CN111454573B - 一种非金属内衬管材料及其非金属内衬管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非金属内衬管材料及其非金属内衬管的制备方法，属于内衬管材。其包括：按重量份计，复合树脂45‑85份、填料10‑20份、加工稳定剂2‑6份和颜料1‑3份。本发明的内衬管其冲击性能、耐温性、耐磨性能和机械性能高，在230℃高温环境下也能进行油、气、水输送。

Description

一种非金属内衬管材料及其非金属内衬管的制备方法
技术领域
本发明涉及内衬管材技术领域，具体涉及一种非金属内衬管材料及其非金属内衬管的制备方法。
背景技术
目前PVC、PE以及耐高温的HDPE等非金属材料被用来改性做耐高温管。其中，市场上的PVC管材大都由聚氯乙烯及大量的添加剂混合制造而成，耐热性能较差，当温度超过75℃后，会散发出氯气等有害气体，同时大大降低了管材的使用寿命；在-10℃的冷水中，容易造成管材硬化，韧性降低，缩短管材的使用寿命。HDPE具有良好的耐热性与耐寒性，机械性能较好，并且在低温条件下，仍能保持一定的韧性。
目前国内多个油气田项目的输送介质温度达到150℃以上，且腐蚀性极强，碳钢材料耐蚀性差，耐蚀合金价格高，非金属管具有极好的水动力学性能、耐蚀性好、使用寿命长，但目前的HDPE塑料在-70℃甚至更低温度以及80℃甚至更高温度的环境下，其韧性及机械强度已经难以满足实际需求。 PVC、PPR甚至PVDF的应用温度也难以满足现场的高温应用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种非金属内衬管材料及其非金属内衬管的制备方法，以解决现有非金属内衬管耐温性差且及机械性能不高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种非金属内衬管材料，包括：按重量份计，复合树脂45-85份、填料 10-20份、加工稳定剂2-6份和炭黑1-3份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述内衬管材料包括：按重量份计，复合树脂55-75份、填料10-20份、加工稳定剂2-6份和颜料1-3份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述复合树脂包括：热塑性聚酰亚胺45-85份、聚酯碳酸酯5-25份、聚醚砜3-15份和聚四氟乙烯1-10份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述聚酰亚胺为线性热塑性聚酰亚胺。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述加工稳定剂为亚磷酸二苯酯、三壬基苯酚磷酸酯、磷酸二氢钠和磷酸氢钠中的一种或多种。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述填料为超细二氧化硅、云母粉和石墨烯中的一种或多种。
一种非金属内衬管的制备方法，采用上述的非金属内衬管材料，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜树脂置于80-120℃温度下干燥处理2-3h；
(2)将干燥后的聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜与聚四氟乙烯、加工稳定剂、颜料加入混料机中，在100-120℃温度下，以转速100-300r/min，搅拌混合10-30min后，经造粒后得到粒料；
(3)将粒料加入单螺杆挤出机中挤出，得到非金属内衬管。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(3)中挤出条件为：
加料段：Ⅰ区：200-250℃；Ⅱ区：230-280℃；Ⅲ区：255-295℃；
熔化段：Ⅳ区：260-290℃；Ⅴ区：265-300℃；Ⅵ区：270-310℃；
计量段：Ⅶ区：275-310℃；Ⅷ区：280-310℃；Ⅸ区：280-310℃；
机头：280-310℃；冷却槽水温为室温；牵引速度为2-3m/min。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的复合树脂中以聚酰亚胺树脂为主体材料和基体树脂，具有良好的耐高、低温性能和良好的机械性能，能保证管材的耐温性和机械性能；同时还具有的突出耐辐照性，还能提高管材的耐老化性能。加入的聚酯碳酸酯具有较高的分子量，其本身有很高的韧性，当其分散在材料中时可降低聚酰亚胺分子间作用力，从而起到了增强材料韧性的效果，同时其自身的强韧性能提高加工过程中材料稳定性。聚醚砜具有突出的冲击性能和耐温性，能增强材料的冲击性能同时还能稳定材料的耐高温性能。加入的聚四氟乙烯能与聚酰亚胺相容，由于其自身的结晶性，则会在管材表面形成结晶层，进而增强管材的耐磨性能。通过复合树脂整体提高材料的冲击性能、耐温性、耐磨性能和机械性能，在较高温度环境下也能进行油、气、水输送。
2、本发明采用的填料中云母粉具有高径厚比、耐高温、耐酸碱、耐磨优点；超细二氧化硅具有耐高温、耐磨；石墨烯具有质量轻、高化学稳定性、强度高、耐磨、抗老化。通过填料辅助增加内衬管材料的耐温性和耐磨性，提高内衬管的整体性能。
3、在本发明中聚酰亚胺与聚酯会在高温下发生降解，产生自由基，彼此反应，因此加入稳定剂则可以抑制自由基产生从而消除聚酰亚胺与聚酯共混过程中发生的交换反应保证材料相容的前提下尽量维持高性能。同时抑制剂还具有辅助抗氧的作用，捕捉氧和分解过氧化物，起到抗氧化的作用。
4、本发明采用的原料均有耐腐蚀性，在H2S、CO2、Cl-等腐蚀介质的环境中仍具有较好的耐腐蚀性能。
5、在本发明中采用的聚四氟乙烯自身具有的结晶性，会在管材表面形成聚四氟乙烯结晶层，能降低表面摩擦系数，从而流体运输时的摩阻较低，能易于流体的通过。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1中非金属内衬管的负荷热变形温度测试曲线；
图2为实施例2中非金属内衬管的负荷热变形温度测试曲线；
图3为实施例3中非金属内衬管的负荷热变形温度测试曲线；
图4为实施例4中非金属内衬管的负荷热变形温度测试曲线；
图5为实施例5中非金属内衬管的负荷热变形温度测试曲线。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
本实施例的非金属内衬管材料，包括：按重量份计，复合树脂45份、填料10份、加工稳定剂2份和炭黑1份。
其中，复合树脂包括：热塑性聚酰亚胺45份、聚酯碳酸酯5份、聚醚砜3份和聚四氟乙烯1份。聚酰亚胺为线性热塑性聚酰亚胺。加工稳定剂为亚磷酸二苯酯。填料为超细二氧化硅。
本实施例的非金属内衬管的制备方法的制备方法，采用本实施例的非金属内衬管材料，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜树脂置于80℃温度下干燥处理 3h；
(2)将干燥后的聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜与聚四氟乙烯、加工稳定剂、颜料加入混料机中，在100℃温度下，以转速100r/min，搅拌混合 10min后，经造粒后得到粒料；
(3)将粒料加入单螺杆挤出机中挤出，得到非金属内衬管。其中，加料段：Ⅰ区：200℃；Ⅱ区：230-280℃；Ⅲ区：255℃；熔化段：Ⅳ区：260℃；Ⅴ区：265℃；Ⅵ区：270℃；计量段：Ⅶ区：275-℃；Ⅷ区：280℃；Ⅸ区：280℃；机头：280℃；冷却槽水温为室温；牵引速度为2m/min。
实施例2：
本实施例的非金属内衬管材料，包括：按重量份计，复合树脂55份、填料12份、加工稳定剂4份和炭黑1.5份。
其中，复合树脂包括：热塑性聚酰亚胺55份、聚酯碳酸酯10份、聚醚砜5份和聚四氟乙烯3份。聚酰亚胺为线性热塑性聚酰亚胺。加工稳定剂为质量为1:1的亚磷酸二苯酯和三壬基苯酚磷酸酯。填料为质量为1:1的超细二氧化硅和云母粉。
本实施例的非金属内衬管的制备方法的制备方法，采用本实施例的非金属内衬管材料，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜树脂置于90℃温度下干燥处理 2h；
(2)将干燥后的聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜与聚四氟乙烯、加工稳定剂、颜料加入混料机中，在100℃温度下，以转速100r/min，搅拌混合 10min后，经造粒后得到粒料；
(3)将粒料加入单螺杆挤出机中挤出，得到非金属内衬管。其中，加料段：Ⅰ区：200℃；Ⅱ区：230-280℃；Ⅲ区：255℃；熔化段：Ⅳ区：260℃；Ⅴ区：265℃；Ⅵ区：270℃；计量段：Ⅶ区：275-℃；Ⅷ区：280℃；Ⅸ区： 280℃；机头：280℃；冷却槽水温为室温；牵引速度为2m/min。
实施例3：
本实施例的非金属内衬管材料，包括：按重量份计，复合树脂65份、填料15份、加工稳定剂5份和炭黑2份。
其中，复合树脂包括：热塑性聚酰亚胺65份、聚酯碳酸酯15份、聚醚砜8份和聚四氟乙烯5份。聚酰亚胺为线性热塑性聚酰亚胺。加工稳定剂为质量比为1:1:1的亚磷酸二苯酯、三壬基苯酚磷酸酯和磷酸二氢钠。填料为质量比为1:1:1的超细二氧化硅、云母粉和石墨烯。
本实施例的非金属内衬管的制备方法的制备方法，采用本实施例的非金属内衬管材料，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜树脂置于100℃温度下干燥处理 3h；
(2)将干燥后的聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜与聚四氟乙烯、加工稳定剂、颜料加入混料机中，在110℃温度下，以转速200r/min，搅拌混合 20min后，经造粒后得到粒料；
(3)将粒料加入单螺杆挤出机中挤出，得到非金属内衬管。其中，加料段：Ⅰ区：220℃；Ⅱ区：250℃；Ⅲ区：275℃；熔化段：Ⅳ区：285℃；Ⅴ区：280℃；Ⅵ区：290℃；计量段：Ⅶ区：295℃；Ⅷ区：300℃；Ⅸ区： 295℃；机头：290℃；冷却槽水温为室温；牵引速度为2m/min。
实施例4：
本实施例的非金属内衬管材料，包括：按重量份计，复合树脂75份、填料17份、加工稳定剂5份和炭黑2.5份。
其中，复合树脂包括：热塑性聚酰亚胺75份、聚酯碳酸酯20份、聚醚砜12份和聚四氟乙烯7份。聚酰亚胺为线性热塑性聚酰亚胺。加工稳定剂为三壬基苯酚磷酸酯。填料为云母粉。
本实施例的非金属内衬管的制备方法的制备方法，采用本实施例的非金属内衬管材料，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜树脂置于110℃温度下干燥处理 2h；
(2)将干燥后的聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜与聚四氟乙烯、加工稳定剂、颜料加入混料机中，在120℃温度下，以转速300r/min，搅拌混合 30min后，经造粒后得到粒料；
(3)将粒料加入单螺杆挤出机中挤出，得到非金属内衬管。其中，加料段：Ⅰ区：250℃；Ⅱ区：280℃；Ⅲ区：295℃；熔化段：Ⅳ区：290℃；Ⅴ区：300℃；Ⅵ区：310℃；计量段：Ⅶ区：310℃；Ⅷ区：310℃；Ⅸ区： 310℃；机头：310℃；冷却槽水温为室温；牵引速度为3m/min。
实施例5：
本实施例的非金属内衬管材料，包括：按重量份计，复合树脂85份、填料20份、加工稳定剂6份和炭黑3份。
其中，复合树脂包括：热塑性聚酰亚胺85份、聚酯碳酸酯25份、聚醚砜15份和聚四氟乙烯10份。聚酰亚胺为线性热塑性聚酰亚胺。加工稳定剂为质量比问1:1:1:1的亚磷酸二苯酯、三壬基苯酚磷酸酯、磷酸二氢钠和磷酸氢钠中。填料为石墨烯。
本实施例的非金属内衬管的制备方法的制备方法，采用本实施例的非金属内衬管材料，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜树脂置于120℃温度下干燥处理 3h；
(2)将干燥后的聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜与聚四氟乙烯、加工稳定剂、颜料加入混料机中，在1120℃温度下，以转速300r/min，搅拌混合 30min后，经造粒后得到粒料；
(3)将粒料加入单螺杆挤出机中挤出，得到非金属内衬管。其中，加料段：Ⅰ区：250℃；Ⅱ区：280℃；Ⅲ区：295℃；熔化段：Ⅳ区：290℃；Ⅴ区：300℃；Ⅵ区：310℃；计量段：Ⅶ区：310℃；Ⅷ区：310℃；Ⅸ区： 310℃；机头：310℃；冷却槽水温为室温；牵引速度为3m/min。
结果分析
对实施例1-5制得的非金属内衬管进行负荷热变形温度以及性能测试，其结果如下：
Figure BDA0002457924890000081
结合附图和上述结果可以看出，本发明制得的非金属内衬管其抗冲击强度大，且负荷热变形温度高，可用于高温环境下的油、气、水输送。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非金属内衬管材料，其特征在于，包括：按重量份计，复合树脂45-85份、填料10-20份、加工稳定剂2-6份和炭黑1-3份；
所述复合树脂包括：热塑性聚酰亚胺45-85份、聚酯碳酸酯5-25份、聚醚砜3-15份和聚四氟乙烯1-10份。
2.根据权利要求1所述的非金属内衬管材料，其特征在于，所述内衬管材料包括：按重量份计，复合树脂55-75份、填料10-20份、加工稳定剂2-6份和炭黑1-3份。
3.根据权利要求1所述的非金属内衬管材料，其特征在于，所述聚酰亚胺为线性热塑性聚酰亚胺。
4.根据权利要求1-3任一项所述的非金属内衬管材料，其特征在于，所述加工稳定剂为亚磷酸二苯酯、三壬基苯酚磷酸酯、磷酸二氢钠和磷酸氢钠中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的非金属内衬管材料，其特征在于，所述填料为超细二氧化硅、云母粉和石墨烯中的一种或多种。
6.一种非金属内衬管的制备方法，采用如权利要求1-5任一项所述的非金属内衬管材料，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别将聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜树脂置于80-120℃温度下干燥处理2-3h；
(2)将干燥后的聚酰亚胺、聚酯碳酸酯和聚醚砜与聚四氟乙烯、加工稳定剂、炭黑加入混料机中，在100-120℃温度下，以转速100-300r/min，搅拌混合10-30min后，经造粒后得到粒料；
(3)将粒料加入单螺杆挤出机中挤出，得到非金属内衬管。
7.根据权利要求6所述的非金属内衬管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中挤出条件为：
加料段：Ⅰ区：200-250℃；Ⅱ区：230-280℃；Ⅲ区：255-295℃；
熔化段：Ⅳ区：260-290℃；Ⅴ区：265-300℃；Ⅵ区：270-310℃；
计量段：Ⅶ区：275-310℃；Ⅷ区：280-310℃；Ⅸ区：280-310℃；
机头：280-310℃；冷却槽水温为室温；牵引速度为2-3m/min。
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