CN110039743A - 一种竹碳纤维增强pvc软管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于卫浴软管的技术领域,涉及一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,包括在生产线上使用网线编织机将竹炭纤维编织成网,之后通过挤出机将竹炭纤维网和聚氯乙烯树脂复合挤出,形成三层结构的竹碳纤维增强PVC软管,从内到外依次包括PVC内层、竹炭纤维中层和PVC外层;所述竹炭纤维经过竹材的低温炭化、高温炭化、喷雾活性化、制浆、抽丝等步骤制备。本发明提供的竹碳纤维增强PVC软管的制备方法制备出的软管,不使用金属编织,且具有良好的力学性能和耐热性能,可以满足卫浴冷热水管的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于卫浴软管的技术领域,涉及一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法。
背景技术
现有技术中的卫浴软管一般分为两种,一种是冷水软管,一种是冷热水通用软管。其中冷水软管大多为三层,内聚氯乙烯(以下简称PVC)层、中1000D网线增强层、外PVC层。冷热水通用软管为四层,内PVC层、中1000D涤纶网线增强层、外PVC层、外钢丝编织增强层。
这种冷热水管的不足之处在于:工艺复杂,钢丝编织生产效率低,钢丝成本高,接头安装钢丝容易漏丝。因此开发一种不使用钢丝编织,同时具有较好力学性能和耐热性能的PVC冷热水管就成了本技术领域一个亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,该方法生产的软管,不使用金属编织,且具有良好的力学性能和耐热性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,包括以下步骤:在生产线上使用网线编织机将竹炭纤维编织成网,之后通过挤出机将竹炭纤维网和聚氯乙烯树脂复合挤出,形成三层结构的竹碳纤维增强PVC软管,从内到外依次包括PVC内层、竹炭纤维中层和PVC外层。
或者,上述三层结构的竹碳纤维增强PVC软管外再次通过网线编织机编织竹炭纤维,形成四层结构的竹碳纤维增强PVC软管,从内到外依次包括PVC内层、竹炭纤维中层、PVC外层和竹炭纤维外层。
上述复合挤出的方式是:竹炭纤维网经牵引机牵引,从挤出机机头模具中通过,同时将PVC从机头模具内挤出,对竹炭纤维网筒进行双面包覆,形成三层结构的竹碳纤维增强PVC软管。
当然,本发明的编织方法也可以是先挤出PVC内管,然后将竹炭纤维编织在PVC内管上,之后在竹炭纤维网上挤出PVC外管。
本发明还提供了上述竹炭纤维的制造方法,包括以下步骤:
(1)炭化:先将竹材加热到450-550℃进行低温炭化,再将低温炭化后的炭化物加热到800-1100℃进行高温炭化;
(2)活化:将炭化物进行喷雾活性化,炭化物急剧冷却消火,因水的物理与化学作用,竹炭产生复杂多孔质的结构,表面积增加数倍;
(3)制浆:将活性化的竹炭加以粉碎,制成亚纳米级的竹炭粉,将竹炭粉掺入涤纶或粘胶的原浆中,搅拌,使其均匀地分散在上述原浆中;
(4)抽丝:透过抽丝设备,抽出含竹炭粉的长丝纤维,也可根据需要切成棉型或毛型的短纤、中长纤维,从而制得竹炭纤维。
上述竹材选用竹龄5年以上的高山竹材。
为了达到更好的力学性能,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积(BET)分析测试仪等对观察粒子的形貌及测试其孔径、孔容及孔隙率等性质,优化反应条件,通过改变碳化温度、碳化时长、升温速率、雾化温度以及时间实现粒子形貌、比表面积等的调控:
优选的,上述低温炭化的升温速率为3-10℃/分钟,炭化时间为30分钟,所述高温炭化的升温速率为3-10℃/分钟,炭化时间为60-150分钟。
上述PVC为耐热PVC,各原料组份及其质量配比为:高聚合度聚氯乙烯(HPVC)100份、耐热增塑剂60份、大豆油4份、耐热稳定剂3.5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)20份、增黏树脂14份、聚乙烯蜡(PE蜡)0.2份、硬脂酸0.2份。
上述作为主原料的HPVC是指聚合度大于1700的聚氯乙烯。
上述耐热增塑剂、耐热稳定剂、增黏树脂选自本领域公知的原料,所述耐热增塑剂优选为均苯四酸四辛酯(TOPM),所述耐热稳定剂优选为Ca/Zn复合热稳定剂,所述增黏树脂优选为经弹性体接枝共聚增粘型树脂。
上述耐热PVC的原料还包括色粉。
上述竹碳纤维增强PVC软管用于卫浴冷热水管。
本发明相对于现有技术的有益效果如下:
1、本发明所使用竹碳纤维与聚氯乙烯的相容性好,竹炭纤维能更好地与聚氯乙烯树脂相结合,获得的复合材料拥有更好的稳定性以及力学性能。
2、与聚酯纤维或尼龙纤维相比,本发明所使用的竹碳纤维的力学强度更高,在达到相同力学性能的条件下添加的竹碳纤维量更少,或是得到的竹炭纤维聚氯乙烯复合材料软管力学性能更加优异。
3、本发明所使用的竹碳纤维的耐热性好,利用竹碳纤维填充聚氯乙烯树脂的软管,拥有更高的使用温度,可耐100℃以上高温,完全能满足卫浴使用要求。
4、本发明所使用的竹碳纤维来源丰富,安全环保无污染,是一种绿色的新型材料。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明,但这并非是对本发明的限制,本领域技术人员根据本发明的基本思想,可以做出各种修改或者改进,但是只要不脱离本发明的基本思想,均在本发明的范围之内。
本发明实施例中所用的各种原料和试剂如无特别说明均为市售购买,竹材使用竹龄5年以上的高山竹材。
实施例
1、竹炭纤维的制备
炭化:先将竹材以5℃/分钟的升温速率下加热到450-550℃进行低温炭化,低温炭化30分钟后,将低温炭化后的炭化物以5℃/分钟的升温速率加热到800-1100℃进行高温炭化,高温炭化90分钟后得到最终的炭化物;
活化:将上述炭化物放入雾化设备中进行喷雾活性化,雾化为一过性喷雾,炭化物急剧冷却消火后产生复杂多孔质的结构,完成炭化物的活性化;
制浆:将活性化的竹炭加以粉碎,制成亚纳米级的竹炭粉,将竹炭粉掺入涤纶或粘胶的原浆中,搅拌,使其均匀地分散在上述原浆中。
抽丝:透过抽丝设备,抽出含竹炭粉的长丝纤维,并通过网线编织机编织成竹碳纤维网。
2、耐热PVC的制备
按照以下配比准备耐热PVC的原料:HPVC(聚合度2500)100份、耐热增塑剂TOPM60份、大豆油4份、耐热稳定剂Ca/Zn复合热稳定剂3.5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶20份、经弹性体接枝共聚增粘型树脂14份、聚乙烯蜡0.2份、硬脂酸0.2份。
将上述物料置于高速混合机中充分混合,混合温度为140℃,混合转速为1200转/分钟,混合时间为13分钟,将混合好的物料输送至螺杆挤出机。
3、竹碳纤维增强PVC软管的制备
竹碳纤维网经牵引机牵引,从挤出机机头模具中通过,同时将PVC从机头模具内挤出,对竹炭纤维网筒进行双面包覆,形成三层结构的竹碳纤维增强PVC软管,其挤出温度为170℃,牵引速度为6米/分钟。
将上述生产好的竹碳纤维增强PVC软管按照GB/T23448-2009中的方法进行高温老化测试、耐压测试和第一次高温脉冲试验,按照美国CUPC测试标准ASMEA112.18.6-2017/CSA B125.6-17进行第二次高温脉冲试验,具体结果如下:
1、高温老化试验:将软管安装在老化实验设备中,向软管施加1.2MPa的水压,在整个老化过程中保持这个压力,老化过程为在90℃的水温环境下保持168h。经过观察,试验过程中水管各部位没有破裂、渗漏或其它缺陷出现。
2、耐压试验:将软管一端连接到加压设备上,另一端连接一个带有排气阀的堵头,向软管中缓慢加入23℃的水,待排净管内空气后关闭排气阀,缓慢加压至10MPa,保持1h。经过观察,试验过程中水管各部位没有破裂、渗漏或其它缺陷出现,且耐压性能远高于国标要求3.5MPa。
3、第一次高温脉冲试验:在90℃、0.5-1.2MPa的条件下进行25万次脉冲。经过观察,试验过程中水管各部位没有破裂、渗漏或其它缺陷出现。
4、第二次高温脉冲试验:在82℃、0.5-1.25MPa的条件下进行10万次脉冲,之后将软管进行82℃,1.75mpa,0.5h的耐压试验。经过观察,试验过程中水管各部位没有破裂、渗漏或其它缺陷出现。
Claims (7)
1.一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:在生产线上使用网线编织机将竹炭纤维编织成网,之后通过挤出机将竹炭纤维网和聚氯乙烯树脂复合挤出,形成三层结构的竹碳纤维增强PVC软管,从内到外依次包括PVC内层、竹炭纤维中层和PVC外层。
2.根据权利要求1所述的一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,其特征在于,所述三层结构的竹碳纤维增强PVC软管外再次通过网线编织机编织竹炭纤维,形成四层结构的竹碳纤维增强PVC软管,从内到外依次包括PVC内层、竹炭纤维中层、PVC外层和竹炭纤维外层。
3.根据权利要求1或2所述的一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,其特征在于,所述竹炭纤维的制造方法为:
(1)炭化:先将竹材加热到450-550℃进行低温炭化,再将低温炭化后的炭化物加热到800-1100℃进行高温炭化;
(2)活化:将炭化物进行喷雾活性化,炭化物急剧冷却消火后产生复杂多孔质的结构;
(3)制浆:将活性化的竹炭加以粉碎,制成亚纳米级的竹炭粉,将竹炭粉掺入涤纶或粘胶的原浆中,搅拌,使其均匀地分散在上述原浆中。
(4)抽丝:透过抽丝设备,抽出含竹炭粉的长丝纤维,或者制成棉型或毛型的短纤、中长纤维,从而制得竹炭纤维。
4.根据权利要求3所述的一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,其特征在于,所述低温炭化的升温速率为3-10℃/分钟,炭化时间为30分钟,所述高温炭化的升温速率为3-10℃/分钟,炭化时间为60-150分钟。
5.根据权利要求1或2所述的一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,其特征在于,所述PVC为耐热PVC,各原料组份及其质量配比为:HPVC100份、耐热增塑剂60份、大豆油4份、耐热稳定剂3.5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶20份、增黏树脂14份、聚乙烯蜡0.2份、硬脂酸0.2份。
6.根据权利要求5所述的一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,其特征在于,所述耐热PVC的原料还包括色粉。
7.根据权利要求1或2所述的一种竹碳纤维增强PVC软管的制备方法,其特征在于,所述竹碳纤维增强PVC软管用于卫浴冷热水管。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190723 |