CN109016551A - 一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，包括如下步骤：原料准备、设备加热、平带缠绕、增粘处理、管带缠绕、承插口切削、脱模成型、修形、电熔丝预埋、检验入库。其中进行增粘处理时，对平带的接缝处进行臭氧氧化处理，从而使得聚烯烃的表面的粘结性得到改善，提高了后续管带缠绕时二者的粘结强度，加强了聚乙烯缠绕结构壁管材的整体承压强度。

Description

一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法

技术领域

本发明涉及结构壁缠绕管生产技术领域，特别涉及一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法。

背景技术

目前在城市的下水管和排水工程等众多领域中，塑料管材的使用日趋广泛，环保建材高密度聚乙烯结构壁缠绕管材以其承插式电容焊接，带来的优良的接口性能而得到了广泛的应用。

高密度聚乙烯结构壁缠绕管材是以高密度聚乙烯和改性聚丙烯为主要原料，再通过结构壁缠绕管成套生产设备加工而成的一种新型管材，外壁螺旋波纹结构，内壁光滑的一种结构壁管材，轻质、无毒、耐腐蚀、耐低温。

申请公布号为CN104890252A的中国专利文件中公开了一种新型螺旋缠绕克拉管连续化生产工艺以及设备，其工艺流程包括拌料、加热挤出、圆管平带挤出、缠绕平带、圆管缠绕、承插口缠绕、冷却、切割、承插口修型、检验入库。

上述方案也和现今市场上大部分克拉管的生产工艺相似，总体上是通过熔融并挤出管材原料，通过缠绕形成成品管材。而作为承压的外部管则二次粘附在内管的接缝处，虽然通过上述工艺的处理，很少会有渗漏之类的问题发生，但是外部管与内管之间的粘结强度也会直接影响到克拉管整体成品的承压能力。因此，针对于此提出一种外部管与内管之间的粘结强度更高的复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，达到提高外部管和内管之间的粘结强度，从而提升整体管材的承压能力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，包括如下步骤：

S1、原料准备，将平带原材料放入第一挤出机中，管带原材料放入第二挤出机中；

S2、设备加热，将钢制辊筒模具进行加热；

S3、平带缠绕，启动第一挤出机将平带挤出至完成加热后的所述钢制辊筒模具上缠绕成连续不断的内管；

S4、增粘处理，启动鼓风烘箱对所述平带接缝处进行臭氧氧化；

S5、管带缠绕，启动第二挤出机将管带挤出至完成氧化的平带接缝处缠绕成连续不断的圆形加强筋；

S6、承插口切削，将成型的管材承、插口切削平整；

S7、脱模成型，钢制辊筒模具缩径将成型管材脱离取出；

S8、修形、电熔丝预埋、检验入库。

由于聚烯烃材料中的聚乙烯、聚丙烯等均属于难粘的高分子材料，其临界表面张力一般只有31-34达因/厘米，而表面能低、接触角大，使得两种材料之间不能很好的粘合一起，粘结的强度往往都不够理论上的高；另一方面，其结晶度较高，化学稳定性好，从而溶胀和溶解都要比非结晶度高的分子困难，当不同的材料向粘合时，很难发生高聚物分子链成链或互相扩散和缠结，不能形成较强的粘附力；再其次，聚乙烯分子上基本不带任何极性基团，是非极性高分子，聚丙烯分子中虽然每一个结构单元中有一甲基，但甲基是非常弱的极性基团，所以聚丙烯基本上属于非极性高分子。而两种物质表面之间的粘合，基本靠的是范德华力，而非极性高分子材料的表面不具备形成取向力和诱导力的条件，只能形成较弱的色散力，因而两种非极性高分子材料的表面之间粘附性较差。

而为了解决上述问题，使得内管和圆形加强筋之间能够粘结牢固，首先使得原材料高温熔融，再通过鼓风烘箱吹出的臭氧对平带的搭接缝进行氧化，聚烯烃材料在高温下本身就容易被氧化，而臭氧氧化基本上不受聚烯烃材料中抗氧剂的影响，氧化效果尤其突出，将羟基、羧基、羰基等含氧极性基团和不饱和双键导入聚烯烃材料的表面，增大聚烯烃材料的极性，增大取向力、诱导力和色散力的作用强度，从而达到使内管和圆形加强筋之间粘结强度更高的效果。

本发明的进一步设置为：所述S1中原料准备时，先将对应的原料在室温20-30℃中进行搅拌，搅拌3-8min，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌完成后再将对应的原料放置于对应的第一挤出机或第二挤出机中。

通过采用上述技术方案，将原料成分搅拌混合，使得产品的均一性得到基本的保障。

本发明的进一步设置为：S2中进行加热时，将所述钢制辊筒模具加热并维持于180-185℃。

通过采用上述技术方案，将钢制辊筒模具加热并维持于180-185℃，使得平带和管带都能够在一定时间内保持挤出时的状态，有利于平带和管带之间具有足够的时间粘结，从而保障了内管和圆形加强筋之间的基本粘结强度。

本发明的进一步设置为：所述S3中挤出平带时，维持挤出温度为190-220℃，所述平带缠绕于所述钢制辊筒模具上的搭接部分宽度为10-15mm。

通过采用上述技术方案，平带缠绕于钢制辊筒模具上能够形成连续不断的内管，质量均一性好，且搭接部分宽度为10-15mm，也完全消除了连接缝的密封问题。

本发明的进一步设置为：所述S4中进行增粘处理时，所述鼓风烘箱连接有气体加热罐，所述气体加热罐连接有臭氧发生器，所述气体加热罐内维持温度为256-315℃；所述鼓风烘箱的出风口对准所述平带缠绕于所述钢制辊筒模具上的搭接部分，并持续向平带搭接部分喷涂完成加热的气体。

通过采用上述技术方案，臭氧发生器便于操作人员的控制，稳定的发生并提供臭氧，再通过气体加热罐使得臭氧也处于高温状态，便于与平带之间发生氧化。

本发明的进一步设置为：所述气体加热罐还连接有辅料罐，所述辅料罐中设有含N络合物类、二元羧酸类和有机过氧化物类促进剂。

通过采用上述技术方案，含N络合物类、二元羧酸类和有机过氧化物类促进剂和臭氧共同对平带进行氧化时，能够起到良好的促进作用，带来相应的增粘效果。

本发明的进一步设置为：所述S5中进行管带缠绕时，维持挤出温度为190-220℃，并将挤出的管带包覆于所述平带缠绕于所述钢制辊筒模具上的搭接部分上，形成所述圆形加强筋。

通过采用上述技术方案，设置的圆形加强筋能够大幅度的提升管材的承压能力，同时，圆形加强筋位于平带的搭接部分上，从而进一步的提高了平带的整体均一性，减少了搭接部分的不良影响，进一步提升整体的密封性。

本发明的进一步设置为，所述复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材包括如下重量份数的组分：

聚丙烯77-85份；

聚乙烯35-45份；

增粘改性组分12-20份；

过氧化物类交联剂3-15份；

强度改性组分5-10份；

抗老化剂0.2-0.5份；

分散剂0.1-1份；

增韧剂3-5份。

通过采用上述技术方案，过氧化物的交联剂能够使不同的聚烯烃之间更高连接的更加紧密，在钢制辊筒模具上保持高温的时间内，有利于聚乙烯制成的平带和聚丙烯制成的管带的粘结部分粘结的更加紧密，提升整体管材的强度和承压能力；

聚丙烯为内管的主要材料，聚乙烯为圆形加强筋的主要材料，从而制得的管材整体轻质且高强；抗老化剂的设置能够明显的提升产品的抗老化能力，延长使用寿命；分散剂将各组分更好的均匀分散于整体管材中；增韧剂则能够提升管材的韧性，提高抗剪能力。

本发明的进一步设置为：所述增粘改性组分包括重量含量为40-55％的微晶蜡、15-30％的领苯二甲酸二环己酯、15-30％的聚异丁烯、1-3％马来酸酐接枝相容剂。

通过采用上述技术方案，微晶蜡的成分以C31-C70的支链饱和烃为主，含少量的环状、直链烃，黏性较大，且具有延展性，在低温下不脆弱，能够很好的对管材进行改性，进一步提升粘结力；

邻苯二甲酸二环己酯和聚异丁烯也均为良好的增粘成分，加入马来酸酐接枝相容剂时，能够将各组分中的极性基团和非极性基团有效的偶联，最终达到将上述组分对产品粘结力的改善有效体现的效果。

本发明的进一步设置为：所述强度改性组分包括重量含量为40％-50％的气相法白炭黑、30％-45％聚硅酮、10％-20％氧化锌、10％-20％氧化镁。

通过采用上述技术方案，气相法白炭黑和聚硅酮能够明显提高管材的耐候性、耐磨性，而氧化锌和氧化镁一方面均匀的分布于管材中可以提升整体的强度和承压性，另一方面也是良好的无机交联剂，使得平带形成的内管和圆形加强筋之间更容易粘合，进一步的提升粘结的强度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

采用挤出缠绕的生产方式，形成连续且无缝的高质量管材；

经过增粘处理后，平带的搭接处与管带之间粘合度更高，管材整体性更均一，承压能力得到提升；

改善管材配方，进一步提升管材各方面性能，特别为平带的搭接处与管带之间提供良好的粘结性能。

附图说明

图1为工艺流程图。

具体实施方式

实施例1-7：一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材，其包含的组分及其对应的含量如表1所示。其中，过氧化物类交联剂二烷基过氧化物；抗老化剂采用天津利安隆细腻材料股份有限公司生产的塑料抗老化剂；分散剂为天津赛菲化学科技发展有限公司生产的PE分散剂；增韧剂为市售的EPR。

表1实施例1-7中各组分及其对应的含量(kg)

实施例8，一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，各组分及其对应的含量均如实施例1中所示，具体包括以下步骤：

S1、原料准备，将全部重量的聚丙烯、60％的增粘改性组分、70％的过氧化物类交联剂、70％的强度改性组分、70％的抗老化剂、70％的分散剂、70％的增韧剂在室温20-30℃的环境下进行搅拌，将各组分充分的混合均匀，搅拌5min，搅拌速度为1000r/min，完成后，将得到的拌合料放置于第一挤出机中。

再将全部重量的聚已烯、40％的增粘改性组分、30％的过氧化物类交联剂、30％的强度改性组分、30％的抗老化剂、30％的分散剂、30％的增韧剂在室温20-30℃的环境下进行搅拌，将各组分充分的混合均匀，搅拌5min，搅拌速度为1000r/min，完成后，将得到的拌合料放置于第二挤出机中。

S2、设备加热，将钢制辊筒模具加热并维持于185℃的状态，第一挤出机安装于钢制辊筒模具的端部，第二挤出机向靠近钢制辊筒模具的中心位置处安装固定，且第一挤出机和第二挤出机之间还留设有一端距离。

S3、平带缠绕，第一挤出机将拌合料挤出呈平带状并缠绕在钢制辊筒模具上，形成连续不断的内管，且平带之间具有宽度为12mm的搭接部分，挤出时维持挤出温度为210℃。

S4、增粘处理，将鼓风烘箱安装于第一挤出机和第二挤出机之间，鼓风烘箱上还连接有气体加热罐，气体加热罐连接有臭氧发生器，气体加热罐内维持温度为302℃；鼓风烘箱的出风口对准平带缠绕于钢制辊筒模具上的搭接部分，并持续向平带搭接部分喷涂完成加热的气体。

气体加热罐还连接有辅料罐，辅料罐中设有含N络合物类、二元羧酸类和有机过氧化物类促进剂，含N络合物可以是氨基苯磺酸，二元羧酸采用己二酸、对苯二甲酸，有机过氧化物采用过氧化苯甲酸、1-二甲基-3-羟丁酯。

S5、管带缠绕，待鼓风烘箱对平带的搭接部分进行氧化处理后，启动第二挤出机，挤出呈半圆管状并缠绕在平带的搭接部分最终形成连续不断的圆形加强筋。

S6、承插口切削，将完成圆形加强筋缠绕的管材进行承、插口的成型工作，将成型的管材承、插口切削平整。

S7、脱模成型，钢制辊筒模具缩径将成型管材脱离取出，使管材经过水冷后切割成标准段长，成为多段符合长度要求的管材。

S8、将每段标准长度的管材进行修型处理，将电熔丝预埋在管口处，完成后检验并入库。

对比例1-7，一种克拉管，与实施例1的区别在于，其包含的组分及其对应的含量如表2所示。其中，过氧化物类交联剂二烷基过氧化物；抗老化剂采用天津利安隆细腻材料股份有限公司生产的塑料抗老化剂；分散剂为天津赛菲化学科技发展有限公司生产的PE分散剂；增韧剂为市售的EPR。

表2对比例1-7中各组分及其对应的含量(kg)

对比例8：一种克拉管的生产方法，与实施例8的区别在于，缺少S4中的增粘处理步骤。

对比例9：一种克拉管的生产方法，与实施例8的区别在于，S4中增粘处理时缺少辅料罐。

实验部分

1、剥离强度

试验对象：取实施例1-8、对比例1-9中生产得到的管材，共计17组为实验组，取对比文件中所述的实施例1得到的管材为对照组，每组平行试验3次。

试验内容：取17组实验组和1组对照组的试验对象，按10cm×10cm×1cm尺寸取得平带样品，将平带样品固定于试验台上，再将管带粘接其上，分别测试0.5h、1.5h、3h、6h时管带与平带之间的剥离强度。

试验结果：取对照组的剥离强度为标准值X，实验组的剥离强度为Y，将剥离改变量Z记录入表3中，其中剥离改变量Z＝100％×(Y-X)/X。

2、抗压强度

试验对象：取实施例1-8、对比例1-9中生产得到的管材，共计17组为实验组，取对比文件中所述的实施例1得到的管材为对照组，每组平行试验3次。

试验内容：取17组实验组和1组对照组的试验对象，按10cm×10cm×1cm尺寸取得平带样品，将平带样品固定于试验台上，再将管带粘接其上，分别测试0.5h、1.5h、3h、6h时管带的抗压强度。

试验结果：取对照组的抗压强度为标准值H，实验组的抗压强度为J，每组平行试验的3组取平均值将抗压改变量K记录入表4中，其中抗压改变量K＝100％×(J-H)/H。

表3剥离改变量Z记录表(％)

组	0.5h	1.5h	3h	6h	组	0.5h	1.5h	3h	6h
										实施例1	6.7	10.2	11.4	11.2	对比例2	4.2	6.1	6.3	8.7
实施例2	5.4	7.9	12.1	14.5	对比例3	4.6	6.3	6.4	8.8
										实施例3	6.5	9.9	10.3	12.1	对比例4	0.2	-0.2	-1.6	0.3
实施例4	8.0	12.5	14.2	9.8	对比例5	4.4	6.2	6.4	8.4
										实施例5	6.6	7.2	9.6	12.3	对比例6	4.5	6.4	6.5	8.5
实施例6	7.9	12.2	7.5	15.6	对比例7	5.1	7.0	7.1	9.0
										实施例7	5.6	7.3	10.4	11.3	对比例8	7.2	11.0	11.8	12.1
实施例8	9.2	13.1	15.5	16.2	对比例9	8.2	12.1	13.2	14.5
										对比例1	1.2	1.4	1.6	1.4

表4抗压改变量K记录表(％)

组	0.5h	1.5h	3h	6h	组	0.5h	1.5h	3h	6h
										实施例1	4.2	5.1	4.5	6.3	对比例2	2.1	2.3	2.4	2.0
实施例2	4.9	5.3	5.0	4.5	对比例3	0.9	1.1	0.8	1.0
										实施例3	4.4	5.5	6.2	4.8	对比例4	0.2	-0.4	-0.1	0.8
实施例4	5.1	4.3	5.2	5.5	对比例5	3.4	3.1	3.5	3.6
										实施例5	5.6	5.1	5.3	5.1	对比例6	3.4	3.2	3.3	3.4
实施例6	4.6	4.9	5.2	6.0	对比例7	1.1	0.8	1.2	1.2
										实施例7	5.2	6.3	4.8	5.7	对比例8	2.6	3.5	2.9	4.0
实施例8	8.4	9.7	10.3	8.7	对比例9	3.1	3.7	3.6	4.2
										对比例1	1.6	1.8	1.7	1.3

试验分析

从上述试验表格中可以看出，增粘改性组分对于平带和管带之间的粘结强度提升较为明显，强度改性组分对于管材本身的承压能力提升的较为明显，而经过增粘处理步骤则也能明显的提升整体的粘结强度和承压能力。

Claims (10)

1.一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原料准备，将平带原材料放入第一挤出机中，管带原材料放入第二挤出机中；

S2、设备加热，将钢制辊筒模具进行加热；

S3、平带缠绕，启动第一挤出机将平带挤出至完成加热后的所述钢制辊筒模具上缠绕成连续不断的内管；

S4、增粘处理，启动鼓风烘箱对所述平带接缝处进行臭氧氧化；

S5、管带缠绕，启动第二挤出机将管带挤出至完成氧化的平带接缝处缠绕成连续不断的圆形加强筋；

S6、承插口切削，将成型的管材承、插口切削平整；

S7、脱模成型，钢制辊筒模具缩径将成型管材脱离取出；

S8、修形、电熔丝预埋、检验入库。

2.根据权利要求1所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：所述S1中原料准备时，先将对应的原料在室温20-30℃中进行搅拌，搅拌3-8min，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌完成后再将对应的原料放置于对应的第一挤出机或第二挤出机中。

3.根据权利要求1所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：S2中进行加热时，将所述钢制辊筒模具加热并维持于180-185℃。

4.根据权利要求1所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：所述S3中挤出平带时，维持挤出温度为190-220℃，所述平带缠绕于所述钢制辊筒模具上的搭接部分宽度为10-15mm。

5.根据权利要求4所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：所述S4中进行增粘处理时，所述鼓风烘箱连接有气体加热罐，所述气体加热罐连接有臭氧发生器，所述气体加热罐内维持温度为256-315℃；所述鼓风烘箱的出风口对准所述平带缠绕于所述钢制辊筒模具上的搭接部分，并持续向平带搭接部分喷涂完成加热的气体。

6.根据权利要求5所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：所述气体加热罐还连接有辅料罐，所述辅料罐中设有含N络合物类、二元羧酸类和有机过氧化物类促进剂。

7.根据权利要求6所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：所述S5中进行管带缠绕时，维持挤出温度为190-220℃，并将挤出的管带包覆于所述平带缠绕于所述钢制辊筒模具上的搭接部分上，形成所述圆形加强筋。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于，所述复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材包括如下重量份数的组分：

聚丙烯77-85份；

聚乙烯35-45份；

增粘改性组分12-20份；

过氧化物类交联剂3-15份；

强度改性组分5-10份；

抗老化剂0.2-0.5份；

分散剂0.1-1份；

增韧剂3-5份。

9.根据权利要求8所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：所述增粘改性组分包括重量含量为40-55%的微晶蜡、15-30%的领苯二甲酸二环己酯、15-30%的聚异丁烯、1-3%马来酸酐接枝相容剂。

10.根据权利要求9所述的一种复合增强聚乙烯缠绕结构壁管材的生产方法，其特征在于：所述强度改性组分包括重量含量为40%-50%的气相法白炭黑、30%-45%聚硅酮、10%-20%氧化锌、10%-20%氧化镁。