CN110283439A - 一种玻纤改性pe管的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻纤改性PE管的生产工艺，具体步骤如下：步骤1为玻璃纤维的制备：将二氧化硅70‑72份、氧化铝6‑8份、氧化钙6‑8份、氧化硼6‑8份、氧化镁6‑8份、氧化钠0‑4份以及纳米碳酸钙2‑4份混合加热至熔融状态，再对熔融液进行拉丝成型处理；步骤2为玻璃钢的制备：将不饱和聚酯树脂60‑62份、玻璃纤维10‑12份、偶联剂1‑3份、增韧剂1‑3份以及促进剂1‑3份充分浸渍捏合，再对捏合物进行固化成型处理；步骤3为改性PE涂层的制备：将高密度聚乙烯树脂60‑62份、改性剂4‑5份、色母料0.5‑1份进行加热混合造粒处理，造粒完成后，再对造粒料进行挤压塑化处理；步骤4为玻璃钢与PE涂层的热压复合。本发明通过增强管道的韧性，从而达到改善管道质地较脆的缺陷的效果。
Description
技术领域
本发明涉及管道生产加工的技术领域，尤其是涉及一种玻纤改性PE管的生产工艺。
背景技术
PE材料即聚乙烯材料，塑料袋、保鲜膜等都是由PE材料制成。PE材料由于具有强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒、耐磨等特点，被广泛应用于给排水制造领域。由PE 材料制成的管道称为PE管，PE管有中密度聚乙烯管和高密度聚乙烯管之分，根据壁厚分为SDR11和SDR17.6系列，前者适用于输送气态的人工煤气、天然气、液化石油气，后者主要用于输送天然气。和钢管比较，PE管施工工艺简单，有一定的柔韧性，更主要的是PE管具有良好的耐腐蚀性，不用额外在管道上作防腐处理，可节省大量的工序。 PE管的缺点是器械性不如钢管，施工中需要特别注意热力供暖的安全间距，且不能将 PE管裸露于空气或阳光中；PE管对化学物品敏感，需要加强污水管道的防泄露处理以避免对PE管造成伤害。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。它是由多种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造而成的。
一种玻纤改性PE管的生产工艺是将以玻璃纤维为主要原料制成的玻璃钢和以PE材料为主要原料制成的PE涂层通过挤塑机进行共挤出，从而复合而成的管道结构。由于玻璃纤维表面光滑、附着力小，导致玻璃纤维之间的抱合力低，又由于玻璃纤维的弹性模量较大，从而导致玻璃纤维的韧性较低，使其表现出性脆、易折断的问题。现有的玻纤改性PE管由于玻璃纤维的加入，同样存在性脆、易折断的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种玻纤改性PE管的生产工艺，生产出的管道具有韧性高、不易折断的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种玻纤改性PE管的生产工艺，具体步骤如下：
步骤1为玻璃纤维的制备：将二氧化硅70-72份、氧化铝6-8份、氧化钙6-8份、氧化硼 6-8份、氧化镁6-8份、氧化钠0-4份以及纳米碳酸钙2-4份混合加热至熔融状态，再对熔融液进行拉丝成型处理；
步骤2为玻璃钢的制备：将不饱和聚酯树脂60-62份、玻璃纤维10-12份、偶联剂1-3 份、增韧剂1-3份以及促进剂1-3份充分浸渍捏合，捏合温度为15℃-25℃，捏合时间为 10-15min，浸渍完成后，再对捏合物进行固化成型处理；
步骤3为改性PE涂层的制备：将高密度聚乙烯树脂60-62份、改性剂4-5份、色母料 0.5-1份进行加热混合，加热温度为170℃-190℃；再对混配料进行造粒处理，造粒温度为180℃-200℃，造粒完成后，再对造粒料进行挤压塑化处理；
步骤4为玻璃钢与PE涂层的复合：对玻璃钢以及PE涂层进行热压复合，热压温度为 150℃-160℃，从而得到外层为玻璃钢、内层为PE涂层的玻纤改性PE管。
通过采用上述技术方案，在制备玻璃纤维时，向原料中加入纳米碳酸钙，并使纳米碳酸钙与其他原料混合均匀，对混合料进行加热，使其熔化，从而提高原料之间的混合度；由于纳米碳酸钙具有增韧补强的作用，从而提高了制备出的玻璃纤维的成型性以及弯曲强度，降低了玻璃纤维的弯曲弹性模量，提高了玻璃纤维的柔韧性；在制备玻璃钢时，在原料中加入增韧剂，从而提高了玻璃钢的柔韧性；在制备PE涂层时，采用高密度聚乙烯树脂为主要原料，该原料是聚乙烯与树脂的复合物，由于树脂具有良好的弹性，聚乙烯材料与树脂复合而成的原料提高了PE涂层的柔韧性；将PE涂层与玻璃钢进行挤塑复合，从而制得玻纤改性PE管；通过上述方案制得的玻纤改性PE管改善了现有玻纤改性PE管性脆、易折断的缺陷。
本发明进一步设置为：向所述步骤1中加入镍钛合金1-3份。
通过采用上述技术方案，镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金具有将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的性能，镍钛合金具有良好的弹性；在步骤1的原料中加入镍钛合金，从而进一步提高玻璃纤维的柔韧性，以此改善现有玻纤改性PE管性脆、易折断的缺陷。
本发明进一步设置为：向所述步骤1中加入二氧化锰1-3份。
通过采用上述技术方案，二氧化锰性质稳定，且具有良好的耐磨性，在步骤1中加入二氧化锰，从而提高玻璃纤维的耐磨性能，以此提高玻纤改性PE管的耐磨性能、延长玻纤改性PE管的使用寿命。
本发明进一步设置为：所述步骤2中的偶联剂为异丁基三乙氧基硅。
通过采用上述技术方案，异丁基三乙氧基硅具有两个不同性质的官能团，一个是亲无机物的基团，易与玻璃纤维的表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，易与不饱和聚酯树脂发生化学反应或生成氢键溶于不饱和聚酯树脂中，以此改善玻璃纤维与不饱和聚酯树脂之间的界面作用，从而大大提高两者的成型稳定性。
本发明进一步设置为：所述步骤2中的增韧剂为聚乙烯醇缩丁醛或聚醋酸乙烯中的任意一种。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇缩丁醛和聚醋酸乙烯均为聚烯烃类增韧剂，聚烯烃类增韧剂一般都含有活性基团，活性基团与不饱和聚酯树脂发生化学反应，从而对不饱和聚酯树脂进行改性，以此使不饱和聚酯树脂获得良好的增韧效果，从而增强了玻璃钢的韧性；由于聚乙烯醇缩丁醛或聚醋酸乙烯的成本较低，故而选择两者之一作为增韧剂使用。
本发明进一步设置为：所述步骤2中的促进剂为环烷酸钴或异辛酸锌中的任意一种。
通过采用上述技术方案，环烷酸钴和异辛酸锌均为硫化促进剂，硫化促进剂用于缩短树脂的硫化时间或降低树脂的硫化温度，从而提高树脂的物理机械性能，同时提高不饱和聚酯树脂与玻璃纤维的浸渍捏合速度；由于环烷酸钴和异辛酸锌的成本较低，故而选用两者之一作为促进剂使用。
本发明进一步设置为：所述步骤3中的改性剂为氯化聚乙烯。
通过采用上述技术方案，氯化聚乙烯与高密度聚乙烯树脂共混后，氯原子取代了高密度聚乙烯树脂的一部分基团，从而对高密度聚乙烯树脂进行改性，改性后制成的PE 涂层具有良好的阻燃性以及韧性，从而提高了玻纤改性PE管的韧性，改善了玻纤改性 PE管性脆、易折断的缺陷。
本发明进一步设置为：所述步骤3中的色母料为镉红、镉黄、钛白粉、炭黑中的任意一种。
通过采用上述技术方案，根据不同玻纤改性PE管的颜色要求不同选择具有不同着色效果的色母料，色母料在生产过程中经过机械加工，对颜料进行了细化处理，使颜料与空气、水分隔离，从而增强了颜料的耐候性、提高了颜料的分散性和着色力，以此提高了使玻纤改性PE管中颜料色相的光亮度以及颜料的化学稳定性。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.向玻璃纤维原料中加入纳米碳酸钙，从而提高制备出的玻璃纤维的成型性以及弯曲强度，降低了玻璃纤维的弯曲弹性模量，提高了玻璃纤维的柔韧性，以此改善现有玻纤改性PE管性脆、易折断的缺陷；
2.在步骤1的原料中加入镍钛合金，从而进一步提高玻璃纤维的柔韧性，以此改善现有玻纤改性PE管性脆、易折断的缺陷；
3.聚烯烃类增韧剂对不饱和聚酯树脂进行改性，以此使不饱和聚酯树脂获得良好的增韧效果，从而增强了玻璃钢的韧性。
具体实施方式
本发明公开的一种玻纤改性PE管的生产工艺，具体步骤如下：
步骤1为玻璃纤维的制备：将二氧化硅70份、氧化铝6份、氧化钙6份、氧化硼6份、氧化镁6份、纳米碳酸钙2份、镍钛合金2份以及二氧化锰3份混合加热至熔融状态，再对熔融液进行拉丝成型处理；
步骤2为玻璃钢的制备：将不饱和聚酯树脂60份、玻璃纤维10份、异丁基三乙氧基硅1份、聚乙烯醇缩丁醛1份以及环烷酸钴1.5份充分浸渍捏合，捏合温度为20℃，捏合时间为10min，浸渍完成后，再对捏合物进行固化成型处理；
步骤3为改性PE涂层的制备：将高密度聚乙烯树脂60份、氯化聚乙烯5份、炭黑1份进行加热混合，加热温度为180℃，再对混配料进行造粒处理，造粒温度为190℃，造粒完成后，再对造粒料进行挤压塑化处理；其中，高密度聚乙烯树脂采用上海石化生产的型号为SH800U的产品；
步骤4为玻璃钢与PE涂层的复合：对玻璃钢以及PE涂层进行热压复合，热压温度为 160℃，从而得到外层为玻璃钢、内层为PE涂层的玻纤改性PE管。
实施例2，与实施例1的不同之处在于步骤1中删除纳米碳酸钙2份。
实施例3，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加纳米碳酸钙3份。
实施例4，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加纳米碳酸钙4份。
实施例5，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加氧化钠2份。
实施例6，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加氧化钠4份。
实施例7，与实施例1的不同之处在于步骤1中删除镍钛合金2份。
实施例8，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加镍钛合金1份。
实施例9，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加镍钛合金3份。
实施例10，与实施例1的不同之处在于步骤1中删除二氧化锰3份。
实施例11，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加二氧化锰1份。
实施例12，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加二氧化锰2份。
实施例13，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加二氧化硅72份、氧化铝8 份、氧化钙8份、氧化硼8份、氧化镁8份。
实施例14，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加二氧化硅71份、氧化铝7 份、氧化钙7份、氧化硼7份、氧化镁7份。
实施例15，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加二氧化硅70份、氧化铝8 份、氧化钙8份、氧化硼6份、氧化镁6份。
实施例16，与实施例1的不同之处在于步骤1中添加二氧化硅72份、氧化铝6 份、氧化钙6份、氧化硼8份、氧化镁8份。
实施例1-9中，每组实施例中取100份单位长度的玻纤改性PE管样品，将9组样品置于相同的环境中，并对9组样品的杨氏模量进行测量并记录下来，如表1所示。杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。通常采用脉冲激振法对固体材料的杨氏模量进行测量，具体测量方法为通过合适的外力给定试样脉冲激振信号，当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时，产生共振，此时振幅最大，延时最长，这个波通过测试探针的传递转换成电讯号送入仪器，测出试样的固有频率，再由公式计算得出杨氏模量。
表1-实施例1-9中玻纤改性PE管样品的杨氏模量
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 杨氏模量N/m<sup>2</sup> | 104 | 113 | 96 | 90 | 111 | 119 | 111 | 108 | 102 |
根据实施例1和实施例2的杨氏模量可知，添加纳米碳酸钙后，玻纤改性PE管的杨氏模量下降，玻纤改性PE管韧性增强；根据实施例1、实施例3以及实施例4的杨氏模量可知，随着纳米碳酸钙含量的增加，玻纤改性PE管的杨氏模量随之下降，说明玻纤改性PE管的柔韧性与纳米碳酸钙的添加量成正比。然而，纳米碳酸钙添加量过多会导致玻纤改性PE管的刚性下降，且不符合国家标准对玻纤改性PE管的柔韧度要求。故实施例1中的纳米碳酸钙添加量数值为纳米碳酸钙的最佳含量值；
根据实施例1、实施例5以及实施例6的杨氏模量可知，氧化钠的含量对玻纤改性PE管的柔韧性存在一定的影响；当氧化钠的含量为0时，生产出的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，玻纤改性PE管的杨氏模量最低，玻纤改性PE管的柔韧性最强；当氧化钠的含量为2份时，生产出的玻璃纤维为中碱玻璃纤维，玻纤改性PE管的杨氏模量较实施例1的杨氏模量增加，玻纤改性PE管的柔韧性降低；当氧化钠的含量为4份时，生产出的玻璃纤维为高碱玻璃纤维，玻纤改性PE管的杨氏模量最高，玻纤改性PE管的柔韧性最低。故实施例1中不添加氧化钠为最佳实施例；
根据实施例1和实施例7的杨氏模量可知，添加镍钛合金后，玻纤改性PE管的杨氏模量下降，玻纤改性PE管韧性增强；根据实施例1、实施例8以及实施例9的杨氏模量可知，随着镍钛合金含量的增加，玻纤改性PE管的杨氏模量随之下降，说明玻纤改性PE 管的柔韧性与镍钛合金的添加量成正比。然而，镍钛合金添加量过多会导致玻纤改性PE 管的刚性下降，且不符合国家标准对玻纤改性PE管的柔韧度要求。故实施例1中的镍钛合金添加量数值为镍钛合金的最佳含量值。
实施例1以及实施例10-12中，每组实施例中取100份单位长度的玻纤改性PE 管样品，将4组样品置于相同的环境中，并对4组样品的磨损率进行测量并记录下来，如表2所示。磨损率用于表征材料的耐磨性能，常通过失重法进行测量，即测量样品磨损前后的质量，磨损率为磨损前后的质量差与磨损面积的比值。
表2-实施例1以及实施例10-12中玻纤改性PE管样品的磨损率
| 实施例 | 1 | 10 | 11 | 12 |
| 磨损率g/cm<sup>2</sup> | 0.8 | 1.6 | 1.3 | 1.1 |
根据实施例1以及实施例10的磨损率可知，添加二氧化锰后，玻纤改性PE管的磨损率降低，玻纤改性PE管的耐磨性能增强；根据实施例1、实施例11以及实施例12 的磨损率可知，随着二氧化锰含量的增加，玻纤改性PE管的磨损率随之下降，说明玻纤改性PE管的耐磨性能与二氧化锰的添加量成正比。故实施例1中的二氧化锰添加量数值为二氧化锰的最佳含量值。
实施例1以及实施例13-16中，每组实施例中取100份单位长度的玻纤改性PE 管样品，将5组样品置于相同的环境中，并对5组样品的杨氏模量进行测量并记录下来，如表3所示。
表3-实施例1以及实施例10-12中玻纤改性PE管样品的杨氏模量
| 实施例 | 1 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 杨氏模量N/m<sup>2</sup> | 104 | 105 | 104 | 103 | 104 |
根据实施例1、实施例13、实施例14、实施例15以及实施例16的杨氏模量可知，改变二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼以及氧化镁的加入量，对玻纤改性PE管的柔韧性影响不大，为了节省生产成本，实施例1中二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼以及氧化镁的加入量为最佳加入量。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种玻纤改性PE管的生产工艺，具体步骤如下：
步骤1为玻璃纤维的制备：将二氧化硅70-72份、氧化铝6-8份、氧化钙6-8份、氧化硼6-8份、氧化镁6-8份、氧化钠0-4份以及纳米碳酸钙2-4份混合加热至熔融状态，再对熔融液进行拉丝成型处理；
步骤2为玻璃钢的制备：将不饱和聚酯树脂60-62份、玻璃纤维10-12份、偶联剂1-3份、增韧剂1-3份以及促进剂1-3份充分浸渍捏合，捏合温度为15℃-25℃，捏合时间为10-15min，浸渍完成后，再对捏合物进行固化成型处理；
步骤3为改性PE涂层的制备：将高密度聚乙烯树脂60-62份、改性剂4-5份、色母料0.5-1份进行加热混合，加热温度为170℃-190℃；再对混配料进行造粒处理，造粒温度为180℃-200℃，造粒完成后，再对造粒料进行挤压塑化处理；
步骤4为玻璃钢与PE涂层的复合：对玻璃钢以及PE涂层进行热压复合，热压温度为150℃-160℃，从而得到外层为玻璃钢、内层为PE涂层的玻纤改性PE管。
2.根据权利要求1所述的一种玻纤改性PE管的生产工艺，其特征在于：向所述步骤1中加入镍钛合金1-3份。
3.根据权利要求1所述的一种玻纤改性PE管的生产工艺，其特征在于：向所述步骤1中加入二氧化锰1-3份。
4.根据权利要求1所述的一种玻纤改性PE管的生产工艺，其特征在于：所述步骤2中的偶联剂为异丁基三乙氧基硅。
5.根据权利要求1所述的一种玻纤改性PE管的生产工艺，其特征在于：所述步骤2中的增韧剂为聚乙烯醇缩丁醛或聚醋酸乙烯中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种玻纤改性PE管的生产工艺，其特征在于：所述步骤2中的促进剂为环烷酸钴或异辛酸锌中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种玻纤改性PE管的生产工艺，其特征在于：所述步骤3中的改性剂为氯化聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的一种玻纤改性PE管的生产工艺，其特征在于：所述步骤3中的色母料为镉红、镉黄、钛白粉、炭黑中的任意一种。
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