CN110317440A - 改性聚氨酯合成型材缠绕管及其制作方法 - Google Patents

改性聚氨酯合成型材缠绕管及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性聚氨酯合成型材缠绕管，由改性聚氨酯材料缠绕而成，所述改性聚氨酯材料内分散有四针状氧化锌晶须，还提供了其制作方法。本发明由于四针状氧化锌晶须具有特殊的空间结构，大的长径比、各向同性等特点，使得它作为增强材料时与改性聚氨酯中的主体材料作用力更大，避免了单一针状晶须为增强成份时需大量加入导致改性聚氨酯加工困难的问题，并且在改性聚氨酯中起骨架作用，能够显著地改善基体强度和加工性能，加入适量的氧化锌晶须，可明显提高改性聚氨酯合成型材缠绕管的环刚度和抗急冻等性能。同时还提高了其抗静电性能以及抗菌性能。

Description

改性聚氨酯合成型材缠绕管及其制作方法
技术领域
本发明涉及管材技术领域，特别涉及一种改性聚氨酯合成型材缠绕管及其制作方法。
背景技术
改性聚氨酯(EPTU)合成型才缠绕管的直径在DN150-DN3000之间，埋地敷设，适用于温度在45摄氏度以下的市政排水，建筑室外排水，农田无压引排水，工业无压排污等工程。根据工程需要可绕制更大直径的管道。因此其一般为地埋管，而地埋管不仅需要长期面临压力，而且长期的地埋会在其表面滋生细菌，造成生物腐蚀。而同等材料和内径下，增加环刚度只能使其壁厚增加，这无疑增加了生产和使用的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是提供一种新型的改性聚氨酯合成型材缠绕管，同等壁厚具备更大的环刚度和高抗菌性能。
本发明的技术方案为：
一种改性聚氨酯合成型材缠绕管，由改性聚氨酯材料缠绕而成，所述改性聚氨酯材料内分散有四针状氧化锌晶须。
进一步的，四针状氧化锌晶须的体直径1.0～1.2μm。
进一步的，改性聚氨酯材料包括以下重量份的组分：聚对苯二甲酸乙二酯40-50份、HDPE 10-14份、PP 13-16份、相容剂3-5份、抗氧化剂0.5-0.8份、阻燃剂2-3份。
进一步的，聚对苯为二甲酸乙二酯46份、HDPE 13份、PP 14.6份、相容剂3.1份、抗氧化剂0.67份、阻燃剂2.4份。
进一步的，四针状氧化锌晶须的添加重量与改性聚氨酯材料的组分总重量比为1:19-23。
进一步的，四针状氧化锌晶须的添加重量与改性聚氨酯材料的组分总重量比为1:21。
本发明要解决的技术问题之二是提供一种上述改性聚氨酯合成型材缠绕管的制作方法。
本发明的技术方案为：
一种如权利要求3或4所述的改性聚氨酯合成型材缠绕管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在聚对苯二甲酸乙二酯中加入HDPE、PP和相容剂，升温至100-120摄氏度搅拌反应10-15min；
(2)加入抗氧化剂和阻燃剂搅拌混合，保持温度在120-130摄氏度之间反应10-15min；
(3)加入四针状氧化锌晶须，温度上升至120-130摄氏度，持续混合搅拌匀化反应1.5-2h；
(4)挤塑成型材，经缠绕成单层或者多层缠绕管。
本发明的有益之处在于：
本发明由于四针状氧化锌晶须具有特殊的空间结构，大的长径比、各向同性等特点，使得它作为增强材料时与改性聚氨酯中的主体材料作用力更大，避免了单一针状晶须为增强成份时需大量加入导致改性聚氨酯加工困难的问题，并且在改性聚氨酯中起骨架作用，能够显著地改善基体强度和加工性能，加入适量的氧化锌晶须，可明显提高改性聚氨酯合成型材缠绕管的环刚度和抗急冻等性能。同时还提高了其抗静电性能以及抗菌性能。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明涉及一种改性聚氨酯合成型材缠绕管，由改性聚氨酯材料缠绕而成，特别之处在于在寻常的改性聚氨酯材料内分散有四针状氧化锌晶须。四针状氧化锌晶须是迄今为止被发现的具有三维空间结构的晶体，呈立体四针状，从晶须核心径向方向伸展出四根针状晶体，每根针状体均为单晶体微纤维，任两个针状体的夹角为109°，晶须的体直径0.7～1.4μm，针状体根部的直径0.5～14μm，针状体长度3～200μm，理论上是晶须体直径越小，加强的效果也越好，但是实际中考虑到其直径的分布不确定性，尽量选择在体直径1.0～1.2μm的即可。由于其独特的三维空间结构赋予了它许多特殊功能，如导热、压电、压敏、吸波、吸声、减振、抗菌、防藻、催化等性能，在缠绕管制作过程中，四针状氧化锌晶须的添加重量与改性聚氨酯材料的组分总重量比为1:19-23之间即可。
由于四针状氧化锌晶须具有特殊的空间结构，大的长径比、各向同性等特点，使得它作为增强材料时与改性聚氨酯中的主体材料作用力更大，避免了单一针状晶须为增强成份时需大量加入导致改性聚氨酯加工困难的问题，并且在改性聚氨酯中起骨架作用，能够显著地改善基体强度和加工性能，加入适量的氧化锌晶须，可明显提高改性聚氨酯合成型材缠绕管的环刚度和抗急冻等性能。
抗静电性能四针状氧化锌晶须能形成非常有效的三维网状导电通道，从而高效地赋予材料的导电性，它的导电性是基于其单晶体本身具有导电性，而不需要借助于表面涂层和电镀等方式，能显著降低改性聚氨酯合成型材缠绕管的电阻，起到抗静电作用。
抗菌性能四脚氧化锌晶须具有纳米活性，能高效杀灭和消除细菌及其残骸，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠球菌和沙门氏菌等常见细菌的杀灭率达99％以上，可避免地埋管长期以来外表滋生细菌造成生物腐蚀。
改性聚氨酯材料可以选择以下组分配比：聚对苯二甲酸乙二酯40-50份、HDPE 10-14份、PP 13-16份、相容剂3-5份、抗氧化剂0.5-0.8份、阻燃剂2-3份。
以下提供一个具体的实施例进行实验验证(由于对比例是在同等配方的基础上增加四针状氧化锌晶须，故其余的配比实验验证结果相近，故不一一举例)。
实施例1：组分：
(1)聚对苯为二甲酸乙二酯46份、HDPE 13份、PP 14.6份、相容剂3.1份、抗氧化剂0.67份、阻燃剂2.4份；
(2)四针状氧化锌晶须(按照上述组分总重量份的二十分之一添加)。
制作方法包括以下步骤：
(1)在聚对苯二甲酸乙二酯中加入HDPE、PP和相容剂，升温至100-120摄氏度搅拌反应10-15min；
(2)加入抗氧化剂和阻燃剂搅拌混合，保持温度在120-130摄氏度之间反应10-15min；
(3)加入四针状氧化锌晶须，温度上升至120-130摄氏度，持续混合搅拌匀化反应1.5-2h；
(4)挤塑成型材，经缠绕成单层或者多层缠绕管。
对比例：在实施例1的基础上减去四针状氧化锌晶须。
制作方法除不包含步骤3外与实施例1相同。
实验验证：
(1)试样选择
从实施例1和对比例1制成的多种规格单层缠绕管材各三根管材上各取一段(300±10)mm的试样，试样应至少包括三条完整的型材，两端应与轴线垂直切平。
(2)试验
按GB/T 9647-2015规定进行试验。上压板下降速度按表1规定，当试样垂直方向的内径变形量为原内径的3％时，记录此时试样所受的负载。
表1 试验速度
公称内径DN，mm 150≤DN＜500 500≤DN≤1000 1000＜DN
速度，mm/min 20±2 25±2 50±2
(3)试验结果
式中：SN—试样的环刚度，单位为KN/m2；
F—试样内径在垂直方向3％的变形量负荷，单位为KN；
di—试样内径，单位为m；
L—试样长度，单位为m；
ΔY—试样内径垂直方向3％变形量，单位为m。
试样取三个试样结果的算术平均值。
S＝4SN；
S—现场搭接缠绕管埋地后的环刚度，KN/m2；
环刚度等级对应不同管径的壁厚e综合值，分级按照GB10798划分。
实验数据计算如下：
以上数据说明，在同等配方和环刚度等级下，增加四针状氧化锌晶须可以显著增加改性聚氨酯合成型材缠绕管的环刚度。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种改性聚氨酯合成型材缠绕管，由改性聚氨酯材料缠绕而成，其特征在于：所述改性聚氨酯材料内分散有四针状氧化锌晶须。
2.根据权利要求1所述的改性聚氨酯合成型材缠绕管，其特征在于：所述四针状氧化锌晶须的体直径1.0～1.2μm。
3.根据权利要求1所述的改性聚氨酯合成型材缠绕管，其特征在于：所述改性聚氨酯材料包括以下重量份的组分：聚对苯二甲酸乙二酯40-50份、HDPE 10-14份、PP 13-16份、相容剂3-5份、抗氧化剂0.5-0.8份、阻燃剂2-3份。
4.根据权利要求3所述的改性聚氨酯合成型材缠绕管，其特征在于：所述聚对苯为二甲酸乙二酯46份、HDPE 13份、PP 14.6份、相容剂3.1份、抗氧化剂0.67份、阻燃剂2.4份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的改性聚氨酯合成型材缠绕管，其特征在于：所述四针状氧化锌晶须的添加重量与改性聚氨酯材料的组分总重量比为1:19-23。
6.根据权利要求5所述的改性聚氨酯合成型材缠绕管，其特征在于：所述四针状氧化锌晶须的添加重量与改性聚氨酯材料的组分总重量比为1:21。
7.一种如权利要求3或4所述的改性聚氨酯合成型材缠绕管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在聚对苯二甲酸乙二酯中加入HDPE、PP和相容剂，升温至100-120摄氏度搅拌反应10-15min；
(2)加入抗氧化剂和阻燃剂搅拌混合，保持温度在120-130摄氏度之间反应10-15min；
(3)加入四针状氧化锌晶须，温度上升至120-130摄氏度，持续混合搅拌匀化反应1.5-2h；
(4)挤塑成型材，经缠绕成单层或者多层缠绕管。
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