CN110862606A - 一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电缆所用导管制造技术领域，特别涉及一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，由玄武岩改性高抗冲MPP母粒与聚丙烯混合后挤出制成。本发明将改性聚丙烯(MPP)母料应用到非开挖用电力电缆导管配方中，批量生产出非开挖用高抗冲MPP电力电缆导管并推广应用。使得此材料制成的电缆导管具有抵抗外力造成的变形的能力，增韧效果和增强热稳定性的特性。

Description

一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法
技术领域
本发明涉及一种电缆所用导管制造技术领域，特别涉及一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是通用塑料中使用较大的一种品种，其价格低廉、功能齐全，具有许多优异的性能，在日常生活中应用广泛。但硬质聚丙烯制品面临的主要技术难题是：材料的低温脆性大、柔韧性差等缺点，这限制了聚丙烯作为结构材料的应用。
如使用现有基础聚丙烯(PP)树脂制备非开挖用电力电缆护套管，在低温冲击性能、拉伸屈服强度、断裂伸长率等方面存在一定缺陷，不符合电力行业标准DL/T 802.7-2010《电力电缆用导管技术条件第7部分：非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管》标准要求。如使用北欧化工BA212E牌号的PP树脂生产制备电缆导管，其断裂伸长率无法达到不小于400％的指标要求；使用扬子石化YF3003或者独山子石化EPS30U牌号的PP生产制备电缆导管，其拉伸屈服强度/焊接接头拉伸强度无法达到25MPa/22MPa的性能指标要求。
因此生产制备符合电力行业标准的电缆导管，需要找到一种高效、廉价的改性料及方法。
发明内容
为了解决以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种，
为了实现上述目标，本发明的技术方案为：一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，包括下述步骤：
一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，包括下述步骤：
步骤一、制备表面改性玄武岩：按重量计，取0.1-1份的质量分数为0.16％wt-1.06％wt的偶联剂试剂加入到100份的质量分数为80％wt-82％wt的乙醇水溶液中搅拌混合后得到改性液，然后将干燥的玄武岩粗砂投入改性液中浸泡，再将浸泡后的玄武岩粗砂放入温度在100-150℃的恒温箱内干燥8-12小时，制得表面改性玄武岩；
步骤二、制备玄武岩改性高抗冲MPP母粒：将10-30份的所述表面玄武岩纤维，2-5份的马来酸酐接枝改性聚丙烯，5-10份的弹性体，60-80份的聚丙烯，充分混合后投入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到所述玄武岩改性高抗冲MPP母粒；
步骤三、制造玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管：将质量比为(2-5):(5-8)的粒状改性高抗冲MPP母粒材料与聚丙烯经过混合后加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管。
进一步的：所述步骤二中马来酸酐接枝改性聚丙烯采用如下方法制备：按重量份计，取1-5份马来酸酐与0.2-0.4份过氧化异丙苯混合均匀，然后加入丙酮直到完全溶解成混合物，将质量比为(0.1-0.5)：1的混合物和聚丙烯投入在高速混合机中，充分混合后加入双螺杆挤出机共混挤出；最后经过真空排气，冷却，干燥，切粒得到马来酸酐接枝改性聚丙烯。
进一步的：所述步骤一中所述偶联剂为A-171,A-172,KH560,KH550中的一种。
进一步的：所述步骤二中所述双螺杆挤出机的温度条件为：第一区160℃-170℃，第二区160℃-170℃，第三区170℃-180℃，第四区180℃-190℃，第五区180℃-190℃，第六区190℃-200℃，机头190℃-200℃；所述双螺杆挤出机螺杆转速为270r/min，切割速度为60r/min。
进一步的：所述步骤三中挤出机为前端带混炼段螺杆挤出机，所述螺杆挤出机的料筒依次分为五个温区，各温区工作温度为：第一区温度为160℃-180℃，第二区温度为180℃-190℃，第三区温度为190℃-200℃，第四区温度为200℃-210℃，第五区温度为200℃-210℃。
进一步的：所述双螺杆挤出机的温度条件为：加料段100℃-160℃，熔融段160℃-190℃，均化段190℃-210℃，机头190℃-210℃；所述双螺杆挤出机转速为300r/min。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，利用界面增强增韧原理，将表面改性的玄武岩纤维、弹性体及其他助剂加入聚丙烯原料当中，采用融溶挤出的加工方式，制得增韧、增强和热稳定好的改性聚丙烯母料，最后将改性聚丙烯(MPP)母料应用到非开挖用电力电缆导管配方中，批量生产出非开挖用高抗冲MPP电力电缆导管并推广应用。使得此材料制成的电缆导管具有抵抗外力造成的变形的能力，增韧效果和增强热稳定性的特性。
附图说明
图1为本发明一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法流程示意图；
图2为本发明一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法的折线图1；
图3为本发明一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法的折线图2；
图4为本发明一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法的折线图3。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下列实施案例中若无特殊说明，所用技术手段为本领域技术人员熟知的常规手段。
实施例1
步骤一、制备表面改性玄武岩：按重量计，取0.1-1份的质量分数为0.16％wt-1.06％wt的偶联剂试剂加入到100份的质量分数为80％wt-82％wt的乙醇水溶液中搅拌混合后得到改性液，然后将干燥的玄武岩粗砂投入改性液中浸泡，再将浸泡后的玄武岩粗砂放入温度在100-150℃的恒温箱内干燥8-12小时，制得表面改性玄武岩；
步骤二、制备玄武岩改性高抗冲MPP母粒：将10-30份的所述表面玄武岩纤维，2-5份的马来酸酐接枝改性聚丙烯，5-10份的弹性体，60-80份的聚丙烯，充分混合后投入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到所述玄武岩改性高抗冲MPP母粒；
步骤三、制造玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管：将质量比为(2-5):(5-8)的粒状改性高抗冲MPP母粒材料与聚丙烯经过混合后加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管。
具体的：a.按重量份计数，称取质量分数为0.16wt％的偶联剂试剂0.1份，质量分数为80wt％的乙醇水溶液100份搅拌水解，放入温度在100-150℃的恒温箱内干燥8-12小时制得表面改性玄武岩纤维；
b.按重量份计数，称取10份的表面改性玄武岩纤维，2份马来酸酐接枝聚改性聚丙烯，5份弹性体，60份聚丙烯混合均匀，通过双螺杆挤出机共混挤出制得改性高抗冲MPP母粒材料；
c.按重量份计数，称取2份高抗冲MPP母粒材料与8份聚丙烯混合挤出成型制得玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管；
其中,a步骤中料筒部分第一区温度为160℃，第二区温度为180℃，第三区温度为190℃，第四区温度为200℃，第五区温度为200℃；
b步骤中模头部分第I区温度为195℃，第II区温度为195℃，第III区温度为205℃，第IV区205℃，第V区190℃。
实施例2
本实施例中表面改性玄武岩纤维和改性高抗冲MPP母粒材料的生产方法同实施例1，在此不再赘述。
具体的：a.按重量份计数，称取质量分数为1.06wt％的偶联剂试剂1份，质量分数为82wt％的乙醇水溶液100份搅拌水解，放入温度在100-150℃的恒温箱内干燥8-12小时制得表面改性玄武岩纤维；
b.按重量份计数，称取30份的表面改性玄武岩纤维，5份马来酸酐接枝聚改性聚丙烯，10份弹性体，80份聚丙烯混合均匀，通过双螺杆挤出机共混挤出制得改性高抗冲MPP母粒材料
c.按重量份计数，称取5份高抗冲MPP母粒材料与5份聚丙烯混合挤出成型制得玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管；
其中,a步骤中料筒部分第一区温度为180℃，第二区温度为190℃，第三区温度为200℃，第四区温度为210℃，第五区温度为210℃；
b步骤中模头部分第I区温度为205℃，第II区温度为205℃，第III区温度为210℃，第IV区210℃，第V区200℃。
实施例3
本实施例中表面改性玄武岩纤维和改性高抗冲MPP母粒材料的生产方法同实施例1，在此不再赘述。
具体的：a.按重量份计数，称取质量分数为0.75wt％的偶联剂试剂0.2份，质量分数为80wt％的乙醇水溶液100份搅拌水解，放入温度在100-150℃的恒温箱内干燥8-12小时制得表面改性玄武岩纤维；
b.按重量份计数，称取20份的表面改性玄武岩纤维，3份马来酸酐接枝聚改性聚丙烯，6份弹性体，71份聚丙烯混合均匀，通过双螺杆挤出机共混挤出制得改性高抗冲MPP母粒材料
c.按重量份计数，称取4份高抗冲MPP母粒材料与6份聚丙烯混合挤出成型制得玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管；
其中,a步骤中料筒部分第一区温度为175℃，第二区温度为190℃，第三区温度为198℃，第四区温度为200℃，第五区温度为200℃；
b步骤中模头部分第I区温度为200℃，第II区温度为200℃，第III区温度为205℃，第IV区205℃，第V区195℃。
对比例1
本对比例中MPP母粒的制备方法同实施例1，在此不再赘述，不同之处在于，本对比例中采用相同重量的未改性玄武岩代替改性玄武岩纤维；
具体的：b.按重量份计数，称取10份未玄武岩纤维，2份马来酸酐接枝聚改性聚丙烯，5份弹性体，60份聚丙烯混合均匀，通过双螺杆挤出机共混挤出制得改性高抗冲MPP母粒材料；
c.按重量份计数，称取5份高抗冲MPP母粒材料与5份聚丙烯混合挤出成型制得玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管；
其中,a步骤中料筒部分第一区温度为180℃，第二区温度为190℃，第三区温度为200℃，第四区温度为210℃，第五区温度为210℃；
b步骤中模头部分第I区温度为205℃，第II区温度为205℃，第III区温度为210℃，第IV区210℃，第V区200℃。
对比例2
本对比例中MPP母粒的制备方法同实施例1，在此不再赘述，不同之处在于，本对比例中采用相同重量的未改性玄武岩代替改性玄武岩纤维；
具体的：按重量份计数，称取30份的未改性玄武岩纤维，5份马来酸酐接枝聚改性聚丙烯，10份弹性体，80份聚丙烯混合均匀，通过双螺杆挤出机共混挤出制得改性高抗冲MPP母粒材料
c.按重量份计数，称取5份高抗冲MPP母粒材料与5份聚丙烯混合挤出成型制得玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管；
其中,a步骤中料筒部分第一区温度为180℃，第二区温度为190℃，第三区温度为200℃，第四区温度为210℃，第五区温度为210℃；
b步骤中模头部分第I区温度为205℃，第II区温度为205℃，第III区温度为210℃，第IV区210℃，第V区200℃；
b步骤中料筒内真空度第一段为0.050MPa，第二段为0.045MPa；
b步骤中挤出机内熔体温度为210℃，熔体压力为320MPa。
对比例3
b.按重量份计数，称取20份的未改性玄武岩纤维，3份马来酸酐接枝聚改性聚丙烯，6份弹性体，71份聚丙烯混合均匀，通过双螺杆挤出机共混挤出制得改性高抗冲MPP母粒材料
c.按重量份计数，称取4份高抗冲MPP母粒材料与6份聚丙烯混合挤出成型制得玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管；
其中,a步骤中料筒部分第一区温度为175℃，第二区温度为190℃，第三区温度为198℃，第四区温度为200℃，第五区温度为200℃；
b步骤中模头部分第I区温度为200℃，第II区温度为200℃，第III区温度为205℃，第IV区205℃，第V区195℃。
对本发明制备的电缆导管的各项性能进行测试，测试结果见表1。
测试方法：
拉伸强度测试方法：ASTM D638；
冲击强度测试方法：ASTM D6110；
断裂伸长测试方法：ASTM D5034-95；
表1各实施例制备得到的电缆导管的产品性能表
Figure BDA0002265026610000071
从上述测试结果可以看出：
(1)本发明的玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，根据未改性玄武岩与改性玄武岩冲击强度对比，从上表中实施例1与对比例1，实施例2与对比例2，实施例3与对比例3三组冲击强度能够看出，随着玄武岩纤维含量的增加，添加了未改性玄武岩纤维的复合材料其冲击强度随着纤维含量的增加而下降，而经过改性的纤维其冲击强度普遍高于没经过改性的纤维。主要原因在于未经过表面处理的玄武岩纤维与聚丙烯基体之间向同性差，在冲击荷载的情况下，纤维表面无法与聚丙烯基体产生剪切作用力。也是因为这种情况，当纤维含量增加时，大量的纤维无法与基体产生相互作用力，反而使聚丙烯内部成中控状态，导致冲击强度明显下降。而经过表面处理的玄武岩纤维由于表面形成的Si-O-Si键，使其能够与聚丙烯基体之间产生很强的相互作用，在冲击荷载的情况下，纤维表面与聚丙烯产生剪切力，从而使符合材料整体的冲击性得到提升。
(2)本发明的玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，不同添加量的改性与为改性玄武岩纤维符合材料断裂伸长率对比图2可以看出，在实施例3中纤维添加量达到20份时，添加了改性玄武岩纤维的试样达到了巅峰，对比例3与对比例1和2对边可以得出，未改性的组分的断裂伸长率出现了下降。说明了经过改性的玄武岩纤维在共混的过程中在树脂基体中分散较为均匀，对聚丙烯树脂链的运动产生了阻碍作用，导致其在抗拉性能方面有显著提高。
(3)将图3和图4的拉伸强度和断裂伸长率结合，可以看出随着纤维添加量的提高，拉伸强度和断裂伸长率呈相反的趋势，改性与未改性纤维也都呈现类似现象。在实验过程中也都出现脆断现象。说明纤维掺入量增加的同时，纤维与聚丙烯的结合度变差，在基体内部过于分散，致使材料断裂伸长率下降，脆性增加。此时加入的弹性体材料正好能够解决这个问题，使得实施例3在拉伸强度、冲击强度高的特点。
(4)通过实验发现，玄武岩纤维经过改性，与未改性的玄武岩相比，与聚丙烯的相容性得到了明显提升。改性玄武岩纤维添加量达到20份时，拉伸强度是聚丙烯的1.5倍，冲击强度是未改性纤维的2倍。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一、制备表面改性玄武岩：按重量计，取0.1-1份的质量分数为0.16％wt-1.06％wt的偶联剂试剂加入到100份的质量分数为80％wt-82％wt的乙醇水溶液中搅拌混合后得到改性液，然后将干燥的玄武岩粗砂投入改性液中浸泡，再将浸泡后的玄武岩粗砂放入温度在100-150℃的恒温箱内干燥8-12小时，制得表面改性玄武岩；
步骤二、制备玄武岩改性高抗冲MPP母粒：将10-30份的所述表面玄武岩纤维，2-5份的马来酸酐接枝改性聚丙烯，5-10份的弹性体，60-80份的聚丙烯，充分混合后投入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到所述玄武岩改性高抗冲MPP母粒；
步骤三、制造玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管：将质量比为(2-5):(5-8)的粒状改性高抗冲MPP母粒材料与聚丙烯经过混合后加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管。
2.根据权利要求1所述的玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，其特征在于：所述步骤二中马来酸酐接枝改性聚丙烯采用如下方法制备：按重量份计，取1-5份马来酸酐与0.2-0.4份过氧化异丙苯混合均匀，然后加入丙酮直到完全溶解成混合物，将质量比为(0.1-0.5)：1的混合物和聚丙烯投入在高速混合机中，充分混合后加入双螺杆挤出机共混挤出；最后经过真空排气，冷却，干燥，切粒得到马来酸酐接枝改性聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的玄武岩增强改性聚丙烯的生产方法，其特征在于：所述步骤一中所述偶联剂为A-171,A-172,KH560,KH550中的一种。
4.根据权利要求1所述的玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，其特征在于：所述步骤二中所述双螺杆挤出机的温度条件为：第一区160℃-170℃，第二区160℃-170℃，第三区170℃-180℃，第四区180℃-190℃，第五区180℃-190℃，第六区190℃-200℃，机头190℃-200℃；所述双螺杆挤出机螺杆转速为270r/min，切割速度为60r/min。
5.根据权利要求2所述的玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，其特征在于：所述步骤三中挤出机为前端带混炼段螺杆挤出机，所述螺杆挤出机的料筒依次分为五个温区，各温区工作温度为：第一区温度为160℃-180℃，第二区温度为180℃-190℃，第三区温度为190℃-200℃，第四区温度为200℃-210℃，第五区温度为200℃-210℃。
6.根据权利要求2所述的玄武岩增强改性聚丙烯电缆导管的生产方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的温度条件为：加料段100℃-160℃，熔融段160℃-190℃，均化段190℃-210℃，机头190℃-210℃；所述双螺杆挤出机转速为300r/min。
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