CN108518536A - 耐高温多层塑料管及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及塑料管领域，尤其涉及一种耐高温多层塑料管及其生产方法。耐高温多层塑料管由外而内依次为耐高温层，胶粘层和防紫外线层。本发明还提供了耐高温多层塑料管的生产方法，包括：采用多层共挤机分别挤出耐高温层、胶粘层和防紫外线层；耐高温层、胶粘层和防紫外线层在机头内融合为一体；经定径、牵引和切割形成耐高温多层塑料管。本发明的耐高温多层塑料管内层具有优异的耐高温特点、外层具有保护内层防紫外线降解功能，管材整体可适应于长期服役温度85℃‑90℃的稠油管道内衬修复和防护。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管领域，尤其涉及一种耐高温多层塑料管及其生产方法。
背景技术
在石油行业，对于服役时间长、腐蚀严重的金属管道，目前通常采用塑料管内衬修复技术，即采用将比原管道内径稍大或等径的PE管，通过“O”形等径压缩或“U”形折叠，一次插入原管道内，通过PE管形貌恢复，使PE内衬管外壁与修复管道内壁紧密结合形成一种管中管结构，实现PE内衬管防腐性能与金属钢管机械性和二为一，从而改进原管道的工作性能，实现管道修复和防腐。传统使用的塑料高密度聚乙烯内衬管(HDPE)长期使用温度≤60℃；耐高温聚烯烃内衬管(HTPO)长期使用温度≤75℃。尽管尼龙PA11和PA12管可以耐85℃长期使用温度，但在该材质在高温温度条件下水解特性制约了其应用范围；聚偏氟乙烯(PVDF)尽管可以承受长期服役温度95℃工况，但其价格也是普通PE的18-20倍，故此至今未见PVDF管作为管道内衬修复的报道。
聚酮(Polyketone，PK)是CO和α-烯烃线性交替共聚的高分子材料，具有熔点高、机械性好、气体渗透性低、耐磨、耐化学品、耐水解等优良的物理性能，其中熔点220℃，并且价格是普通PE的3-4倍，与PVDF相比，在具有优良耐高温性能的同时，还具有良好的经济性。鉴于原油粘度大、集输温度高、介质腐蚀性强的老化穿孔稠油集输金属管道，采用聚酮进行内衬修复或防护，可有效延长金属管道使用寿命，具有显著的经济效益和社会效益。但值得关注的是，由于聚酮主链上有大量羰基，能够吸收波长范围为260nm-340nm的紫外线，具有的光降解特性。并且有研究表明，采用紫外照射仪和高压汞灯，对钯(II)催化CO/C2H4交替共聚合成的聚酮进行连续照射，随光照时间的延长聚酮分子量快速降低，18d后聚酮样品分子量分别降低了51％-70％。
综上所述，在聚酮基材优异的理化性能的基础上，如何开发一种防紫外线降解、经济适用的耐高温塑料管，用于高温环境稠油集输管道修复，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种防紫外线降解、经济性好，且耐高温的多层塑料管和制备方法。
具体的，本发明提供了一种耐高温多层塑料管，由内而外依次包括耐高温层、胶粘层和防紫外线层。
上述的耐高温多层塑料管，所述耐高温层的材料为聚酮树脂。
上述的耐高温多层塑料管，所述防紫外线层包括线性低密度聚乙烯，抗紫外线剂、增塑剂和抗氧化剂。
上述的耐高温多层塑料管，所述胶粘层为马来酸酐接枝烯烃共聚物。
上述的耐高温多层塑料管，所述抗紫外线剂为UV-9；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
上述的耐高温多层塑料管，所述防紫外线层中，抗紫外线剂的质量百分含量为0.1％-0.06％(优选为0.03％)、增塑剂的质量百分含量为0.02％-0.08％(优选为0.05％)，抗氧化剂的质量百分含量为0.01％-0.07％(优选为0.04％)。
上述的耐高温多层塑料管，所述耐高温层占耐高温多层塑料管厚度的90％-95％、所述胶粘层占耐高温多层塑料管厚度的1％-2％，所述防紫外线层的厚度占耐高温多层塑料管厚度的3％-9％。
另一方面，本发明提供了一种耐高温多层塑料管的生产方法，包括如下步骤：
(1)采用多层共挤机分别挤出耐高温层、胶粘层和防紫外线层；
(2)耐高温层、胶粘层和防紫外线层在机头内融合为一体；
(3)经定径、牵引和切割形成耐高温多层塑料管。
上述的耐高温多层塑料管的生产方法，所述耐高温层挤出时机头压力控制在8MPa-15MPa之间，机筒区第1段温度为200℃-220℃、第2段温度为220℃-250℃、第3段温度为240℃-250℃、第4段温度为240℃-260℃；模头区第1段温度为250℃-260℃，第2段温度为250℃-260℃、第3段温度为240℃-250℃、第4段温度为220℃-230℃。
上述的耐高温多层塑料管的生产方法，所述胶粘层挤出时，工艺参数为：机筒区第1段温度为150℃-180℃、第2段温度为150℃-180℃、第3段温度为160℃-190℃、模头区第1段温度为150℃-180℃、第2段温度为160℃-190℃。
上述的耐高温多层塑料管的生产方法，所述防紫外线层挤出时，机头压力控制在7MPa-10MPa之间，机筒区分第1段温度为155℃-165℃、第2段温度为165℃-175℃、第3段温度为185℃-195℃、第4段温度为180℃-190℃；模头区分第1段温度为220℃-230℃、第2段温度为220℃-230℃、第3段温度为225℃-235℃、第4段温度为225℃-235℃。
上述的耐高温多层塑料管的生产方法，所述耐高温多层塑料管在真空度为0.02MPa-0.05MPa、温度为20℃-30℃的条件下进行一次真空水冷定径，然后，在常压下于25℃-30℃进行二次水冷。
本发明的耐高温多层塑料管与现有技术相比，塑料管内层具有优异的耐高温特点，外层具有防紫外线降解功能，适应于长期服役温度为85℃-90℃的稠油管道内衬修复使用工况。
附图说明
图1为本发明提供的一种耐高温多层塑料管剖面图，其中1为耐高温层，2为胶粘层，3为防紫外线层。
具体实施方式
为充分说明本发明所解决的技术问题和达到的技术效果，通过下述具体实施方式和实施例对本发明进行详细说明。
石油运输管道的材料中，尼龙PA11和PA12在高温温度条件下易水解，聚偏氟乙烯(PVDF)价格是普通PE的18-20倍，因此，PA11、PA12和聚偏氟乙烯已不能满足本领域的需要。
聚酮(Polyketone，PK)是CO和α-烯烃线性交替共聚的高分子材料，具有熔点高、机械性好、气体渗透性低、耐磨、耐化学品、耐水解等优良的物理性能，其中熔点220℃，并且价格是普通PE的3-4倍，与PVDF相比，在具有优良耐高温性能的同时，还具有良好的经济性，但由于聚酮主链上有大量羰基，能够吸收波长范围为260nm-340nm的紫外线，具有光降解特性。因此，如何开发一种防紫外线降解、经济适用的耐高温塑料管，用于高温环境稠油集输管道修复，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
目前，石油领域尚未见关于管道修复用的耐高温多层塑料管的相关报道，但在市政领域代营伟等在《一种多层共挤PPR给水复合管》(ZL201621068145.6)中提出了一种塑料管，管体由内到外依次设置了抗菌层(纳米银材料层)、内层(无规共聚聚丙烯树脂)、防辐射层(金属性纤维层)、加强层和保温层，适用温度达95℃，但适用介质为清水。
为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，如附图1所示，本发明提供了一种耐高温多层塑料管，由内而外依次包括耐高温层1、胶粘层2和防紫外线层3。
可选地，耐高温层1的材料为聚酮树脂，牌号为M630A，其物理性能见表1。
表1 M630A聚酮基本物理性能
通过表1，可知聚酮具有熔点高、机械性好等优良的物理性能。因此，通过采用聚酮树脂，耐高温多层温塑料管具有优异的耐温特点，能够满足油管在85℃-90℃稠油集输的要求。
聚酮主链上含有羰基，其容易因吸收波长范围为260nm-340nm的紫外线而被降解，为了防止聚酮降解，发明人在耐高温层1径向方向的外层巧妙地设置了防紫外线层3，不仅保证了耐高温层1的稳定性，还降低了生产成本。
具体地，所述防紫外线层3包括线性低密度聚乙烯，填料为抗紫外线剂、增塑剂和抗氧化剂。
其中，线性低密度聚乙烯的结构式为-[CH2-CH2]n-，除具有一般聚烯烃树脂的性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性尤为优越。
其中，抗紫外线剂为UV-9，分子式：C14H12O3，吸收波长范围为280nm-340nm，具有吸收率高、无毒，对光、热稳定性好等优点，适用于多种塑料产品做为抗紫外线剂。
其中，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，用来增加抗紫外线层的柔韧性和容易加工性。
其中，抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，用来捕获活性的游离基生成非活性游离基，分解在氧化过程中产生的聚合物氢过氧化物，延缓线性低密度聚乙烯的氧化过程，从而使抗紫外线层能顺利进行加工，并延长抗紫外线层的使用寿命。
可选地，所述防紫外线层3中，抗紫外线剂的质量百分含量为0.01％-0.05％，优选为0.03％；增塑剂的质量百分含量为0.03％-0.07％，优选为0.05％；抗氧化剂的质量百分含量为0.02％-0.06％，优选为0.04％。
胶粘层2为粘结树脂，具体为马来酸酐接枝烯烃共聚物。粘结树脂的分子一头为极性，一头为非极性，可以对不同的物质有极强的粘结作用。防紫外线层的应用可以防止管材露天堆放时阳光照射造成的损害。在一个具体实施方式中，耐高温层1占管材厚度的90％-95％、胶粘层2占管材厚度的1％-2％，防紫外线层3的厚度占管材厚度的3％-9％。
所述耐高温多层塑料管中，各层管道厚度的确定是发明人综合考虑工况的温度、压强、使用寿命及经济成本等因素，通过创造性劳动获得的。当耐高温层1的厚度小于上述范围时，则耐温和机械强度下降；当耐高温层1的厚度大于上述范围时，则成本增高，耐候性下降；当胶粘层2的厚度大于或小于上述范围时，则粘结强度下降；当防紫外线层3的厚度小于上述范围时，则运输或安装过程中容易损坏管材表面，不能发挥正常作用，同时耐候性下降；当防紫外线层3的厚度大于上述范围时，则耐温和机械强度下降。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种耐高温多层塑料管的生产方法，具体包括如下步骤：
(1)采用多层共挤机分别挤出耐高温层、胶粘层和防紫外线层；
(2)耐高温层、胶粘层和防紫外线层在机头内融合为一体；
(3)经定径、牵引和切割形成耐高温多层塑料管。
本发明从挤出机中以相同的牵引速度，分别挤出所述耐高温层和所述防紫外线层，生产过程采用多层共挤机头挤出，胶粘层无需制备，直接挤出胶粘树脂；不同材料用不同的挤出机同时挤向共挤机头，控制各个挤出机的挤出速度，可以调整不同材料的壁厚；各种材料在机头内互相融合为一体经定径、牵引、切割形成管道。
具体地，耐高温层1挤出时机头压力控制在8MPa-15MPa之间，机筒区第1段温度为200℃-220℃、第2段温度为220℃-250℃、第3段温度为240℃-250℃、第4段温度为240℃-260℃；模头区第1段温度为250℃-260℃，第2段温度为250℃-260℃、第3段温度为240℃-250℃、第4段温度为220℃-230℃。
具体地，胶粘层2挤出时，机筒区第1段温度为150℃-180℃、第2段温度为150℃-180℃、第3段温度为160℃-190℃、模头区第1段温度为150℃-180℃、第2段温度为160℃-190℃。
具体地，防紫外线层3挤出时，机头压力控制在7MPa-10MPa之间，机筒区分第1段温度为155℃-165℃、第2段温度为165℃-175℃、第3段温度为185℃-195℃、第4段温度为180℃-190℃；模头区分第1段温度为220℃-230℃、第2段温度为220℃-230℃、第3段温度为225℃-235℃、第4段温度为225℃-235℃。
其中，耐高温层、胶粘层和防紫外线层在机头内融合为一体时，机头的技术参数为：模头区第1段温度为250℃-260℃，第2段温度为250℃-260℃、第3段温度为240℃-250℃、第4段温度为220℃-230℃。
所述耐高温层1在挤出后，在真空度为0.02MPa-0.05MPa、温度为20℃-30℃的条件下进行一次真空水冷定径，然后，在常压下于25℃-30℃进行二次水冷。在本发明的条件下进行一次真空水冷定径工艺，能够使生产的耐高温层1有效冷却定型。
其中，定径、牵引和切割均采用的是常规方法，本发明在此不再详述。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
将1000kg的聚酮M630A加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成型，机头压力为10MPa，机筒区第1段温度为200℃、第2段温度为220℃、第3段温度为240℃、第4段温度为240℃；模头区第1段温度为250℃，第2段温度为250℃、第3段温度为250℃、第4段温度为230℃。
将适量的马来酸酐接枝烯烃共聚物放入多层共挤机机中，机筒区第1段温度为160℃、第2段温度为170℃、第3段温度为180℃、模头区第1段温度为160℃、第2段温度为180℃。
将200kg的线性低密度聚乙烯、0.1kg的抗紫外线剂UV-9、0.08kg增塑剂邻苯二甲酸二辛酯和0.07kg抗氧化剂2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚加入到单螺杆挤出机中熔融挤出成型，机头压力为7MPa，机筒区分第1段温度为160℃、第2段温度为170℃、第3段温度为190℃、第4段温度为190℃；模头区分第1段温度为220℃、第2段温度为220℃、第3段温度为230℃、第4段温度为230℃；挤出机转速为20rad/min。
耐高温层、胶粘层和防紫外线层在机头内融合为一体时，模头区第1段温度为250℃，第2段温度为250℃、第3段温度为240℃、第4段温度为220℃。
将挤压出的耐高温多层塑料管在真空度为0.02MPa、温度为25℃的条件下进行一次真空水冷定径，然后在常压下于25℃进行二次水冷。
耐高温层、胶粘层及防紫外线层的厚度分别占管材的92％、2％、6％。
实施例2-4
按照与实施例1相同的制备方法制备实施例2-4的耐高温多层塑料管，不同的是防紫外线层的各成分含量如表2所示。具体请见表2。
表2实施例2-4中防紫外线层各成分含量
| 线性低密度聚乙烯(％) | 抗紫外线剂(％) | 增塑剂(％) | 抗氧化剂(％) | |
| 实施例2 | 75 | 0.1 | 0.08 | 0.07 |
| 实施例3 | 56 | 0.05 | 0.04 | 0.035 |
| 实施例4 | 93.75 | 0.025 | 0.02 | 0.0175 |
实施例5-10
按照与实施例1相同的配方制备实施例5-10的耐高温多层塑料管，不同的是制备工艺参数如表3所示。具体请见表3。
表3实施例5-10的制备工艺参数汇总
对比例
按照与实施例1相同的制备方法制备比较例1-3的耐高温多层塑料管，不同的是多层塑料管耐高温层的成份如表4所示。
表4对比例1-3的耐高温多层塑料管的材料
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 耐高温层材料 | PERT | PB | PP |
性能测试
从实施例1-10及对比例1-3制备的耐高温多层塑料管上取样品进行测试，测试方法为常规方法，在此不再详述，测试结果见表5。
表5耐温多层塑料管性能测试结果汇总
注：维卡软化温度测试按《热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定》(GB/T 1633-2010)B50法；/表示未检测。
通过实施例1与对比例1-3的性能测试结果可以看出，采用聚酮树脂制备的耐高温内层，相较于传统材料制备的耐高温内层，具有熔点高、机械性好的优点。因此，其能够长期满足温度为85℃-90℃的稠油管道内衬修复和防护工况的使用
通过实施例1-10性能测试结果可以看出，本发明的耐高温多层塑料管的防紫外线层能够有效抵抗紫外线的降解。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种耐高温多层塑料管，其特征在于，由内而外依次包括耐高温层、胶粘层和防紫外线层。
2.根据权利要求1所述的耐高温多层塑料管，其特征在于，所述耐高温层的材料为聚酮树脂。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温多层塑料管，其特征在于，所述防紫外线层包括线性低密度聚乙烯，抗紫外线剂、增塑剂和抗氧化剂。
4.根据权利要求1所述的耐高温多层塑料管，其特征在于，所述胶粘层为马来酸酐接枝烯烃共聚物。
5.根据权利要求3所述的耐高温多层塑料管，其特征在于，所述抗紫外线剂为UV-9；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
6.根据权利要求4所述的耐高温多层塑料管，其特征在于，所述防紫外线层中，抗紫外线剂的质量百分含量为0.1％-0.06％(优选为0.03％)、增塑剂的质量百分含量为0.02％-0.08％(优选为0.05％)，抗氧化剂的质量百分含量为0.01％-0.07％(优选为0.04％)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的耐高温多层塑料管，其特征在于，所述耐高温层占耐高温多层塑料管厚度的90％-95％、所述胶粘层占耐高温多层塑料管厚度的1％-2％，所述防紫外线层的厚度占耐高温多层塑料管厚度的3％-9％。
8.一种耐高温多层塑料管的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用多层共挤机分别挤出耐高温层、胶粘层和防紫外线层；
(2)耐高温层、胶粘层和防紫外线层在机头内融合为一体；
(3)经定径、牵引和切割形成耐高温多层塑料管。
9.根据权利要求8所述的耐高温多层塑料管的生产方法，其特征在于，所述耐高温层挤出时机头压力控制在8MPa-15MPa之间，机筒区第1段温度为200℃-220℃、第2段温度为220℃-250℃、第3段温度为240℃-250℃、第4段温度为240℃-260℃；模头区第1段温度为250℃-260℃，第2段温度为250℃-260℃、第3段温度为240℃-250℃、第4段温度为220℃-230℃。
10.根据权利要求8所述的耐高温多层塑料管的生产方法，其特征在于，所述胶粘层挤出时，机筒区第1段温度为150℃-180℃、第2段温度为150℃-180℃、第3段温度为160℃-190℃、模头区第1段温度为150℃-180℃、第2段温度为160℃-190℃。
11.根据权利要求8所述的耐高温多层塑料管的生产方法，其特征在于，所述防紫外线层挤出时，机头压力控制在7MPa-10MPa之间，机筒区分第1段温度为155℃-165℃、第2段温度为165℃-175℃、第3段温度为185℃-195℃、第4段温度为180℃-190℃；模头区分第1段温度为220℃-230℃、第2段温度为220℃-230℃、第3段温度为225℃-235℃、第4段温度为225℃-235℃。
12.根据权利要求8所述的耐高温多层塑料管的生产方法，其特征在于，所述耐高温多层塑料管在真空度为0.02MPa-0.05MPa、温度为20℃-30℃的条件下进行一次真空水冷定径，然后，在常压下于25℃-30℃进行二次水冷。
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