CN109237138A - 一种复合管道 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合管道,属于高分子材料技术领域,复合管道由里到外依次包括内层管、中间层管、外层管,中间层管的原料包括如下重量份数:高密度聚乙烯:80‑120份、聚酰亚胺:3‑5份、填料:5‑15份、色母粒:10‑20份、偶氮二甲酰胺:0‑0.1份,外层管、内层管均为同一高分子料,所述高分子料的原料包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯80‑120份、聚酰亚胺:8‑15份、高密度聚乙烯:15‑30份、色母粒:12‑18份。并采用双机共挤复合管材的方法,只需采用一道加工工序就可以制成多层多功能的复合管材,避免了多道复合生产工序,可降低生产消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合管道,属于高分子材料技术领域。
背景技术
随着国内外塑料管道系统应用领域的快速发展,传统施工中由于施工条件恶劣或施工不规范,在施工过程中对PE管道的划伤不可避免,划伤导致的划痕可能会造成PE管材应力集中和裂纹扩展,若其中有石块等坚硬物存在,还会对PE管材产生严重的点载荷破坏,极大的影响了PE管材的使用寿命。
因此,管道的寿命受外界环境影响甚重,除了在管道铺设时减少划伤,更多的应该从管道的材料上入手,在考虑到常规PE管的性能较弱的基础上,采用超高分子量聚乙烯为主要基底材料进行生产管道。
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是指分子量超过100万g/mol的高密度聚乙烯。超高分子聚乙稀材料相较于普通PE材料具有更好好的耐候性,机械性能高于一般的高密度聚乙烯。其密度为0.935g/cm3,分子量200万的产品,其断裂拉伸强度40MPa,断裂伸长率350%,弯曲弹性模量600MPa,悬臂梁缺口冲击冲不断,磨耗量(MPC法)仅为20mm。
针对传统管材强度低,抗拉能力弱等缺点,公开号105111558A专利公开了一种PE管,通过添加黑色母、消泡剂以及PE大颗粒、PE高压料来提升产品强度、韧性等。然而,该专利管材依然无法摆脱其容易受到划伤,进而导致管材破裂的缺陷。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明提供抗开裂的复合管道。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种复合管道,所述的复合管道由里到外依次包括内层管、中间层管、外层管,所述中间层管的原料包括如下重量份数:高密度聚乙烯:80-120份、聚酰亚胺:3-5份、填料:5-15份、色母粒:10-20份、偶氮二甲酰胺:0-0.1份。
本发明的管道采用三层复合模式,能更好的增强管道的力学性能。而中间层管采用以高密度聚乙烯为主要原料的塑料管,这能赋予复合管道更为优异的韧性,在受到外部撞击后,具有更强的缓冲性能。
作为优选,所述外层管、内层管均为同一高分子料,所述高分子料的原料包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯80-120份、聚酰亚胺:8-15份、高密度聚乙烯:15-30份、色母粒:12-18份。
进一步优选,所述高分子料中还加入珍珠粉:6-10份、氧化镧:0-2份、石蜡:1-3份。
进一步优选,所述珍珠粉、氧化镧均为粒径在20-80nm的颗粒。
本发明采用特定的高分子材料作为复合管道的内、外层管。首先,超高分子聚乙稀材料本身就具有极好的耐磨性,良好的耐低温冲击性,自润滑性,无毒,耐水,耐化学药品性,耐热性优于PE,非常适合用于直接接触管道面。同时,其机械性能高于一般的高密度聚乙烯,具有突出的抗冲击性,耐应力开裂性,耐高温蠕变性,低摩擦系数,自润滑性,卓越的耐化学腐蚀性,抗疲劳性,噪音阻尼性,耐核辐射性等,这些超高分子聚乙稀材料本身具备的优异特性,能很好地继承于最终形成的复合管道里。而用超高分子聚乙稀材料为主获得的管道,使用温度极广,一般可在-269℃-110℃下使用。
同时,本发明还特殊加入纳米珍珠粉与纳米氧化镧,其中纳米珍珠粉能与超高分子聚乙稀形成共混体系为切力变稀流体,纳米珍珠粉的加入明显地降低了体系的表观黏度,方便后续机加工。而纳米氧化镧的加入对管材具有异相成核作用,使管材的熔融温度和相对结晶度得到不同程度的提高,即提升了管材的高温耐受性。而石蜡作为辅助助剂,能更好的将管道各部分材料进行结合,提升各材料之间的相容性。
正是通过将超高分子聚乙烯用于管道直接接触面层(即本发明的内、外层管),由于超高分子聚乙烯的优异特性,该复合管道相对于传统的PE管道提供了更好的安全性和更长久的使用寿命,即使遭遇到切、挖、和点荷载等极端荷载时同样完好。在施工环境恶劣时,超高分子聚乙烯多层复合管的优势极为突出。
本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案:
一种复合管道的制备方法,包括如下步骤:
(1)挤出:分别称取中间层管,内、外层管的原料,将中间层管的原料混合均匀,送入Ⅰ号挤出机得管料1,将内、外层管的原料混合均匀,送入Ⅱ号挤出机得管料2;
(2)共挤成型:将管料2、管料1、管料2同时送入共挤复合机头中,并压缩空气,降低温度,再经成型机,制成由内到外依次为内层管、中间层管、外层管的复合管道半成品;
(3)后处理:将复合管道半成品经切割机、翻版堆放得复合管道成品。
本发明采用双机共挤复合管材的方法,即上述3个步骤实际是在一套连续的机器中完成,其中,内、外层管道的材料相同,均为管料2(这是由于内外层管均为直接接触面)。由于采用了多层共挤复合工艺,将所需性能的树脂只需采用一道加工工序就可以制成多层多功能的复合管材,避免了多道复合生产工序,可降低生产消耗,同极性的树脂通过共挤复合机头加热塑化粘合,生产过程无污染,无需溶剂粘结,是环保型的塑料管材,生产同一规格的管材,能大大降低原料的塑化时间,从而极大的提高了生产效率。
作为优选,步骤(2)所述压缩空气的密度为6-10Kg/cm3。
作为优选,步骤(2)所述温度为5-25℃。
本发明在制备过程中,利用压缩空气作为动力源进行管材推送,并带走部分热量,同时结合温度的控制范围,来确保管材的生产过程不会因为温度升高而发生性能上的变化。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)超强的抗外部划伤性能
超高分子聚乙烯多层复合管道具有超强的耐慢速裂纹增长能力,可以有效的抵抗各种原因造成的外部划伤引起的破坏。慢速裂纹增长是一项影响PE管道长期使用寿命的重要指标,然而现行国标中并未引起重视,没有相关性能指标要求。
(2)优异的抗点载荷能力
超高分子聚乙烯多层复合管道可有效防止因恶劣施工条件及管道运行过程诸如石块、金属等坚硬物对管材造成的点载荷破坏,使用更安全、更可靠。
(3)较长的使用寿命
超高分子聚乙烯多层复合管材正常使用寿命达100年以上,在施工过程中即使偶有外部损伤(肉眼可见),因其裂纹扩展速度仅为普通PE管材的几十分之一,可有效保证管材的正常运行,延长使用寿命,而一般的外部损伤不会影响其使用寿命。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
配料:称取中间层管的原料,包括如下重量份数:高密度聚乙烯:100份、聚酰亚胺:4份、填料:10份、色母粒:15份、偶氮二甲酰胺:0.05份,称取内、外层管的原料,包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯100份、聚酰亚胺:12份、高密度聚乙烯:23份、色母粒:15份、珍珠粉:8份、氧化镧:1份、石蜡:2份,其中,珍珠粉、氧化镧均为粒径在50nm的颗粒。
挤出:将中间层管的原料混合均匀,送入Ⅰ号挤出机得管料1,将内、外层管的原料混合均匀,送入Ⅱ号挤出机得管料2。
共挤成型:将管料2、管料1、管料2同时送入共挤复合机头中,并压缩空气至空气密度为8Kg/cm3,降低温度至15℃,再经成型机,制成由内到外依次为内层管、中间层管、外层管的复合管道半成品。
后处理:将复合管道半成品经切割机、翻版堆放得复合管道成品。
实施例2
配料:称取中间层管的原料,包括如下重量份数:高密度聚乙烯:80份、聚酰亚胺:3份、填料:5份、色母粒:10份、偶氮二甲酰胺:0.01份,称取内、外层管的原料,包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯80份、聚酰亚胺:8份、高密度聚乙烯:15份、色母粒:12份、珍珠粉:6份、氧化镧:0.1份、石蜡:1份,其中,珍珠粉、氧化镧均为粒径在20nm的颗粒。
挤出:将中间层管的原料混合均匀,送入Ⅰ号挤出机得管料1,将内、外层管的原料混合均匀,送入Ⅱ号挤出机得管料2。
共挤成型:将管料2、管料1、管料2同时送入共挤复合机头中,并压缩空气至空气密度为8Kg/cm3,降低温度至15℃,再经成型机,制成由内到外依次为内层管、中间层管、外层管的复合管道半成品。
后处理:将复合管道半成品经切割机、翻版堆放得复合管道成品。
实施例3
配料:称取中间层管的原料,包括如下重量份数:高密度聚乙烯:120份、聚酰亚胺:5份、填料:15份、色母粒:20份、偶氮二甲酰胺:0.1份,称取内、外层管的原料,包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯120份、聚酰亚胺:15份、高密度聚乙烯:30份、色母粒:18份、珍珠粉:10份、氧化镧:2份、石蜡:3份,其中,珍珠粉、氧化镧均为粒径在20-80nm的颗粒。
挤出:将中间层管的原料混合均匀,送入Ⅰ号挤出机得管料1,将内、外层管的原料混合均匀,送入Ⅱ号挤出机得管料2。
共挤成型:将管料2、管料1、管料2同时送入共挤复合机头中,并压缩空气至空气密度为8Kg/cm3,降低温度至15℃,再经成型机,制成由内到外依次为内层管、中间层管、外层管的复合管道半成品。
后处理:将复合管道半成品经切割机、翻版堆放得复合管道成品。
实施例4
配料:称取中间层管的原料,包括如下重量份数:高密度聚乙烯:100份、聚酰亚胺:4份、填料:10份、色母粒:15份、偶氮二甲酰胺:0.05份,称取内、外层管的原料,包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯100份、聚酰亚胺:12份、高密度聚乙烯:23份、色母粒:15份、珍珠粉:8份、氧化镧:1份、石蜡:2份,其中,珍珠粉、氧化镧均为粒径在50nm的颗粒。
挤出:将中间层管的原料混合均匀,送入Ⅰ号挤出机得管料1,将内、外层管的原料混合均匀,送入Ⅱ号挤出机得管料2。
共挤成型:将管料2、管料1、管料2同时送入共挤复合机头中,并压缩空气至空气密度为6Kg/cm3,降低温度至5℃,再经成型机,制成由内到外依次为内层管、中间层管、外层管的复合管道半成品。
后处理:将复合管道半成品经切割机、翻版堆放得复合管道成品。
实施例5
配料:称取中间层管的原料,包括如下重量份数:高密度聚乙烯:100份、聚酰亚胺:4份、填料:10份、色母粒:15份、偶氮二甲酰胺:0.05份,称取内、外层管的原料,包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯100份、聚酰亚胺:12份、高密度聚乙烯:23份、色母粒:15份、珍珠粉:8份、氧化镧:1份、石蜡:2份,其中,珍珠粉、氧化镧均为粒径在50nm的颗粒。
挤出:将中间层管的原料混合均匀,送入Ⅰ号挤出机得管料1,将内、外层管的原料混合均匀,送入Ⅱ号挤出机得管料2。
共挤成型:将管料2、管料1、管料2同时送入共挤复合机头中,并压缩空气至空气密度为10Kg/cm3,降低温度至25℃,再经成型机,制成由内到外依次为内层管、中间层管、外层管的复合管道半成品。
后处理:将复合管道半成品经切割机、翻版堆放得复合管道成品。
实施例6
与实施例1的区别仅在于,实施例6外层管、内层管的高分子原料中珍珠粉的份数为5份。
实施例7
与实施例1的区别仅在于,实施例7外层管、内层管的高分子原料中珍珠粉的份数为11份。
实施例8
与实施例1的区别仅在于,实施例8外层管、内层管的高分子原料中氧化镧的份数为3份。
实施例9
与实施例1的区别仅在于,实施例9外层管、内层管的高分子原料中珍珠粉、氧化镧的粒径均为19nm。
实施例10
与实施例1的区别仅在于,实施例10外层管、内层管的高分子原料中珍珠粉、氧化镧的粒径均为81nm。
实施例11
与实施例1的区别仅在于,实施例11共挤时的温度为4℃。
实施例12
与实施例1的区别仅在于,实施例12共挤时的温度为26℃。
对比例1
与实施例1的区别仅在于,对比例1复合管道的内层管、中间层管、外层管均采用普通PE管材,压制而成。
对比例2
与实施例1的区别仅在于,对比例2外层管、内层管的高分子料原料中不含珍珠粉。
对比例3
与实施例1的区别仅在于,对比例3外层管、内层管的高分子料原料中不含氧化镧。
对比例4
与实施例1的区别仅在于,对比例4的制备方法中,仅分别挤出管料1、管料2,再将管料1、管料2拼接成复合管道,即并未采用复合挤压成型。
将实施例1-12及对比例1-4的产品进行测试,测试其抗开裂性、点载荷、切口、热稳定性,结果如表1所示:
表1:实施例1-12及对比例1-4中产品的性能
从中可以看出,内外层管的配方成分、比例发生变化,均会造成成型后内外层材料的性能发生变化,而热稳定性的数据为在该温度下的使用年限,当温度超过时,使用年限会急剧下降。
从上述实验数据来看,本发明的复合管道除适用于给水及燃气领域外,特别适用于采用非传统施工技术,如无砂铺设、非开挖技术(U型内衬法、缩径内衬法、爆管法、水平定向钻法、犁入法、铣削法等),在施工环境较为恶劣的条件下使用也同样安全、可靠。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例,但是对本领域熟练技术人员来说,只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (7)
1.一种复合管道,其特征在于,所述的复合管道由里到外依次包括内层管、中间层管、外层管,所述中间层管的原料包括如下重量份数:高密度聚乙烯:80-120份、聚酰亚胺:3-5份、填料:5-15份、色母粒:10-20份、偶氮二甲酰胺:0-0.1份。
2.根据权利要求1所述的一种复合管道,其特征在于,所述外层管、内层管均为同一高分子料,所述高分子料的原料包括如下重量份数:超高分子量聚乙烯80-120份、聚酰亚胺:8-15份、高密度聚乙烯:15-30份、色母粒:12-18份。
3.根据权利要求2所述的一种复合管道,其特征在于,所述高分子料中还加入珍珠粉:6-10份、氧化镧:0-2份、石蜡:1-3份。
4.根据权利要求3所述的一种复合管道,其特征在于,所述珍珠粉、氧化镧均为粒径在20-80nm的颗粒。
5.一种复合管道的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)挤出:分别称取中间层管,内、外层管的原料,将中间层管的原料混合均匀,送入Ⅰ号挤出机得管料1,将内、外层管的原料混合均匀,送入Ⅱ号挤出机得管料2;
(2)共挤成型:将管料2、管料1、管料2同时送入共挤复合机头中,并压缩空气,降低温度,再经成型机,制成由内到外依次为内层管、中间层管、外层管的复合管道半成品;
(3)后处理:将复合管道半成品经切割机、翻版堆放得复合管道成品。
6.根据权利要求5所述的一种复合管道的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述压缩空气的密度为6-10Kg/cm3。
7.根据权利要求5所述的一种复合管道的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述温度为5-25℃。
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