CN108397608A - 一种双层复合管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双层复合管材，包括内层和外层，内层与所述外层之间设有粘合层：内层为由质量百分比为43%～45%的超高分子质量聚乙烯和30%～32%和低密度聚乙烯制成；外层由改性纳米碳酸钙2%‑15%、HDPE62%‑70%、纳米碳酸钙20%‑28%以及润滑剂0.5%‑6%制成；粘合层由涂覆的粘合剂而成，该粘合剂由下列成分组成，生胶、丁苯橡胶、硅溶胶、耐火泥、沥青、松香、二氧化硅、氧化锌、水、二乙烯三胺；该发明的有益效果：本发明具有较好的耐紫外线和核辐射性、柔韧性及优良的耐磨、耐久性，该粘合剂混溶性好，常温自干，无毒无味，附着力强，加入改性纳米碳酸钙以及纳米碳酸钙使得复合材料具有更好的力学性能，相比HDPE双壁波纹管，具有更好的韧性，更好的硬度低以及更强的耐环境应力开裂性。

Description

一种双层复合管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及供水工程用复合管材生产技术领域，具体涉及一种双层复合管材及其制备方法。
背景技术
目前国内众多输送机械行业所用的托辊有钢管、尼龙管、钢外覆橡胶管、钢外套PE管等种类，单纯使用钢管做托辊存在易生锈、摩擦阻力大和对输送带磨损严重等缺陷；而使用尼龙管做托辊，生产长度只能在 500mm 之内，一旦加长则不能承载较大的负荷；钢管外覆橡胶虽然弹性较好，但同样存在摩擦阻力大的缺陷；而使用钢管外套聚乙烯管材，尽管在装配时可采用过盈配合使钢管与外套的聚乙烯管之间减少间隙，但由于在运行过程中经过摩擦后会产生一定的热量，而聚乙烯套管在受热后外径膨胀，从而出现打滑现象，使用寿命受到一定的影响。为了解决粘合问题，现有技术中采用增加粘合剂的方法，但由于管材使用环境具有较大的腐蚀性且特别在寒冷的北方，使用一段时间后仍然脱落。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种具有较好的耐候性，且粘合性好，降低管材的成本的双层复合管材。
技术方案：一种双层复合管材，包括内层和外层，所述内层与所述外层之间设有粘合层：所述内层为由质量百分比为43% ～45% 的超高分子质量聚乙烯和30% ～32% 和低密度聚乙烯制成；所述外层由改性纳米碳酸钙2%-15%、HDPE62%-70%、纳米碳酸钙 20%-28% 以及润滑剂 0.5%-6%制成；所述粘合层由涂覆的粘合剂而成，该粘合剂由下列成分组成，按重量份计：
生胶 75-82 份
丁苯橡胶2 ～ 9 份
硅溶胶 13-15 份
耐火泥14 份
沥青6份
松香8份
二氧化硅6 ～18
氧化锌4-6 份
水25-30 份
二乙烯三胺15-27 份
优选地，所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或聚乙烯蜡。
优选地，所述外层由改性纳米碳酸钙通过将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物后，再在所述纳米碳酸与水的混合物中加入偶联剂的方法得到；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为15%-32%；所述水的含量为45%-60%；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为90%-93%；所述偶联剂的含量为4%-10%，且该偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。
优选地，所述（1）材料配比和除潮：按权利要求1所述原料的配比选取内层原料和外层原料，将配比好的内层材料和外层材料分别进行除潮；（2）材料塑化：将步骤（1）所得的内层材料和外层材料分别输送至螺杆挤出设备的内层进料口和外层进料口，将所述螺杆挤出设备的加料输送段温度设定在180～ 200℃，压缩段、熔融段的温度设定在220 ～ 235℃，均化段温度设定在230～ 232℃，塑化段温度定在221～225℃，开启该螺杆挤出设备，将所述材料进行塑化；（3）材料成型：步骤（2）所得的经过塑化后的材料进入机头，使内层材料与外层材料共挤成型，得到成型后的管坯；（4）真空定径：将步骤（3）所得的管坯在真空度为0.3 ～ 0.4MPa 的条件下，采用定径套进行定径；（5）喷淋冷却：当步骤（4）中的管坯进入定径套时，采用真空定型箱冷却系统，进行多段式喷淋冷却，冷却后得到制备完成的双层复合管材。
优选地，所述步骤（1）中的除潮方法为：a.一次除潮：将干燥机预热0.5小时，预热温度设置为90℃；将配比好的材料倒入干燥机中除潮1 ～ 1.5 小时后放料，且在放料口处吹风排潮；b. 二次除潮：将步骤a所得的材料经真空吸料机输送至真空贮料仓，再经真空贮料仓漏至二次除潮料斗进行二次加热除潮，二次加热除潮温度为80 ～ 90℃，时间为10 ～15min。
优选地，所述步骤（3）所述材料成型过程中：机头的第一区合流区的温度设置为240 ～ 250℃；第二区内层和外层合流共挤区的区温度设置为230 ～ 235℃；第三区和第四区共挤压缩区的温度分别设置为230 ～235℃、240 ～ 245℃；第五区管材成型区的内加热温度设置为240 ～ 245℃，外加热温度设置为230 ～235℃。
优选地，所述步骤（2）所述螺杆挤出设备为 SG/125-33DPE 螺杆挤出机。
优选地，所述步骤（2）中所述塑化阶段的料筒均采用注铅电加热，加热圈功率为2.5～3kw，360A，供电为热，机身温度降温采用冷却风机。
优选地，所述步骤（4）所述定径套由黄铜制成，其长度为管材外径的两倍；定径时主机转为 45HZ，管材压力等级为 0.6 ～0.8MPa 区间内，管坯在定径套内的时间为 1.5～ 2min。
优选地，所述步骤（5）中喷淋冷却过程为：管坯进入定径套的第一仓前段 1.5 米为加密喷淋区，水温为 40 ～ 42℃；第二段为冷却喷淋固化区，水温为30 ～ 35℃；第三段为稳定冷却区，水温为 15℃；喷淋冷却时的真空度为 0.03 ～ 0.04MPa。
有益效果：本发明的优点在于：本发明具有较好的耐紫外线和核辐射性、柔韧性及优良的耐磨、耐久性，该粘合剂混溶性好，常温自干，无毒无味，附着力强，加入改性纳米碳酸钙以及纳米碳酸钙使得复合材料具有更好的力学性能，相比 HDPE 双壁波纹管，具有更好的韧性，更好的硬度低以及更强的耐环境应力开裂性。
具体实施方式
实施例一
一种双层复合管材，包括内层和外层，所述内层与所述外层之间设有粘合层：所述内层为由质量百分比为43% ～45% 的超高分子质量聚乙烯和30% ～32% 和低密度聚乙烯制成；所述外层由改性纳米碳酸钙2%-15%、HDPE62%-70%、纳米碳酸钙 20%-28% 以及润滑剂0.5%-6%制成；所述粘合层由涂覆的粘合剂而成，该粘合剂由下列成分组成，按重量份计：生胶 75份、丁苯橡胶2份、硅溶胶13份、耐火泥14 份、沥青6份、松香8份、二氧化硅6份、氧化锌4份、水25、份、二乙烯三胺15-27 份
优选地，润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或聚乙烯蜡。
优选地，外层由改性纳米碳酸钙通过将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物后，再在纳米碳酸与水的混合物中加入偶联剂的方法得到；按重量百分比计，纳米碳酸钙的含量为15%；所述水的含量为45%；按重量百分比计，纳米碳酸钙与水的混合物的含量为90%；所述偶联剂的含量为4%，且该偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。
本发明提供的复合管材加入改性纳米碳酸钙以及纳米碳酸钙使得复合材料具有更好的力学性能，相比 HDPE 双壁波纹管，具有更好的韧性，更好的硬度低以及更强的耐环境应力开裂性。
本发明提供了一种复合管材的制造方法，包括：
（1）材料配比和除潮：原料的配比选取内层原料和外层原料，将配比好的内层材料和外层材料分别进行除潮；
（2）材料塑化：将步骤（1）所得的内层材料和外层材料分别输送至螺杆挤出设备的内层进料口和外层进料口，将所述螺杆挤出设备的加料输送段温度设定在180℃，压缩段、熔融段的温度设定在220℃，均化段温度设定在230℃，塑化段温度定在221℃，开启该螺杆挤出设备，将所述材料进行塑化；
（3）材料成型：步骤（2）所得的经过塑化后的材料进入机头，使内层材料与外层材料共挤成型，得到成型后的管坯；
（4）真空定径：将步骤（3）所得的管坯在真空度为 0.3 MPa 的条件下，采用定径套进行定径；
（5）喷淋冷却：当步骤（4）中的管坯进入定径套时，采用真空定型箱冷却系统，进行多段式喷淋冷却，冷却后得到制备完成的双层复合管材。
步骤（1）中的除潮方法为：
a.一次除潮：将干燥机预热0.5小时，预热温度设置为90℃；将配比好的材料倒入干燥机中除潮1小时后放料，且在放料口处吹风排潮；
b. 二次除潮：将步骤a所得的材料经真空吸料机输送至真空贮料仓，再经真空贮料仓漏至二次除潮料斗进行二次加热除潮，二次加热除潮温度为80℃，时间为10 min。
优选地，步骤（3）所述材料成型过程中：机头的第一区合流区的温度设置为240℃；第二区内层和外层合流共挤区的区温度设置为230℃；第三区和第四区共挤压缩区的温度分别设置为230℃、240℃；第五区管材成型区的内加热温度设置为240℃，外加热温度设置为230℃。
优选地，步骤（2）所述螺杆挤出设备为 SG/125-33DPE 螺杆挤出机。
优选地，步骤（2）中所述塑化阶段的料筒均采用注铅电加热，加热圈功率为 2.5～3kw，360A，供电为热，机身温度降温采用冷却风机。
优选地，步骤（4）所述定径套由黄铜制成，其长度为管材外径的两倍；定径时主机转为 45HZ，管材压力等级为 0.6MPa 区间内，管坯在定径套内的时间为 1.5 min。
优选地，步骤（5）中喷淋冷却过程为：管坯进入定径套的第一仓前段 1.5 米为加密喷淋区，水温为 40℃；第二段为冷却喷淋固化区，水温为30℃；第三段为稳定冷却区，水温为 15℃；喷淋冷却时的真空度为 0.03 MPa。
实施例二
一种双层复合管材，包括内层和外层，所述内层与所述外层之间设有粘合层：所述内层为由质量百分比为45% 的超高分子质量聚乙烯和32% 和低密度聚乙烯制成；所述外层由改性纳米碳酸钙15%、HDPE70%、纳米碳酸钙28% 以及润滑剂 6%制成；所述粘合层由涂覆的粘合剂而成，该粘合剂由下列成分组成，按重量份计：生胶82 份、丁苯橡胶9 份、硅溶胶 15份、耐火泥14 份、沥青6份、松香8份、二氧化硅18份、氧化锌6 份、水30 份、二乙烯三胺27份。
优选地，所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂。
优选地，所述外层由改性纳米碳酸钙通过将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物后，再在所述纳米碳酸与水的混合物中加入偶联剂的方法得到；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量32%；所述水的含量为60%；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为93%；所述偶联剂的含量为10%，且该偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂。
提供了一种复合管材的制造方法，包括：
（1）材料配比和除潮：原料的配比选取内层原料和外层原料，将配比好的内层材料和外层材料分别进行除潮；
（2）材料塑化：将步骤（1）所得的内层材料和外层材料分别输送至螺杆挤出设备的内层进料口和外层进料口，将所述螺杆挤出设备的加料输送段温度设定在200℃，压缩段、熔融段的温度设定在235℃，均化段温度设定在232℃，塑化段温度定在221～225℃，开启该螺杆挤出设备，将所述材料进行塑化；
（3）材料成型：步骤（2）所得的经过塑化后的材料进入机头，使内层材料与外层材料共挤成型，得到成型后的管坯；
（4）真空定径：将步骤（3）所得的管坯在真空度为0.4MPa 的条件下，采用定径套进行定径；
（5）喷淋冷却：当步骤（4）中的管坯进入定径套时，采用真空定型箱冷却系统，进行多段式喷淋冷却，冷却后得到制备完成的双层复合管材。
所述步骤（1）中的除潮方法为：
a.一次除潮：将干燥机预热0.5小时，预热温度设置为90℃；将配比好的材料倒入干燥机中除潮1.5 小时后放料，且在放料口处吹风排潮；
b. 二次除潮：将步骤a所得的材料经真空吸料机输送至真空贮料仓，再经真空贮料仓漏至二次除潮料斗进行二次加热除潮，二次加热除潮温度为90℃，时间为15min。
优选地，所述步骤（3）所述材料成型过程中：机头的第一区合流区的温度设置为250℃；第二区内层和外层合流共挤区的区温度设置为235℃；第三区和第四区共挤压缩区的温度分别设置为235℃、245℃；第五区管材成型区的内加热温度设置为245℃，外加热温度设置为235℃。
优选地，所述步骤（2）所述螺杆挤出设备为 SG/125-33DPE 螺杆挤出机。
优选地，所述步骤（2）中所述塑化阶段的料筒均采用注铅电加热，加热圈功率为2.5～3kw，360A，供电为热，机身温度降温采用冷却风机。
优选地，所述步骤（4）所述定径套由黄铜制成，其长度为管材外径的两倍；定径时主机转为 45HZ，管材压力等级为0.8MPa 区间内，管坯在定径套内的时间为 2min。
优选地，所述步骤（5）中喷淋冷却过程为：管坯进入定径套的第一仓前段 1.5 米为加密喷淋区，水温为 42℃；第二段为冷却喷淋固化区，水温为35℃；第三段为稳定冷却区，水温为 15℃；喷淋冷却时的真空度为0.04MPa。
实施例三
一种双层复合管材，包括内层和外层，所述内层与所述外层之间设有粘合层：所述内层为由质量百分比为45% 的超高分子质量聚乙烯和32% 和低密度聚乙烯制成；所述外层由改性纳米碳酸钙15%、HDPE70%、纳米碳酸钙28% 以及润滑剂 6%制成；所述粘合层由涂覆的粘合剂而成，加工时将内层外表面进行喷砂，将外表面清洁干净，干燥30小时，在内层表面均匀涂覆一层粘合剂，然后将涂过粘合剂的外层在室温下干燥 15分钟，再将内层插入模具中，开启挤出机在内层外包覆一层超高分子量聚乙烯层，挤出机的各区加热温度依次为160℃、168℃、170℃、175℃、180℃、190℃，模口温度为180℃，挤出机主机转速为 360r/min，最后经水箱冷却即可；按重量份计，粘合剂由生胶 75份、丁苯橡胶2份、硅溶胶13份、耐火泥14 份、沥青6份、松香8份、二氧化硅6份、氧化锌4份、水25、份、二乙烯三胺15份。超高分子量聚乙烯层的厚度为 8mm。
6小时表面磨耗率 <0.15%
室温时的剥离强度 >42MPa
80℃时的剥离强度 >34MPa
-120℃时的剥离强度 >32MPa
悬臂梁冲击强度≥ 18KJ/m。

Claims (10)

1. 一种双层复合管材，包括内层和外层，其特征在于：所述内层与所述外层之间设有粘合层：所述内层为由质量百分比为43% ～45% 的超高分子质量聚乙烯和30% ～32% 和低密度聚乙烯制成；所述外层由改性纳米碳酸钙2%-15%、HDPE62%-70%、纳米碳酸钙 20%-28%以及润滑剂 0.5%-6%制成；所述粘合层由涂覆的粘合剂而成，该粘合剂由下列成分组成，按重量份计：
生胶 75-82 份
丁苯橡胶2 ～ 9 份
硅溶胶 13-15 份
耐火泥14 份
沥青6份
松香8份
二氧化硅6 ～18
氧化锌4-6 份
水25-30 份
二乙烯三胺15-27 份。
2.根据权利要求1所述的一种双层复合管材，其特征在于：所述润滑剂为石蜡、硬磷酸脂或聚乙烯蜡。
3.根据权利要求1所述的一种双层复合管材，其特征在于：所述外层由改性纳米碳酸钙通过将纳米碳酸钙与水混合并加热形成纳米碳酸钙与水的混合物后，再在所述纳米碳酸与水的混合物中加入偶联剂的方法得到；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙的含量为15%-32%；所述水的含量为45%-60%；按重量百分比计，所述纳米碳酸钙与水的混合物的含量为90%-93%；所述偶联剂的含量为4%-10%，且该偶联剂为：钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂或硅烷偶联剂。
4.一种权利要求 1 所述的一种双层复合管材及其制备方法，其特征在于：包括下列步骤：（1）材料配比和除潮：按权利要求1所述原料的配比选取内层原料和外层原料，将配比好的内层材料和外层材料分别进行除潮；（2）材料塑化：将步骤（1）所得的内层材料和外层材料分别输送至螺杆挤出设备的内层进料口和外层进料口，将所述螺杆挤出设备的加料输送段温度设定在180～ 200℃，压缩段、熔融段的温度设定在220 ～ 235℃，均化段温度设定在230～ 232℃，塑化段温度定在221～225℃，开启该螺杆挤出设备，将所述材料进行塑化；（3）材料成型：步骤（2）所得的经过塑化后的材料进入机头，使内层材料与外层材料共挤成型，得到成型后的管坯；（4）真空定径：将步骤（3）所得的管坯在真空度为 0.3 ～ 0.4MPa的条件下，采用定径套进行定径；（5）喷淋冷却：当步骤（4）中的管坯进入定径套时，采用真空定型箱冷却系统，进行多段式喷淋冷却，冷却后得到制备完成的双层复合管材。
5.根据权利要求4所述的一种双层复合管材及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中的除潮方法为：a.一次除潮：将干燥机预热0.5小时，预热温度设置为90℃；将配比好的材料倒入干燥机中除潮1 ～ 1.5 小时后放料，且在放料口处吹风排潮；b. 二次除潮：将步骤a所得的材料经真空吸料机输送至真空贮料仓，再经真空贮料仓漏至二次除潮料斗进行二次加热除潮，二次加热除潮温度为80 ～ 90℃，时间为10 ～15min。
6.根据权利要求 4 所述的一种双层复合管材及其制备方法，其特征在于：在步骤（3）所述材料成型过程中：机头的第一区合流区的温度设置为240 ～ 250℃；第二区内层和外层合流共挤区的区温度设置为230 ～ 235℃；第三区和第四区共挤压缩区的温度分别设置为230 ～235℃、240 ～ 245℃；第五区管材成型区的内加热温度设置为240 ～ 245℃，外加热温度设置为230 ～235℃。
7.根据权利要求4所述的一种双层复合管材及其制备方法，其特征在于：步骤（2）所述螺杆挤出设备为 SG/125-33DPE 螺杆挤出机。
8.根据权利要求4所述的一种双层复合管材及其制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述塑化阶段的料筒均采用注铅电加热，加热圈功率为 2.5～3kw，360A，供电为热，机身温度降温采用冷却风机。
9.根据权利要求4所述的一种双层复合管材及其制备方法，其特征在于：步骤（4）所述定径套由黄铜制成，其长度为管材外径的两倍；定径时主机转为 45HZ，管材压力等级为0.6 ～0.8MPa 区间内，管坯在定径套内的时间为 1.5 ～ 2min。
10.根据权利要求 4 所述的一种双层复合管材及其制备方法，其特征在于：步骤（5）中喷淋冷却过程为：管坯进入定径套的第一仓前段 1.5 米为加密喷淋区，水温为 40 ～ 42℃；第二段为冷却喷淋固化区，水温为30 ～ 35℃；第三段为稳定冷却区，水温为 15℃；喷淋冷却时的真空度为 0.03 ～ 0.04MPa。
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