CN110330710B - 一种耐压pe管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐压PE管材，其特征在于，由如下重量份的原材料制成：PE树脂100‑120份、高密度聚乙烯纤维10‑15份、超高分子量聚乙烯纤维10‑15份、热塑性弹性体SBS 10‑20份、表面改性碳基复合材料3‑7份、纳米硼纤维2‑5份、偶联剂1‑3份、增韧剂1‑3份、润滑剂1‑3份、引发剂1‑3份、1,1,1‑三s(4‑三氟乙烯基氧基苯基)乙烷2‑5份、(2Z)‑4‑氧代‑4‑[3‑(三氟甲基)‑5,6‑二氢‑[1,2,4]三唑并[4,3‑a]吡嗪‑7(8H)‑基]‑1‑(2,4,5‑三氟苯基)丁‑2‑烯‑2‑胺3‑7份。本发明还公开了所述耐压PE管材的制备方法。本发明公开的耐压PE管材具有更加优异的耐老化、耐磨、隔音性和抗腐蚀性能，更高的耐压性能，使用寿命更长。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐压PE管材及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展及建筑工程行业的发展，管材使用量逐年增加，开发性能优异的管材具有较大的市场潜力。市面上常见的管材有塑料管材和钢管材两种类型，钢管材重量大，运输和安装不方便，且在潮湿环境中容易生锈，这些缺陷阻碍了钢管材的进一步发展。塑料管一般是以合成树脂为原料、加入稳定剂、润滑剂、增塑剂等，以“塑”的方法在制管机内经挤压加工而成。由于它具有质轻、耐腐蚀、外形美观、无不良气味、加工容易、施工方便等特点，在建筑工程中获得了越来越广泛的应用。主要用作房屋建筑的自来水供水系统配管、排水、排气和排污卫生管、地下排水管系统、雨水管以及电线安装配套用的穿线管等。
PE管材是继传统的钢铁管材、聚氯乙烯饮用水管后的新一代管类产品。因为此管材重量轻方便安装与移动，是新型材料的首选，这种材料耐化学稳定性好，不易滋生细菌，生活能耗低，重量轻，水流阻力小，安装简便迅速，造价低，寿命长，具有保温功能，除此之外，其还具有优异的耐腐蚀性能。随着管材使用范围的扩大，对管材的性能要求也日益增强，耐压性就是其中的一个最基本的要求，因为现在许多管材需要埋在低下，需要承受较大的压力，另外其传输的液体也会对其有较高的压力，为了不使管开裂，就必须提高管材的耐压性。耐压性已经成为衡量PE管材质量的一个重要标准。除此之外，PE管材还或多或少存在着抗腐蚀性能差、隔音效果不好，耐磨性、韧性、抗老化性有待进一步提高的问题。
因此，寻求更为有效的方法，制备出：耐腐蚀和耐磨损性能强，使用寿命长，抗老化，韧性高，拉伸强度高，材质轻，耐压，隔音效果好的耐压PE管材具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耐压PE管材，该耐压PE管材克服了传统PE管材或多或少存在的抗腐蚀性和耐候性较差，隔音效果不好，耐磨性、韧性、抗老化性、耐压性有待进一步提高，生产合格率低，使用寿命短，成本昂贵，生产效率低，易变形易出现裂缝的技术问题，具有更加优异的耐老化、耐磨、隔音性和抗腐蚀性能，更高的耐压性能，使用寿命更长，同时本发明还提供了所述耐压PE管材的制备方法。
为达到以上目的，本发明提供一种耐压PE管材，由如下重量份的原材料制成：PE树脂100-120份、高密度聚乙烯纤维10-15份、超高分子量聚乙烯纤维10-15份、热塑性弹性体SBS 10-20份、表面改性碳基复合材料3-7份、纳米硼纤维2-5份、偶联剂1-3份、增韧剂1-3份、润滑剂1-3份、引发剂1-3份、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷2-5份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺3-7份。
进一步地，所述增韧剂选自为ACR(丙烯酸酯类共聚物)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、CPE(氯化聚乙烯)、UM300(日本钟渊化学生产)、M-HT(台塑集团生产)中的至少一种。
进一步地，所述润滑剂为PA20(日本钟渊化学生产)、P551A(日本钟渊化学生产)、AC-316A(美国霍尼韦尔生产)、AC-629A(美国霍尼韦尔生产)中至少的一种。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
进一步地，所述引发剂为异丙苯过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化环己酮、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种。
进一步地，所述表面改性碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳基复合材料碾磨成粉，过100-300目筛后，放入真空干燥箱中80-90℃下活化1-2小时，后将其加入到有机溶剂中，接着再加入双(三乙氧基硅基)乙烯，在40-50℃下搅拌反应3-5小时，后过滤，用异丙醇洗涤3-5次，后旋蒸除去异丙醇，得到表面改性碳基复合材料。
优选地，所述碳基复合材料、有机溶剂、双(三乙氧基硅基)乙烯的质量比为(3-5):(12-20):1。
优选地，所述有机溶剂选自异丙醇、丙酮、二氯甲烷中的至少一种。
进一步地，所述耐压PE管材的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取原材料，混合均匀后得到混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到耐压PE管材。
优选地，所述挤出成型的温度控制参数为：供料段160-170℃，压缩段175-190℃，机头温度195-200℃，口模温度210-220℃。
由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明公开的耐压PE管材，制备方法简单易行，对设备依赖性不高，原料易得，价格低廉，适合规模化生产。
(2)本发明公开的耐压PE管材，克服了传统PE管材或多或少存在的抗腐蚀性和耐候性较差，隔音效果不好，耐磨性、韧性、抗老化性、耐压性有待进一步提高，生产合格率低，使用寿命短，成本昂贵，生产效率低，易变形易出现裂缝的技术问题，具有更加优异的耐老化、耐磨、隔音性和抗腐蚀性能，更高的耐压性能，使用寿命更长。
(3)本发明公开的耐压PE管材，在PE树脂中添加高密度聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维，不仅能起到增强的作用，而且能结合各自的优点，使得管材综合性能更佳，加工流动性能更好；添加热塑性弹性体SBS能增强材料的韧性，提高其耐冲击强度；添加表面改性碳基复合材料作为增强成分，能有效提高管材的抗压能力，通过表面改性能提高其与基材的相容性，表面改性后引入双键，与1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷2-5份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺一起，在引发剂的作用下，在成型时与聚合物主链发生接枝反应，引入氟苯结构，吡嗪结构，提高材料的力学性能和抗老化性能。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例中所述碳基复合材料为预先制备，制备方法参考：碳基复合材料制备及性能研究，李冬杰，天津大学，2009；所述其他原料购于摩贝(上海)生物科技有限公司。
实施例1
一种耐压PE管材，由如下重量份的原材料制成：PE树脂100份、高密度聚乙烯纤维10份、超高分子量聚乙烯纤维10份、热塑性弹性体SBS 10份、表面改性碳基复合材料3份、纳米硼纤维2份、硅烷偶联剂KH5501份、增韧剂ACR 1份、润滑剂PA201份、异丙苯过氧化氢1份、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷2份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺3份。
所述表面改性碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳基复合材料3kg碾磨成粉，过100目筛后，放入真空干燥箱中80℃下活化1小时，后将其加入到异丙醇12kg中，接着再加入双(三乙氧基硅基)乙烯1kg，在40℃下搅拌反应3小时，后过滤，用异丙醇洗涤3次，后旋蒸除去异丙醇，得到表面改性碳基复合材料。
所述耐压PE管材的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取原材料，混合均匀后得到混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到耐压PE管材；所述挤出成型的温度控制参数为：供料段160℃，压缩段175℃，机头温度195℃，口模温度210℃。
实施例2
一种耐压PE管材，由如下重量份的原材料制成：PE树脂105份、高密度聚乙烯纤维12份、超高分子量聚乙烯纤维12份、热塑性弹性体SBS 12份、表面改性碳基复合材料4份、纳米硼纤维3份、硅烷偶联剂KH5601.5份、增韧剂MBS 1.5份、润滑剂P551A1.5份、过氧化二异丙苯1.5份、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷3份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺4份。
所述表面改性碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳基复合材料3.5kg碾磨成粉，过150目筛后，放入真空干燥箱中83℃下活化1.2小时，后将其加入到丙酮14kg中，接着再加入双(三乙氧基硅基)乙烯1kg，在43℃下搅拌反应3.5小时，后过滤，用异丙醇洗涤4次，后旋蒸除去异丙醇，得到表面改性碳基复合材料。
所述耐压PE管材的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取原材料，混合均匀后得到混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到耐压PE管材；所述挤出成型的温度控制参数为：供料段162℃，压缩段180℃，机头温度197℃，口模温度213℃。
实施例3
一种耐压PE管材，由如下重量份的原材料制成：PE树脂110份、高密度聚乙烯纤维13份、超高分子量聚乙烯纤维13份、热塑性弹性体SBS 15份、表面改性碳基复合材料5份、纳米硼纤维3.5份、硅烷偶联剂KH5702份、增韧剂EVA2份、润滑剂AC-629A2份、过氧化环己酮2份、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷3.5份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺6份。
所述表面改性碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳基复合材料4kg碾磨成粉，过200目筛后，放入真空干燥箱中85℃下活化1.5小时，后将其加入到二氯甲烷16kg中，接着再加入双(三乙氧基硅基)乙烯1kg，在45℃下搅拌反应4小时，后过滤，用异丙醇洗涤4次，后旋蒸除去异丙醇，得到表面改性碳基复合材料。
所述耐压PE管材的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取原材料，混合均匀后得到混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到耐压PE管材；所述挤出成型的温度控制参数为：供料段165℃，压缩段184℃，机头温度198℃，口模温度215℃。
实施例4
一种耐压PE管材，由如下重量份的原材料制成：PE树脂115份、高密度聚乙烯纤维14份、超高分子量聚乙烯纤维14份、热塑性弹性体SBS 19份、表面改性碳基复合材料6份、纳米硼纤维4份、偶联剂2.5份、增韧剂2.5份、润滑剂2.5份、引发剂2.5份、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷4份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺6份。
所述增韧剂为ACR(丙烯酸酯类共聚物)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、CPE(氯化聚乙烯)、UM300(日本钟渊化学生产)、M-HT(台塑集团生产)按质量比1:1:2:3:1:2混合而成。
所述润滑剂为PA20(日本钟渊化学生产)、P551A(日本钟渊化学生产)、AC-316A(美国霍尼韦尔生产)、AC-629A(美国霍尼韦尔生产)按质量比1:2:1:3混合而成。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比2:3:5混合而成。
所述引发剂为异丙苯过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化环己酮、过氧化苯甲酸叔丁酯按质量比1:2:4:5混合而成。
所述表面改性碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳基复合材料4.5kg碾磨成粉，过250目筛后，放入真空干燥箱中88℃下活化1.8小时，后将其加入到有机溶剂19kg中，接着再加入双(三乙氧基硅基)乙烯1kg，在48℃下搅拌反应4.5小时，后过滤，用异丙醇洗涤5次，后旋蒸除去异丙醇，得到表面改性碳基复合材料。
所述有机溶剂是异丙醇、丙酮、二氯甲烷按质量比1:3:5混合而成。
所述耐压PE管材的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取原材料，混合均匀后得到混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到耐压PE管材；所述挤出成型的温度控制参数为：供料段168℃，压缩段188℃，机头温度199℃，口模温度218℃。
实施例5
一种耐压PE管材，由如下重量份的原材料制成：PE树脂120份、高密度聚乙烯纤维15份、超高分子量聚乙烯纤维15份、热塑性弹性体SBS 20份、表面改性碳基复合材料7份、纳米硼纤维5份、硅烷偶联剂KH5503份、增韧剂M-HT 3份、润滑剂AC-629A3份、过氧化苯甲酸叔丁酯3份、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷5份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺7份。
所述表面改性碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳基复合材料5kg碾磨成粉，过300目筛后，放入真空干燥箱中90℃下活化2小时，后将其加入到异丙醇20kg中，接着再加入双(三乙氧基硅基)乙烯1kg，在50℃下搅拌反应5小时，后过滤，用异丙醇洗涤5次，后旋蒸除去异丙醇，得到表面改性碳基复合材料。
所述耐压PE管材的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取原材料，混合均匀后得到混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到耐压PE管材；所述挤出成型的温度控制参数为：供料段170℃，压缩段190℃，机头温度200℃，口模温度220℃。
对比例1
本发明提供一种耐压PE管材，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加高密度聚乙烯纤维。
对比例2
本发明提供一种耐压PE管材，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加超高分子量聚乙烯纤维。
对比例3
本发明提供一种耐压PE管材，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加表面改性碳基复合材料。
对比例4
市售PE管材。
将以上实施例1-5及对比例1-4制备的耐压PE管材进行性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
(1)拉伸强度：按照GB/T 1040.3-2006测试；
(2)热老化测试：将制得的管材在热老化箱内进行老化，条件为80℃下老化80小时，对其老化后的拉伸强度进行测试；
(3)冲击强度：按照GB/T 1043-1993测试；
(4)耐磨测试：将制得的管材分别压成3mm薄片，于耐磨测试仪上，在相同条件下进行刮磨(500次)，刮磨前后的磨损量变化。
(5)耐压测试：将制得的管材取10m，在相同条件下进行耐压测试。
表1耐压PE管材的性能测试结果
| 项目 | 拉伸强度 | 热老化拉伸强度 | 磨损量 | 冲击强度 | 耐压强度 |
| 单位 | MPa | MPa | g | J/m | MPa |
| 实施例1 | 74 | 70 | 0.5 | 42 | 59 |
| 实施例2 | 77 | 68 | 0.4 | 43 | 61 |
| 实施例3 | 79 | 70 | 0.4 | 45 | 62 |
| 实施例4 | 82 | 73 | 0.3 | 46 | 65 |
| 实施例5 | 85 | 74 | 0.2 | 48 | 66 |
| 对比例1 | 66 | 58 | 0.9 | 36 | 52 |
| 对比例2 | 64 | 55 | 1.2 | 35 | 50 |
| 对比例3 | 53 | 50 | 1.0 | 40 | 49 |
| 对比例4 | 40 | 30 | 1.4 | 38 | 45 |
从表1可见，本发明实施例公开的耐压PE管材，与现有技术中的PE管材相比，具有更加优异的力学性能，耐摩性能和耐压性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种耐压PE管材，其特征在于，由如下重量份的原材料制成：PE树脂100-120份、高密度聚乙烯纤维10-15份、超高分子量聚乙烯纤维10-15份、热塑性弹性体SBS 10-20份、表面改性碳基复合材料3-7份、纳米硼纤维2-5份、偶联剂1-3份、增韧剂1-3份、润滑剂1-3份、引发剂1-3份、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷2-5份、(2Z)-4-氧代-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氢-[1,2,4]三唑并[4,3-a]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-烯-2-胺3-7份。
2.根据权利要求1所述的耐压PE管材，其特征在于，所述增韧剂选自为增韧剂ACR、增韧剂MBS、增韧剂EVA、增韧剂CPE、增韧剂UM300、增韧剂M-HT中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的耐压PE管材，其特征在于，所述润滑剂为润滑剂PA20、润滑剂P551A、润滑剂AC-316A、润滑剂AC-629A中至少的一种。
4.根据权利要求1所述的耐压PE管材，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的耐压PE管材，其特征在于，所述引发剂为异丙苯过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化环己酮、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的耐压PE管材，其特征在于，所述表面改性碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将碳基复合材料碾磨成粉，过100-300目筛后，放入真空干燥箱中80-90℃下活化1-2小时，后将其加入到有机溶剂中，接着再加入双(三乙氧基硅基)乙烯，在40-50℃下搅拌反应3-5小时，后过滤，用异丙醇洗涤3-5次，后旋蒸除去异丙醇，得到表面改性碳基复合材料。
7.根据权利要求6所述的耐压PE管材，其特征在于，所述碳基复合材料、有机溶剂、双(三乙氧基硅基)乙烯的质量比为(3-5):(12-20):1。
8.根据权利要求6所述的耐压PE管材，其特征在于，所述有机溶剂选自异丙醇、丙酮、二氯甲烷中的至少一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的耐压PE管材，其特征在于，所述耐压PE管材的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取原材料，混合均匀后得到混合料，再将混合料加入到双螺杆挤出机中进行挤出成型，得到耐压PE管材。
10.根据权利要求9所述的耐压PE管材，其特征在于，所述挤出成型的温度控制参数为：供料段160-170℃，压缩段175-190℃，机头温度195-200℃，口模温度210-220℃。
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