，内应力的产生和对最终塑料制品的影响参见《塑料加工》1998年第26卷第二期报导的“内应力对塑料挤出制品的质量影响”，《中国新技术新产品》2016 NO.2（下）所报导的“影响塑料制品内应力的因素分析”等技术文献。内应力在塑料加工领域是普遍存在的问题，它对塑料制品的性能有负面作用，它的产生与材料、设备结构、工艺条件、产品截面形状等许多因素有关。一般情况下，以碳氢直链烷烃形成的柔性链高分子材料，挤出过程产生的内应力对制品力学性能的影响程度较小，意味着这种材料可以在较宽的工艺窗口下挤出符合要求的管道，例如专利CN201210134083.4公开的碳氢直链烷烃高分子材料——聚乙烯管材成型技术所公开的成型工艺窗口就比较宽。

但对于刚性链高分子材料内应力消除要求条件高，所以挤出成型时工艺窗口就很窄。就工程塑料聚苯醚材料而言，其主链含有大量的刚性苯环，发明人在实践过程中发现，当聚苯醚成为主体材料时，管坯定型为管材时按照常规，例如CN106117816A和CN201210134083.4等专利所揭示的方法，发现内应力很明显，对管材性能影响很大，特别表现在落锤冲击和静液压强度等力学指标上变得很差。专利CN106117816A公开了含有聚苯醚的排盐暗管的材料和管材定型方法，因其管材专用料中的主体是无规聚丙烯，聚苯醚材料只作为辅助成分，属于常规定型方法，管材仍能取得优异的性能。

不仅是内应力，塑料熔融挤出流动过程中，在模具内先分流再融合的过程，也会造成管材内部质量薄弱环节——产生融合线，塑料管道领域常用的支架模具、螺旋模具和筛篮式模具都能造成管材融合线，如果材料、工艺、模具结构匹配不当，管材的融合线也会对塑料管道性能带来负面影响。

聚苯醚材料作为管道的主体材料时，用常规的定型方法难以得到高质量的聚苯醚管材，本发明以常规的塑料管道挤出过程，但以新的定型方法来获得高质量的聚苯醚塑料管道。

发明内容

本发明的目的在实现一种高性能聚苯醚塑料管道的制备方法，主要包括聚苯醚材料和定型方法两个方面。要实现聚苯醚管道高性能化，首先是材料的高性能化，然后通过恰当的工艺方法和设备将材料的优异性能转移到管道产品上。主要步骤为，按质量百分比计，以超过60%的聚苯醚树脂作为主体，经挤出机在适合的温度下将其熔融塑化，熔体通过一个截面为闭环，由口模和芯棒之间形成的空腔的模具装置，在牵引机作用下，离开模具后形成熔体管坯，快速进入有真空和高温介质、长度很短的定型箱体，快速定型管坯，最后切割成为管材。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种聚苯醚塑料管道的制备方法，包括如下步骤：

（1）、材料确定

聚苯醚管道所用料是以聚苯醚树脂为主体的管道级专用料，聚苯醚树脂含量大于60%，具体由以下组份组成：聚苯醚树脂：60～90%；抗冲改性剂：5～20%；超支化聚合物：0.1～5%；阻燃剂：0～20%；纳米材料：3～5%；助剂：1～5%；抗氧剂：0.1～0.3%；抗静电剂：3～5%。

可用于本发明的特定聚苯醚树脂包括（但不局限于）：聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚）；聚（2，6-二甲基-共聚-2，3，6-三甲苯基-1，4-亚苯基醚）；聚（2，3，6-三甲苯基-1，4-亚苯基醚）；聚（2，6-二乙基-1，4-亚苯基醚），优选聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚）。

可用于本发明的抗冲改性剂包括（但不局限于）：苯乙烯—丙烯腈/苯乙烯—丁二烯共聚物（ABS）；苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物（SEBS）；苯乙烯—乙烯/丙烯—苯乙烯共聚物（SEPS）；三元乙丙橡胶接枝苯乙烯（EPDM-g-PS）。

超支化聚合物包括（但不局限于）：超支化聚酯系列；超支化聚酰胺系列。

阻燃剂系有机磷阻燃剂，包括（但不局限于）：四苯基（双酚A）二磷酸酯（BDP）、间苯二酚——双（磷酸二苯酯）（RDP）、磷酸三苯酯（TPP）、间苯二酚[二（2，6——二甲苯基）磷酸酯]（RXP）、磷酸三甲苯酯、磷酸三（壬基苯）酯、磷酸苯基双十二烷基酯、磷酸苯基双新戊酯、磷酸苯基双（3、5、5'——三甲己基）酯、磷腈类阻燃剂、有机硅类阻燃剂。

纳米材料在空间维度是指零维、一维、二维材料，维度尺寸小于30纳米，包括（但不限于）：纳米蒙脱土、碳纳米材料。

抗氧剂是指四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]戊季四醇酯（抗氧剂1010）、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（抗氧剂168）。

可耐250℃以上的高温抗静电剂MST、PST系列，产自浙江佳华精化。

助剂为氧化锌和硫化锌。

聚苯醚管材专用材料的典型方案之一：

聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚） 70～80%

苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物（SEBS） 8～12%

超支化聚酯 2～5%

四苯基（双酚A）二磷酸酯（BDP） 10～20%

纳米蒙脱土 3～5%

抗氧剂1010 0.1%

抗氧剂168 0.1%

抗静电剂MST-300 3～5%

助剂氧化锌 1～3%

助剂硫化锌 1～3%

该配方是典型的聚苯醚阻燃抗静电管材专用料，用于生产具有阻燃、抗静电功能的管道，根据用途不同，可以将配方调整为阻燃聚苯醚管道专用料、抗静电聚苯醚管道专用料、或者不具有非力学特殊性能要求的管道专用料等，生产的聚苯醚塑料管道可应用于对应的领域。需要申明的是，上述配方只是典型方案之一，材料配方不限于该优选方案中的原材料，根据不同性能要求和应用领域，可对该典型方案中的原材料进行新的配方组合。

（2）、制作聚苯醚管道专用料

2.1、在材料混合加工前，先将配方中纳米材料和配放量为二分之一的超支化聚合物在转速为2000rpm以上的混合机里均匀混合，搅拌时料温控制在80～100℃之间，时间不低于10分钟；

2.2、将上述混合好的材料再与剩余的配方材料在70℃下，转速至少为600rpm的高混机中搅拌，将其混合均匀，用具有剪切混炼元件的同向双螺杆挤出机，各区温度设置为250～290℃，机头240～270℃，双螺杆转速为200～300rpm，喂料速度为20～40rpm的工艺条件下，将上述配方材料制作成聚苯醚管道专用料；

（3）、聚苯醚管道的挤出定型

高性能聚苯醚塑料管道除原材料这一要素以外，其挤出定型的过程和方法也很重要。这种高性能的聚苯醚塑料管道的挤出定型加工过程如下：

3.1、挤出

用单螺杆挤出机，螺杆上带有主副螺纹，副螺纹起始于螺杆的压缩段，螺槽深度为等距不等深的渐变型螺杆，螺杆整体压缩比为2.5:1，长径比为33:1，挤出时各区温度设定为180℃、200℃、230℃、250℃、250℃、260℃，模具的压缩比不低于6:1，模具的平直段与管材壁厚之比为25:1，模具温度设定为260℃、260℃、270℃、270℃、芯模温度设定为280℃；

具体如下：

3.1.1、聚苯醚管道专用料在90～110℃下，用热风干燥料斗或者除湿干燥机里干燥至少3小时，水分含量低于50mg/Kg；

3.1.2、挤出时聚苯醚管道专用料在单螺杆挤出机不低于20rpm的速度下熔融塑化，熔融塑化的聚苯醚熔体通过挤出机头法兰和连接体，法兰和连接体的温度255±5℃；

3. 1.3、熔体进入模具前腔，熔体逐渐由旋转运动转变为直线运动，再通过一个有分流作用的支架结构；

3.1.4、熔体在模具内因挤出压力而向前运动，同时利用模具的高压缩比使分流的熔体在280±10℃下再融合；

3.1.5、融合的熔体进入模具的平直段，模具的口模和芯模之间的空腔使熔体形成管坯，平直段长度至少是管材壁厚的25倍以上，聚苯醚管坯的温度为280±10℃；

3.1.6、熔体管坯在牵引力的作用下，快速离开模具，快速进入安装在真空定型箱内的定径套；

3.2、定型

管坯先进入安装在真空定型箱内部的定径套，管坯外表面与定径套内表面接触，定径套上开有很多小孔，通过管道向箱体内部引入经过加热的冷却水，冷却水的温度要达到60℃～95℃，冷却方式为浸浴、喷淋或者空冷，定型箱的真空度为0.02～0.04MPa；

其中，聚苯醚管坯在定型箱内定型为高性能管材是关键，包括：

（1）、很短的定型箱体，长度与普通塑料管成型设备的定型箱体长度（一般是6米）相比很短，仅有0.5～1.5m。

（2）、高性能聚苯醚管道定型与牵引线速度有关，牵引线速度较好的是不低于0.5米/秒，最好是1.5～3.0m/s之间。

（3）、通过管道向箱体内部引入经过加热的冷却水，冷却水的温度要达到60℃～95℃，高温冷却水与刚进入定径套的管坯进行热交换，热交换的形式可以是喷淋，也可以在定性箱体内将整个管坯浸入高温冷却水中；在真空度特别稳定的情况下，甚至不需要专门向定型箱内输入热交换介质，利用管坯周围的空气进行热交换，仅在定径套根部通入极少的高温冷却水，核心是管坯冷却的速度慢、热交换强度低、但是定型又要快速。

（4）、在管坯定型时的直线运动过程中与定径套内壁形成水膜，起润滑作用，提高表面质量。

3.3、管坯经真空箱定型后，在牵引机作用下连续稳定地送入切割机进行定长切割。

该方法不限于挤压成型截面为圆形的管道，也可以成型截面为椭圆、方形等截面为闭环的异型管道。

发明原理：从材料角度来说，聚苯醚材料本身具有优异的力学性能。本发明所用的材料是聚苯醚树脂含量至少60%以上的多组分体系，其余的是抗冲改性剂、加工助剂及其它功能助剂等，因为本发明是一种承压能力为3.0MPa以上的塑料管道，材料的屈服强度必须要达到55MPa以上，聚苯醚树脂在配方材料中占主体，利用聚苯醚树脂的高强度来保证管道材料的强度。从高分子物理角度来说它是混合物，微观结构上是“海—岛结构”，即聚苯醚属于“海”，也叫连续相，其它组份为“岛”，也叫分散相，连续相和分散相之间存在一定程度的“微相分离”作用，即部分相容。这种共混物各组分的流变特性不相同，高温挤出加工时在流动场所表现的流动行为也不相同。聚苯醚高分子主链上含有大量的苯环，属于刚性高分子链范畴，其运动较柔性链运动困难，自然状态下是卷曲状态，在应力场作用下，分子链由卷曲状态变为伸直链，即发生沿应力场方向的分子链取向，由于其刚性链的属性，相比其它共混组份会发生更明显的“滞后效应”，分子链难以及时回复到卷曲状态，导致“微相分离”程度增加，同时取向作用明显，这意味着材料凝聚态结构发生改变，对塑料管道的力学性能相应地产生负面影响。这是本发明的基本原理和理论基础，通过合理的定型方法避免“微相分离”和“滞后效应”，尽可能使材料的性能转移到聚苯醚塑料管道上。所以，聚苯醚塑料管道的定型方法较常规的塑料管材挤出定型会有很大的不同，用常规定型方法所挤出的管材抗冲击性能差，达不到材料本身强度所提供的长期承压能力，因为常规的管道定型方法使材料发生微观结构上不可逆的变化。

本发明定型方法生产的聚苯醚管道力学性能达到如下效果：

1、拉伸性能：拉伸强度≥55MPa；断裂伸长率≥10%。

2、爆破压力≥3倍公称压力MPa。

3、纵向回缩率（200±2℃，恒温30min）：＜5%。

4、落锤冲击性能：落锤质量11Kg，高度2m，10个试样受冲击，结果为无破裂、不变形，达到超高冲击性能。

5、爆破压力：≥10MPa。

6、静液压强度见下表

根据1000小时静液压强度试验数据，采用线性回归法外推，可预测聚苯醚在3.0MPa下使用30年。

7、耐慢速应力开裂（参照GB/T18746）

管材表面刻“V”型槽，深度为壁厚的20%，常温下35MPa环应力的静液压试验，试验时间大于1000小时。

本发明公开了获得高性能聚苯醚管道的方法，包括原材料配方和定型方法，对材料配方的要求是以聚苯醚树脂为主体，在扫描电镜下观察材料微观形貌结构，聚苯醚材料为连续相，即质量百分比至少达到60%，再添加各种改性材料实现不同的功能要求。作为管道，材料性能与管道性能之间无必然的因果关系，必须通过恰当的设备和定型方法使提高管道力学性能，本发明同时重点公开了定型方法，使聚苯醚材料的优异性能尽可能转移到管道产品上的方法，可以有效在线消除管材的内应力和沿纵向的融合线等问题。该方法可有效解决聚苯醚管材沿轴向融合线及管材内应力问题，使聚苯醚塑料管道达到超高抗冲击能力，按照GB/T14152测试，当管材规格为dn110×5.0mm时，在11Kg、2m条件下冲击不仅不破裂，而且还不变形；当设计使用压力为3.0MPa时，线性回归法外推预测管材设计使用寿命可以达30年。用这种方法可使聚苯醚管道达到高抗冲、高耐压、长寿命的效果。该管道可应用于正压给排水、化工介质、正负压气体等流体输送。

具体实施方式

下面以聚苯醚管材规格为dn110×7.5mm作为实施例和比较例加以具体说明。

实施例1

一种聚苯醚塑料管道的制备方法，包括如下步骤：

（1）、聚苯醚阻燃抗静电管道专用材料如下：

聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚） 62.0%

苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物（SEBS） 12.0%

超支化聚酯 3.0%

四苯基（双酚A）二磷酸酯（BDP） 12.0%

纳米蒙脱土 3.8%

抗氧剂1010 0.1%

抗氧剂168 0.1%

抗静电剂MST-300 4.0%

氧化锌 1.5%

硫化锌 1.5%

（2）、制作聚苯醚管道专用料

2.1、先将配方中纳米蒙脱土和配放量为二分之一的超支化聚酯在转速为2000rpm以上的混合机里均匀混合，搅拌时料温控制在80～100℃之间，时间不低于10分钟。

2.2、将上述混合好的材料再与其他剩余的配方材料在70℃下，转速至少为600rpm的高混机中搅拌10min，将其混合均匀，用具有剪切混炼元件的同向双螺杆挤出机，各区温度设置为250～290℃，机头240～270℃，双螺杆转速为200～300rpm，喂料速度为20～40rpm的工艺条件下，将上述配方材料制作成聚苯醚管道专用料。

（3）、聚苯醚管道的挤出定型

3.1、挤出

用单螺杆挤出机，螺杆上带有主副螺纹，副螺纹起始于螺杆的压缩段，螺槽深度为等距不等深的渐变型螺杆，螺杆整体压缩比为2.5:1，长径比为33:1。

挤出成型工艺参数：

挤出时各区温度设定：180℃、200℃、230℃、250℃、250℃、260℃。

法兰和连接体温度分别设定：260℃、255℃。

模具温度设定：260℃、260℃、270℃、270℃。

芯模温度设定：280℃。

管坯温度：＞280℃。

冷却方式：浸浴；冷却水温度：90℃；真空度：0.03MPa

具体如下：

3.1.1、聚苯醚管道专用料在100℃下，用热风干燥料斗或者除湿干燥机里干燥至少3小时，水分含量低于50mg/Kg；

3.1.2、挤出时聚苯醚管道专用料在单螺杆挤出机不低于20rpm的速度下熔融塑化，熔融塑化的聚苯醚熔体通过挤出机头法兰和连接体；

3.1.3、熔体进入模具前腔，熔体逐渐由旋转运动转变为直线运动，再通过一个有分流作用的支架结构；

3.1.4、熔体在模具内因挤出压力而向前运动，同时利用模具的高压缩比使分流的熔体在280±10℃下再融合；

3.1.5、融合的熔体进入模具的平直段，模具的口模和芯模之间的空腔使熔体形成管坯，平直段长度至少是管材壁厚的25倍以上，聚苯醚管坯的温度为280±10℃；

3.1.6、熔体管坯在牵引力的作用下，螺杆转速：80转/分；牵引速度2.0m/min，快速离开模具，快速进入安装在真空定型箱内的定径套；

3.2、管坯先进入安装在真空定型箱内部的定径套，管坯外表面与定径套内表面接触，定径套上开有很多小孔，通过管道向箱体内部引入经过加热的冷却水，冷却水的温度要达到90℃，冷却方式为浸浴、定型箱的真空度为0.03MPa；

其中，聚苯醚管坯在定型箱内定型为高性能管材是关键，包括：

（1）、很短的定型箱体，长度与普通塑料管成型设备的定型箱体长度（一般是6米）相比很短，仅有0.5～1.5m。

（2）、高性能聚苯醚管道定型与牵引线速度有关，牵引线速度较好的是不低于0.5米/秒，最好不低于1.5米/秒。

（3）、通过管道向箱体内部引入经过加热的冷却水，冷却水的温度要达到90℃，高温冷却水与刚进入定径套的管坯进行热交换，在定性箱体内将整个管坯浸入高温冷却水中。

（4）、在管坯定型时的直线运动过程中与定径套内壁形成水膜，起润滑作用，提高表面质量。

3.3、管坯经真空箱定型后，在牵引机作用下连续稳定地送入切割机进行定长切割。

实施例2

本实施例方法同实施例1，区别如下：

1、阻燃聚苯醚管道专用材料

聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚） 63.5%

苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物（SEBS） 12.8%

超支化聚酯 3.0%

四苯基（双酚A）二磷酸酯（BDP） 14.0%

纳米蒙脱土 3.0%

抗氧剂1010 0.1%

抗氧剂168 0.1%

氧化锌 1.5%

硫化锌 2.0%

先将配方中纳米蒙脱土和配放量为二分之一的超支化聚酯在转速为2000rpm以上的混合机里均匀混合，搅拌时料温控制在80～100℃之间，时间不低于10分钟。

将上述混合好的材料再与其他剩余的配方材料在70℃下，转速至少为600rpm的高混机中搅拌10min，将其混合均匀，用具有剪切混炼元件的同向双螺杆挤出机，各区温度设置为250～290℃，机头240～270℃，双螺杆转速为200～300rpm，喂料速度为20～40rpm的工艺条件下，将上述配方材料制作成聚苯醚管道专用料。

2.聚苯醚管道工艺过程

2.1、原材料干燥处理：在100℃下，除湿干燥至少3小时。

2.2、挤出成型工艺参数：

挤出时各区温度设定：180℃、200℃、230℃、250℃、250℃、260℃。

法兰和连接体温度分别设定：260℃、255℃。

模具温度设定：260℃、260℃、270℃、270℃。

芯模温度设定：280℃。

管坯温度：＞280℃。

螺杆转速：80转/分；牵引速度：2.0米/分；

冷却方式：喷淋；冷却水温度：90℃；真空度：0.03MPa。

实施例3

本实施例方法同实施例1，区别如下：

1、普通聚苯醚管道专用材料

聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚） 74.3%

苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物（SEBS） 16%

超支化聚酯 3.0%

纳米蒙脱土 3.0%

抗氧剂1010 0.1%

抗氧剂168 0.1%

氧化锌 2.0%

硫化锌 1.5%

先将配方中纳米蒙脱土和配放量为二分之一的超支化聚酯在转速为2000rpm以上的混合机里均匀混合，搅拌时料温控制在80～100℃之间，时间不低于10分钟。

将上述混合好的材料再与其他剩余的配方材料在70℃下，转速至少为600rpm的高混机中搅拌10min，将其混合均匀，用具有剪切混炼元件的同向双螺杆挤出机，各区温度设置为250～290℃，机头240～270℃，双螺杆转速为200～300rpm，喂料速度为20～40rpm的工艺条件下，将上述配方材料制作成聚苯醚管道专用料。

2、聚苯醚管道工艺过程

2.1、原材料干燥处理：在100℃下，除湿干燥至少3小时。

2.2、挤出成型工艺参数：

挤出时各区温度设定：180℃、200℃、230℃、250℃、250℃、260℃。

法兰和连接体温度分别设定：265℃、260℃。

模具温度设定：260℃、260℃、270℃、270℃。

芯模温度设定：280℃。

管坯温度：＞280℃。

螺杆转速：80转/分；牵引速度：2.0米/分；

冷却方式：空气作为冷却介质；真空度：0.03MPa

为了说明定型工艺方法的重要性，下面用比较例加以说明定型工艺方法的重要性。

比较例1（原料同实施例1）

（1）、原材料干燥处理：在100℃下，除湿干燥至少3小时。

（2）、实施例1的工艺参数不变，仅将冷却水的温度调整为50℃。

比较例2（原料同实施例2）

（1）、原材料干燥处理：在100℃下，除湿干燥至少3小时。

（2）、实施例2的工艺参数不变，仅将冷却水的温度调整为50℃

仅以冲击这1项指标，比较实施例和比较例的结果见下表：

管材规格：dn110×7.5mm

试验标准：GB/T14152，落锤重量：11Kg，高度：2m，d25型锤头。

经发明人的实践，聚苯醚材料为主体的管道定型采用常规定型方法难以得到高性能的聚苯醚管道，这在技术背景中已经说明，本发明内容中公开了高性能聚苯醚管道的定型过程和方法，包括聚苯醚管道材料的典型特征。按照本发明提供的管材定型方案，可以加工设计使用寿命长、承压能力高、抗冲能力强、阻燃，抗静电等各种不同功能和满足不同应用领域要求的聚苯醚塑料管道。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明技术方案的范围前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种聚苯醚塑料管道的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、材料确定

聚苯醚管道所用料是以聚苯醚树脂为主体的管道级专用料，聚苯醚树脂含量大于60%，具体由以下组份组成：聚苯醚树脂：60～90%；抗冲改性剂：5～20%；超支化聚合物：0.1～5%；阻燃剂：0～20%；纳米材料：3～5%；助剂：1～5%；抗氧剂：0.1～0.3%；抗静电剂：3～5%；

（2）、制作聚苯醚管道专用料

2.1、在材料混合加工前，先将配方中纳米材料和配放量为二分之一的超支化聚合物在转速为2000rpm以上的混合机里均匀混合，搅拌时料温控制在80～100℃之间，时间不低于10分钟；

2.2、将上述混合好的材料再与剩余的配方材料在70℃下，转速至少为600rpm的高混机中搅拌，将其混合均匀，用具有剪切混炼元件的同向双螺杆挤出机，各区温度设置为250～290℃，机头240～270℃，双螺杆转速为200～300rpm，喂料速度为20～40rpm的工艺条件下，将上述配方材料制作成聚苯醚管道专用料；

（3）、聚苯醚管道的挤出定型

3.1、挤出

用单螺杆挤出机，螺杆上带有主副螺纹，副螺纹起始于螺杆的压缩段，螺槽深度为等距不等深的渐变型螺杆，螺杆整体压缩比为2.5:1，长径比为33:1，挤出时各区温度设定为180℃、200℃、230℃、250℃、250℃、260℃，模具的压缩比不低于6:1，模具的平直段与管材壁厚之比为25:1，模具温度设定为260℃、260℃、270℃、270℃、芯模温度设定为280℃；

具体如下：

3.1.1、聚苯醚管道专用料在90～110℃下，用热风干燥料斗或者除湿干燥机里干燥至少3小时，水分含量低于50mg/Kg；

3.1.2、挤出时聚苯醚管道专用料在单螺杆挤出机不低于20rpm的速度下熔融塑化，熔融塑化的聚苯醚熔体通过挤出机头法兰和连接体，法兰和连接体的温度255±5℃；

3.1.3、熔体进入模具前腔，熔体逐渐由旋转运动转变为直线运动，再通过一个有分流作用的支架结构；

3.1.4、熔体在模具内因挤出压力而向前运动，同时利用模具的高压缩比使分流的熔体在280±10℃下再融合；

3.1.5、融合的熔体进入模具的平直段，模具的口模和芯模之间的空腔使熔体形成管坯，平直段长度至少是管材壁厚的25倍以上，聚苯醚管坯的温度为280±10℃；

3.1.6、熔体管坯在牵引力的作用下，离开模具，进入安装在真空定型箱内的定径套；

3.2、定型

管坯先进入安装在真空定型箱内部的定径套，管坯外表面与定径套内表面接触，定径套上开有很多小孔，通过管道向箱体内部引入经过加热的冷却水，冷却水的温度要达到60℃～95℃，冷却方式为浸浴、喷淋或者空冷，定型箱的真空度为0.02～0.04MPa；

其中，定型箱体长度0.5～1.5m；牵引机的线速度为0.5m/s~3.0m/s；

3.3、管坯经真空箱定型后，在牵引机作用下连续稳定地送入切割机进行定长切割。

2.根据权利要求1所述的聚苯醚塑料管道的制备方法，其特征在于：

聚苯醚树脂为，聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚）、聚（2，6-二甲基-共聚-2，3，6-三甲苯基-1，4-亚苯基醚）、聚（2，3，6-三甲苯基-1，4-亚苯基醚）、聚（2，6-二乙基-1，4-亚苯基醚）或者聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚）；

抗冲改性剂为，苯乙烯—丙烯腈/苯乙烯—丁二烯共聚物、苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物、苯乙烯—乙烯/丙烯—苯乙烯共聚物或者三元乙丙橡胶接枝苯乙烯；

超支化聚合物为，超支化聚酯或者超支化聚酰胺；

阻燃剂为有机磷阻燃剂，包括四苯基（双酚A）二磷酸酯、间苯二酚——双（磷酸二苯酯）、磷酸三苯酯、间苯二酚[二（2，6——二甲苯基）磷酸酯]、磷酸三甲苯酯、磷酸三（壬基苯）酯、磷酸苯基双十二烷基酯、磷酸苯基双新戊酯、磷酸苯基双（3、5、5'——三甲己基）酯、磷腈类阻燃剂或者有机硅类阻燃剂；

纳米材料为，纳米蒙脱土或者碳纳米材料；

抗氧剂为，四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]戊季四醇酯或者三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；

抗静电剂为MST、PST；

助剂为氧化锌和硫化锌。

3.根据权利要求2所述的聚苯醚塑料管道的制备方法，其特征在于：聚苯醚管材专用材料的配方为：

聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚） 70～80%

苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物 8～12%

超支化聚酯 2～5%

四苯基（双酚A）二磷酸酯 10～20%

纳米蒙脱土 3～5%

抗氧剂1010 0.1%

抗氧剂168 0.1%

抗静电剂MST-300 3～5%

助剂 1～5%。

4.一种聚苯醚塑料管道专用料，其特征在于：由以下组份组成：聚苯醚树脂：60～90%；抗冲改性剂：5～20%；超支化聚合物：0.1～5%；阻燃剂：0～20%；纳米材料：3～5%；助剂：1～5%；抗氧剂：0.1～0.3%；抗静电剂：3～5%。

5.根据权利要求4所述的聚苯醚塑料管道专用料，其特征在于：

聚苯醚树脂为，聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚）、聚（2，6-二甲基-共聚-2，3，6-三甲苯基-1，4-亚苯基醚）、聚（2，3，6-三甲苯基-1，4-亚苯基醚）、聚（2，6-二乙基-1，4-亚苯基醚）或者聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚）；

抗冲改性剂为，苯乙烯—丙烯腈/苯乙烯—丁二烯共聚物、苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物、苯乙烯—乙烯/丙烯—苯乙烯共聚物或者三元乙丙橡胶接枝苯乙烯；

超支化聚合物为，超支化聚酯或者超支化聚酰胺；

阻燃剂为有机磷阻燃剂，包括四苯基（双酚A）二磷酸酯、间苯二酚——双（磷酸二苯酯）、磷酸三苯酯、间苯二酚[二（2，6——二甲苯基）磷酸酯]、磷酸三甲苯酯、磷酸三（壬基苯）酯、磷酸苯基双十二烷基酯、磷酸苯基双新戊酯、磷酸苯基双（3、5、5'——三甲己基）酯、磷腈类阻燃剂或者有机硅类阻燃剂；

纳米材料为，纳米蒙脱土或者碳纳米材料；

抗氧剂为，四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]戊季四醇酯或者三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；

抗静电剂为MST、PST；

助剂为氧化锌、硫化锌。

6.根据权利要求5所述的聚苯醚塑料管道专用料，其特征在于：由以下组份组成：

聚（2，6-二甲基-1，4-亚苯基醚） 70～80%

苯乙烯—乙烯/丁烯—苯乙烯共聚物 8～12%

超支化聚酯 2～5%

四苯基（双酚A）二磷酸酯 10～20%

纳米蒙脱土 3～5%

抗氧剂1010 0.1%

抗氧剂168 0.1%

抗静电剂MST-300 3～5%

助剂 1～5%。