CN111499980A - 一种高强度高韧性的mpp电力管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力管技术领域，尤其涉及一种高强度高韧性的MPP电力管及其制备方法，本发明的一种高强度高韧性的MPP电力管，所述电力管包括以下重量份的原料：共聚聚丙烯95‑100份、丁腈橡胶3‑5份、复合改性颗粒15‑20份、稳定剂2.6‑4.2份、润滑剂1‑2份、相容剂5‑8份、海泡石1.5‑2份、抗氧化剂1076 0.5‑1份，所述复合改性颗粒是将改性蒙脱石经马来酸酐接枝聚丙烯插层改性后，再与纳米氧化锆复合而成，所述纳米氧化锆呈棉絮状结构。本发明通过改性蒙脱石、马来酸酐接枝聚丙烯、纳米氧化锆之间的相互作用，与基体材料的相容性好，在增加基体材料的强度的同时也提高了韧性，三者相辅相成，使得制备得到的MPP电力管既具有较高的强度也具有较高的韧性。
Description
技术领域
本发明涉及电力管技术领域，尤其涉及一种高强度高韧性的MPP电力管及其制备方法。
背景技术
随着新能源技术推广及充电桩市场前景越来越明朗，电力电缆保护管(简称电力管)市场需求量越来越大，同时随非开挖技术的优越性及推广容易，城市的非开挖电力管的应用比例急剧上升。
现有技术中，MPP电力管采用改性聚丙烯为主要原材料，在应用时无须大量挖泥、挖土及破坏路面，在道路、铁路、建筑物、河床下等特殊地段敷设管道、电缆等施工工程均有应用。与传统的“挖槽埋管法”相比，非开挖电力管工程更适应当前的环保要求，去除因传统施工所造成的尘土飞扬、交通阻塞等扰民因素，这一技术还可以在一些无法实施开挖作业的地区铺设管线，如古迹保护区、闹市区、农作物及农田保护区、高速公路、河流等。多孔管具有很强的兼容性和使用性，它适合光缆、电缆、同轴电缆、PCM电缆等诸多线缆的穿放，广泛用于电信、广电、铁路、部队、院校、大中型工矿企业内部通信等。
MPP电力管是目前市场上主要应用的最常规电力管材之一，但随着其应用领域和环境的逐渐扩大，其不足之处也越来越凸显，为了满足不同的场地需求往往需要对MPP材料进行增强或增韧改性，但是在增强之后，管材的韧性会有一定的损失，在增韧后，也会使得管材的强度有一定降低，因此，需要研发出一种既具有高强度，也有高韧性的MPP电力管是很有必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高强度高韧性的MPP电力管及其制备方法，通过改性蒙脱石、马来酸酐接枝聚丙烯、纳米氧化锆之间的相互作用，与基体材料的相容性好，在增加基体材料的强度的同时也提高了韧性，三者相辅相成，使得制备得到的MPP电力管既具有较高的强度也具有较高的韧性。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种高强度高韧性的MPP电力管，所述电力管包括以下重量份的原料：共聚聚丙烯95-100份、丁腈橡胶3-5份、复合改性颗粒15-20份、稳定剂2.6-4.2份、润滑剂1-2份、相容剂5-8份、海泡石1.5-2份、抗氧化剂1076 0.5-1份，所述复合改性颗粒是将改性蒙脱石经马来酸酐接枝聚丙烯插层改性后，再与纳米氧化锆复合而成，所述纳米氧化锆呈棉絮状结构。
本发明的高强度高韧性的MPP电力管，首先通过添加的丁腈橡胶、海泡石能够在一定程度上增加电力管的拉伸强度和冲击韧性，同时，本发明中还添加了复合改性颗粒，首先蒙脱石作为无机粒子，其本身的添加能够增加电力管基体材料的韧性，通过马来酸酐接枝聚丙烯的复合增加了复合改性颗粒和基体材料的相容性，而加入的纳米氧化锆具有较强的机械力学性能，纳米氧化锆的加入能够有效提高基体材料的环刚度和抗冲击性能，其次，纳米氧化锆呈棉絮状结构，在受到外界冲击力或拉伸力时具有更大的缓冲空间，因此能够提高机体材料的弯曲强度、拉伸强度以及抗冲击性等力学性能，使得制备得到的MPP电力管既具有较高的强度也具有较高的韧性。
另外，本发明复合改性颗粒的结构设置，由于蒙脱石属于多层结构，通过马来酸酐接枝聚丙烯对改性蒙脱石进行插层改性，从而增加改性蒙脱石层与层之间距离，进而将改性蒙脱石进行层的剥离，但是由于与棉絮状纳米氧化锆进行复合，一方面棉絮状的纳米氧化锆对改性蒙脱石具有一定的约束，使得改性蒙脱石层与层之间剥离，但是层与层之间的相对位置基本不变，从而增加了基体材料的滑动性能，增加其拉伸强度，另一方面件改性蒙脱石对纳米氧化锆也起到一定的约束作用，使得纳米氧化锆之间不易发生团聚，能够在基体材料中分散较好，因此，本发明中的复合改性颗粒通过改性蒙脱石、马来酸酐接枝聚丙烯、纳米氧化锆之间的相互作用，在增加基体材料的强度的同时也提高了韧性，三者相辅相成，提高了MPP电力管的综合性能。
进一步，所述电力管包括以下重量份的原料：共聚聚丙烯96份、丁腈橡胶4份、复合改性颗粒18份、稳定剂3份、润滑剂1.5份、相容剂6份、海泡石1.5份、抗氧化剂1076 0.8份。
进一步，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡，所述润滑剂为马来酸酐接枝聚乙烯蜡，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
此外，本发明还公开了上述的一种高强度高韧性的MPP电力管的制备方法，所述电力管的制备方法具体为：
将共聚聚丙烯、丁腈橡胶置于高速搅拌机中，加入稳定剂升温至90-100℃搅拌混匀后，升温至125-130℃，加入复合改性颗粒、相容剂、润滑剂、海泡石，保温高速搅拌10-20min，加入抗氧化剂继续搅拌20-30min，停止加热，持续搅拌至混合料冷却至45-50℃放料，置于双螺杆挤出机中挤出，得到电力管。
进一步，所述双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度185-190℃，二区温度176-180℃，3区温度170-175℃，4区温度160-165℃，口模温度185-190℃，螺杆温度120-130℃，螺杆转速10-12r/min，牵引速度0.6-0.8m/min。
进一步，所述复合改性颗粒的制备方法如下：
S1：将改性蒙脱土搅拌分散于丙酮溶液中，加入马来酸酐接枝聚丙烯，磁力搅拌混合均匀后，在室温下真空除去丙酮，得到混合物料一；
S2：将混合物料一置于螺杆挤出机中，与180℃条件进行熔融共混挤出，。
得到混合物料二；
S3：将混合物料二置于转矩流变仪中，于温度为210-220℃，转速为35-45r/min条件下进行二次熔融共混，得到混合物料三；
S4：将棉絮状纳米氧化锆搅拌分散于甲苯中，超声分散得到悬浮液，将混合物料三置于球磨机中，球磨完成后，以氨气作为工作气体进行低温等离子体处理，处理完成后立即浸入悬浮液中，搅拌，升温至70-80℃，保温反应2h，加入油酸，保温反应1h，趁热过滤，滤渣于50℃条件下干燥，得到复合改性颗粒。
将改性蒙脱土和马来酸酐接枝聚丙烯采用熔融共混的方式进行插层复合得到马来酸酐接枝聚丙烯/改性蒙脱土复合物，然后采用低温等离子体处理在马来酸酐接枝聚丙烯/改性蒙脱土复合物的表面引入活性基团氨基，再与纳米氧化锆复合时，马来酸酐接枝聚丙烯/改性蒙脱土复合物表面的氨基与纳米氧化锆表面的羟基进行反应，一方面降低了纳米氧化锆的极性，使得其能够更好的和基体材料相容，另一方面通过化学键使得纳米氧化锆和马来酸酐接枝聚丙烯/改性蒙脱土复合物结合更紧密,然后再通过加入的油酸，能够进一步和未反应完成的羟基进行反应，进一步降低了纳米氧化锆的极性，使得其能够更好的和基体材料相容。
进一步，所述低温等离子体处理的功率为70W，压力为3-5Pa，处理时间为2-5s。
进一步，所述改性蒙脱石的制备方法为：将蒙脱石搅拌分散于70-80℃的饱和氯化钠溶液中，加热至沸腾后，冰浴降至室温，然后加入去离子水搅拌、离心，重复加去离子水、离心3-5次，再搅拌分散于15倍质量的去离子水中，超声分散1h，加入十八烷基三甲基氯化铵，于80℃条件下反应2-3h，反应完成后静置24h，离心、洗涤、干燥后碾磨得到改性蒙脱石。
将蒙脱石浸泡于饱和氯化钠溶液中，当温度降低时，氯化钠晶体在蒙脱石层间析出，增加蒙脱石层间的距离，再经过十八烷基三甲基氯化铵进行活化，更有利于后续反应。
进一步，所述改性蒙脱石的制备中，蒙脱石、十八烷基三甲基氯化铵的质量比为1:0.1。
本发明的有益效果：
本发明的电力管，首先通过添加的丁腈橡胶、海泡石能够在一定程度上增加电力管的拉伸强度和冲击韧性，同时，本发明中还添加了复合改性颗粒，通过改性蒙脱石、马来酸酐接枝聚丙烯、纳米氧化锆之间的相互作用，与基体材料的相容性好，在增加基体材料的强度的同时也提高了韧性，三者相辅相成，使得制备得到的MPP电力管既具有较高的强度也具有较高的韧性。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种高强度高韧性的MPP电力管，在原料中添加了复合改性颗粒，复合改性颗粒是将改性蒙脱石经马来酸酐接枝聚丙烯插层改性后，再与纳米氧化锆复合而成，且纳米氧化锆呈棉絮状结构。具体的，复合改性颗粒的制备步骤如下：
改性蒙脱石的制备
将25g蒙脱石搅拌分散于500ml 70-80℃的饱和氯化钠溶液中，加热至沸腾后，冰浴降至室温，然后加入去离子水搅拌、离心，重复加去离子水、离心3-5次，再搅拌分散于600ml的去离子水中，超声分散1h，加入0.25g十八烷基三甲基氯化铵，于80℃条件下反应2-3h，反应完成后静置24h，离心、洗涤、干燥后碾磨得到改性蒙脱石。
复合改性颗粒的制备
S1：将20g改性蒙脱土按照5g/L的固液比搅拌分散于丙酮溶液中，加入2g马来酸酐接枝聚丙烯，磁力搅拌混合均匀后，在室温下真空除去丙酮，得到混合物料一；
S2：将混合物料一置于螺杆挤出机中，与180℃条件进行熔融共混挤出，得到混合物料二；
S3：将混合物料二置于转矩流变仪中，于温度为210-220℃，转速为35-45r/min，本实施例选择温度为215℃，转速为40r/min的条件下进行二次熔融共混，得到混合物料三；
S4：将12g棉絮状纳米氧化锆搅拌分散于5倍质量的甲苯中，超声分散得到悬浮液，将混合物料三置于球磨机中，以500r/min的速度球磨10h，球磨完成后，以氨气作为工作气体，在功率为70W，压力为3-5Pa条件下进行低温等离子体处理2-5s，处理完成后立即浸入悬浮液中，搅拌，升温至70-80℃，本实施例选择75℃温度下，保温反应2h，加入0.16g油酸，保温反应1h，趁热过滤，滤渣于50℃条件下干燥，得到复合改性颗粒。
利用制备得到的复合改性颗粒制备电力管，具体如下：
实施例一
将95重量份共聚聚丙烯、4重量份丁腈橡胶置于高速搅拌机中，加入2.6重量份稳定剂二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡升温至90℃搅拌混匀后，升温至125℃，加入20重量份复合改性颗粒、6重量份相容剂马来酸酐接枝聚丙烯、1重量份润滑剂马来酸酐接枝聚乙烯蜡、1.5重量份海泡石，保温高速搅拌20min，加入0.6重量份抗氧化剂1076继续搅拌30min，停止加热，持续搅拌至混合料冷却至50℃放料，置于双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度185℃，二区温度180℃，3区温度170℃，4区温度160℃，口模温度190℃，螺杆温度130℃，螺杆转速10r/min，牵引速度0.6m/min，挤出得到电力管。
实施例二
将98重量份共聚聚丙烯、4重量份丁腈橡胶置于高速搅拌机中，加入3重量份稳定剂二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡升温至95℃搅拌混匀后，升温至130℃，加入15重量份复合改性颗粒、5重量份相容剂马来酸酐接枝聚丙烯、2重量份润滑剂马来酸酐接枝聚乙烯蜡、2重量份海泡石，保温高速搅拌15min，加入0.8重量份抗氧化剂1076继续搅拌20min，停止加热，持续搅拌至混合料冷却至45℃放料，置于双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度185℃，二区温度180℃，3区温度175℃，4区温度165℃，口模温度190℃，螺杆温度120℃，螺杆转速12r/min，牵引速度0.7m/min，挤出得到电力管。
实施例三
将100重量份共聚聚丙烯、5重量份丁腈橡胶置于高速搅拌机中，加入4.2重量份稳定剂二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡升温至100℃搅拌混匀后，升温至128℃，加入18重量份复合改性颗粒、8重量份相容剂马来酸酐接枝聚丙烯、1重量份润滑剂马来酸酐接枝聚乙烯蜡、1.8重量份海泡石，保温高速搅拌10min，加入0.5重量份抗氧化剂1076继续搅拌25min，停止加热，持续搅拌至混合料冷却至48℃放料，置于双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度190℃，二区温度176℃，3区温度170℃，4区温度160℃，口模温度185℃，螺杆温度120℃，螺杆转速11r/min，牵引速度0.6-0.8m/min，挤出得到电力管
对比例一
本实施例和实施例一相比，其不同之处在于，将复合改性颗粒替换为混合物料三，即本实施例中添加的是马来酸酐接枝聚丙烯/改性蒙脱土复合物。
对比例二
本实施例和实施例一相比，其不同之处在于，将复合改性颗粒替换为常规的有机蒙脱土。
将实施例一～实施例三，对比例一、对比例二制备得到的电力管进行性能测试，并以市场上现有的MPP电力管(购置于德州京安塑胶制品有限公司)进行性能对比，测试结果如下表所示：
| 测试性能 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 对比例一 | 对比例二 | 现有产品 |
| 环刚度(KN/㎡) | 29.7 | 29.5 | 29.1 | 24.2 | 23.7 | 24.1 |
| 拉伸强度(MPa) | 31.8 | 30.9 | 30.3 | 26.3 | 25.7 | 25.6 |
| 断裂伸长率(％) | 592 | 581 | 601 | 459 | 410 | 406 |
| 落锤冲击 | 无破裂 | 无破裂 | 无破裂 | 轻微破裂 | 轻微破裂 | 轻微破裂 |
| 弯曲强度(MPa) | 39.7 | 40.2 | 39.1 | 37.2 | 36.1 | 36.2 |
通过上表可以看出，采用本发明制备得到的MPP电力管，各项指标均满足DL/T802.7-2010《电力电缆用导管技术条件》中的要求，且本发明中的MPP电力管，其环刚度、拉伸轻度、弯曲强度等均高于现有的MPP电力管。另外通过实施例一～三和对比例一相比可以看出，通过棉絮状氧化锆的复合能够明显提升制备得到的MPP电力管的强度和韧性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (9)
1.一种高强度高韧性的MPP电力管，其特征在于，所述电力管包括以下重量份的原料：共聚聚丙烯95-100份、丁腈橡胶3-5份、复合改性颗粒15-20份、稳定剂2.6-4.2份、润滑剂1-2份、相容剂5-8份、海泡石1.5-2份、抗氧化剂1076 0.5-1份，所述复合改性颗粒是将改性蒙脱石经马来酸酐接枝聚丙烯插层改性后，再与纳米氧化锆复合而成，所述纳米氧化锆呈棉絮状结构。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性的MPP电力管，其特征在于，所述电力管包括以下重量份的原料：共聚聚丙烯96份、丁腈橡胶4份、复合改性颗粒18份、稳定剂3份、润滑剂1.5份、相容剂6份、海泡石1.5份、抗氧化剂1076 0.8份。
3.根据权利要求2所述的一种高强度高韧性的MPP电力管，其特征在于，所述稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡，所述润滑剂为马来酸酐接枝聚乙烯蜡，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种高强度高韧性的MPP电力管的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将共聚聚丙烯、丁腈橡胶置于高速搅拌机中，加入稳定剂升温至90-100℃搅拌混匀后，升温至125-130℃，加入复合改性颗粒、相容剂、润滑剂、海泡石，保温高速搅拌10-20min，加入抗氧化剂继续搅拌20-30min，停止加热，持续搅拌至混合料冷却至45-50℃放料，置于双螺杆挤出机中挤出，得到电力管。
5.根据权利要求4所述的一种高强度高韧性的MPP电力管的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度185-190℃，二区温度176-180℃，3区温度170-175℃，4区温度160-165℃，口模温度185-190℃，螺杆温度120-130℃，螺杆转速10-12r/min，牵引速度0.6-0.8m/min。
6.根据权利要求5所述的一种高强度高韧性的MPP电力管的制备方法，其特征在于，所述复合改性颗粒的制备方法如下：
S1：将改性蒙脱土搅拌分散于丙酮溶液中，加入马来酸酐接枝聚丙烯，磁力搅拌混合均匀后，在室温下真空除去丙酮，得到混合物料一；
S2：将混合物料一置于螺杆挤出机中，与180℃条件进行熔融共混挤出，。得到混合物料二；
S3：将混合物料二置于转矩流变仪中，于温度为210-220℃，转速为35-45r/min条件下进行二次熔融共混，得到混合物料三；
S4：将棉絮状纳米氧化锆搅拌分散于甲苯中，超声分散得到悬浮液，将混合物料三置于球磨机中，球磨完成后，以氨气作为工作气体进行低温等离子体处理，处理完成后立即浸入悬浮液中，搅拌，升温至70-80℃，保温反应2h，加入油酸，保温反应1h，趁热过滤，滤渣于50℃条件下干燥，得到复合改性颗粒。
7.根据权利要求6所述的一种高强度高韧性的MPP电力管的制备方法，其特征在于，所述低温等离子体处理的功率为70W，压力为3-5Pa，处理时间为2-5s。
8.根据权利要求7所述的一种高强度高韧性的MPP电力管的制备方法，其特征在于，所述改性蒙脱石的制备方法为：将蒙脱石搅拌分散于70-80℃的饱和氯化钠溶液中，加热至沸腾后，冰浴降至室温，然后加入去离子水搅拌、离心，重复加去离子水、离心3-5次，再搅拌分散于15倍质量的去离子水中，超声分散1h，加入十八烷基三甲基氯化铵，于80℃条件下反应2-3h，反应完成后静置24h，离心、洗涤、干燥后碾磨得到改性蒙脱石。
9.根据权利要求8所述的一种高强度高韧性的MPP电力管的制备方法，其特征在于，所述改性蒙脱石的制备中，蒙脱石、十八烷基三甲基氯化铵的质量比为1:0.1。
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