CN111499984B - 一种基于hpvc的高强度管材及其制备方法 - Google Patents

一种基于hpvc的高强度管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，其特征在于：由如下重量份的原材料组成：HPVC 50‑60份、CPVC10‑15份、双端氨基硅油10‑20份、纳米硼纤维3‑8份、氨基改性富勒烯5‑10份、偶联剂1‑5份、1,3‑二丙烯酸金刚烷酯2‑4份、3,5‑二(三氟甲基)苯乙烯2‑4份、二乙氧基二乙烯基硅烷1‑3份、填充剂10‑15份、热稳定剂3‑5份、润滑剂1‑3份、引发剂0.05‑0.1份。本发明还公开了所述基于HPVC的高强度管材的制备方法。本发明公开的基于HPVC的高强度管材具有综合性能更加优异，热稳定性、加工流动性好，强度、耐应力开裂、抗冲击性更佳的优点。

Description

一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法。
背景技术
近年来，随着科技的进步及经济的发展，各种管材如雨后春笋般涌入人们的生活，与人们的生活息息相关，已经成为了人们生活的一部分，这些管材被广泛应用在建筑，水利，桥梁、电力运输、通讯、市政管网等领域，对人类的生活有着很重要的作用。
生活中的许多管材需要应用于地下，如公路、铁路路基、地铁工程、废弃物填埋场、隧道、绿化带、运动场等给排水领域，以及农业、园艺之地下灌溉和排水系统。在这些环境中使用的管材需要具备更加优异的物理化学性能，现有的金属给排水管材因为长埋地下，特别容易腐蚀生锈，甚至造成穿孔、堵塞等严重问题，无法满足这种条件下的使用要求。以PVC为代表的塑料管材正是在这中情况下应运而生，而且发展很快，它具有质轻、节能、耐腐蚀、易安装、成本低的优势，正在各个领域中不断的取代各种金属管材和其它传统材料的管材。
随国民经济的发展和激烈的市场竞争，对聚合物管性能提出更高要求，如希望其具备更高的环向强度、更好的耐应力开裂性能和更长的寿命。HPVC高聚合度聚氯乙烯是一种优良的原材料，与普通PVC相比，HPVC由于其分子量高，分子链长且卷曲性大，分子链间的缠结点增多，使HPVC分子链间的作用力增强，分子链间的滑移困难；因此HPVC可提供高的力学性能和耐热性能，具有类似橡胶的优异性能，以HPVC为材质的塑料管材具有高强度、高韧性、抗压性、阻燃性和耐复性等特点，可替代镀塑或镀锌钢管，横穿马路或创越桥梁作为通信电缆保护管，可替代MPP、PE管用于非开挖管道，但是HPVC 的热稳定性和加工流动性较差、抗冲击性不好，限制了其在工程领域的应用。
因此，开发一种综合性能更加优异，热稳定性、加工流动性好，强度、耐应力开裂、抗冲击性更佳的基于HPVC的高强度管材是业内的当务之急，对促进HPVC管材的发展具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，该制备方法具有效率高、能耗成本低，对设备依赖小，易于操作，能够进行大规模批量化生产等特点；通过这种制备方法制备得到的基于HPVC的高强度管材具有综合性能更加优异，热稳定性、加工流动性好，强度、耐应力开裂、抗冲击性更佳的优点。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明所述的一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，由如下重量份的原材料组成：HPVC 50-60份、CPVC10-15份、双端氨基硅油 10-20份、纳米硼纤维3-8份、氨基改性富勒烯5-10份、偶联剂1-5份、1,3-二丙烯酸金刚烷酯2-4份、3,5-二(三氟甲基)苯乙烯2-4份、二乙氧基二乙烯基硅烷1-3份、填充剂10-15份、热稳定剂3-5份、润滑剂1-3份、引发剂0.05-0.1份。
优选地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
优选地，所述填充剂选自滑石粉、云母粉、粉煤灰、轻质碳酸钙中的一种或几种，且所述填充剂的颗粒度大于等于1300目。
优选地，所述润滑剂为外润滑剂或内润滑剂，所述外润滑剂采用聚乙烯蜡、石蜡、合成蜡或微晶蜡；内润滑剂采用硬脂酸或硬脂酸钙。
优选地，所述热稳定剂为有机锡稳定剂、复合铅稳定剂、单铅稳定剂或钙锌复合稳定剂。
优选地，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
进一步地，所述基于HPVC的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：按配比将原材料经双螺杆挤出机混炼挤出导入单螺杆挤出机，由挤出机机头管状模具挤出，拉管成形，制得基于HPVC的高强度管材；拉管时控制单螺杆挤出机的转速、拉管速度、在氮气保护下，管材直径在300-500mm，管壁厚度为5-40mm，物料挤出流动的线速度控制在250-350mm/min，管材冷却区2000mm，控制冷却区进口温度为250-265℃，冷却区出口温度为80-90℃。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明公开的基于HPVC的高强度管材，制备方法具有效率高、能耗成本低，对设备依赖小，易于操作，能够进行大规模批量化生产等特点。
（2）本发明公开的基于HPVC的高强度管材，克服了传统HPVC 的热稳定性和加工流动性较差、抗冲击性不好的缺陷，具有具有综合性能更加优异，热稳定性、加工流动性好，强度、耐应力开裂、抗冲击性更佳的优点。
（3）本发明公开的基于HPVC的高强度管材，在成型阶段，各成分协同作用，以化学键的形式连接成有机整体，提高了管材的综合性能，双端氨基硅油的加入，在分子链中起到交联剂的作用，可提高内部自润滑能力、耐高温性能和材料回弹性。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，由如下重量份的原材料组成：HPVC 50份、CPVC10份、双端氨基硅油 10份、纳米硼纤维3份、氨基改性富勒烯5份、硅烷偶联剂KH5501份、1,3-二丙烯酸金刚烷酯2份、3,5-二(三氟甲基)苯乙烯2份、二乙氧基二乙烯基硅烷1份、滑石粉10份、有机锡稳定剂3份、聚乙烯蜡1份、偶氮二异丁腈0.05份。
所述基于HPVC的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：按配比将原材料经双螺杆挤出机混炼挤出导入单螺杆挤出机，由挤出机机头管状模具挤出，拉管成形，制得基于HPVC的高强度管材；拉管时控制单螺杆挤出机的转速、拉管速度、在氮气保护下，管材直径在300mm，管壁厚度为5mm，物料挤出流动的线速度控制在250mm/min，管材冷却区2000mm，控制冷却区进口温度为250℃，冷却区出口温度为80℃。
实施例2
一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，由如下重量份的原材料组成：HPVC 53份、CPVC11份、双端氨基硅油 12份、纳米硼纤维4份、氨基改性富勒烯6份、硅烷偶联剂KH5602份、1,3-二丙烯酸金刚烷酯3份、3,5-二(三氟甲基)苯乙烯3份、二乙氧基二乙烯基硅烷2份、云母粉11份、复合铅稳定剂4份、石蜡2份、偶氮二异庚腈0.06份。
所述基于HPVC的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：按配比将原材料经双螺杆挤出机混炼挤出导入单螺杆挤出机，由挤出机机头管状模具挤出，拉管成形，制得基于HPVC的高强度管材；拉管时控制单螺杆挤出机的转速、拉管速度、在氮气保护下，管材直径在350mm，管壁厚度为15mm，物料挤出流动的线速度控制在290mm/min，管材冷却区2000mm，控制冷却区进口温度为255℃，冷却区出口温度为83℃。
实施例3
一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，由如下重量份的原材料组成：HPVC 55份、CPVC13份、双端氨基硅油 15份、纳米硼纤维5份、氨基改性富勒烯8份、硅烷偶联剂KH5703份、1,3-二丙烯酸金刚烷酯3份、3,5-二(三氟甲基)苯乙烯3份、二乙氧基二乙烯基硅烷2份、粉煤灰13份、热稳定剂4份、合成蜡2份、偶氮二异丁腈0.07份。
所述基于HPVC的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：按配比将原材料经双螺杆挤出机混炼挤出导入单螺杆挤出机，由挤出机机头管状模具挤出，拉管成形，制得基于HPVC的高强度管材；拉管时控制单螺杆挤出机的转速、拉管速度、在氮气保护下，管材直径在400mm，管壁厚度为20mm，物料挤出流动的线速度控制在300mm/min，管材冷却区2000mm，控制冷却区进口温度为259℃，冷却区出口温度为86℃。
实施例4
一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，由如下重量份的原材料组成：HPVC 58份、CPVC14份、双端氨基硅油 18份、纳米硼纤维7份、氨基改性富勒烯9份、偶联剂4份、1,3-二丙烯酸金刚烷酯4份、3,5-二(三氟甲基)苯乙烯4份、二乙氧基二乙烯基硅烷2份、填充剂14份、热稳定剂5份、润滑剂2份、引发剂0.09份。
所述偶联剂是硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:3:2混合而成的混合物。
所述填充剂是滑石粉、云母粉、粉煤灰、轻质碳酸钙按质量比2:3:1混合而成的混合物，且所述填充剂的颗粒度大于等于1300目。
所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙按质量比3:5:2:1混合而成的混合物。
所述热稳定剂为有机锡稳定剂、复合铅稳定剂、单铅稳定剂、钙锌复合稳定剂按质量比1:1:2:1混合而成的混合物。
所述引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈按质量比3:5混合而成的混合物。
所述基于HPVC的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：按配比将原材料经双螺杆挤出机混炼挤出导入单螺杆挤出机，由挤出机机头管状模具挤出，拉管成形，制得基于HPVC的高强度管材；拉管时控制单螺杆挤出机的转速、拉管速度、在氮气保护下，管材直径在450mm，管壁厚度为30mm，物料挤出流动的线速度控制在330mm/min，管材冷却区2000mm，控制冷却区进口温度为260℃，冷却区出口温度为86℃。
实施例5
一种基于HPVC的高强度管材及其制备方法，由如下重量份的原材料组成：HPVC 60份、CPVC15份、双端氨基硅油20份、纳米硼纤维8份、氨基改性富勒烯10份、硅烷偶联剂KH5605份、1,3-二丙烯酸金刚烷酯4份、3,5-二(三氟甲基)苯乙烯4份、二乙氧基二乙烯基硅烷3份、轻质碳酸钙15份、单铅稳定剂5份、硬脂酸钙3份、偶氮二异庚腈0.1份。
所述轻质碳酸钙的颗粒度大于1300目。
所述基于HPVC的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：按配比将原材料经双螺杆挤出机混炼挤出导入单螺杆挤出机，由挤出机机头管状模具挤出，拉管成形，制得基于HPVC的高强度管材；拉管时控制单螺杆挤出机的转速、拉管速度、在氮气保护下，管材直径在500mm，管壁厚度为40mm，物料挤出流动的线速度控制在350mm/min，管材冷却区2000mm，控制冷却区进口温度265℃，冷却区出口温度为90℃。
对比例
市售HPVC管材。
同时，为了评估本发明所述管材的具体技术效果，用本发明实施例及对比例中的管材进行性能测试，测试结果及测试方法见表1。
表1
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例 检验依据
拉伸强度 (MPa) 55 58 60 63 65 26 GB/T1040.1-2006
冲击强度 (kJ/m<sup>2</sup>) 9.5 9.7 9.8 9.9 10.5 5.2 GB/T1834-2008
极限氧指数 40 41 43 44 45 26 GB/T2406-1993
从表1可见，本发明实施例公开的基于HPVC的高强度管材，与市售HPVC管材相比，机械力学性能和阻燃性均有明显改善。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于HPVC的高强度管材，其特征在于，由如下重量份的原材料组成：HPVC 50-60份、CPVC 10-15份、双端氨基硅油 10-20份、纳米硼纤维3-8份、氨基改性富勒烯5-10份、偶联剂1-5份、1,3-二丙烯酸金刚烷酯2-4份、3,5-二(三氟甲基)苯乙烯2-4份、二乙氧基二乙烯基硅烷1-3份、填充剂10-15份、热稳定剂3-5份、润滑剂1-3份、引发剂0.05-0.1份。
2.如权利要求1所述的基于HPVC的高强度管材，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
3.如权利要求1所述的基于HPVC的高强度管材，其特征在于，所述填充剂选自滑石粉、云母粉、粉煤灰、轻质碳酸钙中的一种或几种，且所述填充剂的颗粒度大于等于1300目。
4.如权利要求1所述的基于HPVC的高强度管材，其特征在于，所述润滑剂为外润滑剂或内润滑剂，所述外润滑剂采用聚乙烯蜡、石蜡、合成蜡或微晶蜡；内润滑剂采用硬脂酸或硬脂酸钙。
5.如权利要求1所述的基于HPVC的高强度管材，其特征在于，所述热稳定剂为有机锡稳定剂、复合铅稳定剂、单铅稳定剂或钙锌复合稳定剂。
6.如权利要求1所述的基于HPVC的高强度管材，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于HPVC的高强度管材，其特征在于，所述基于HPVC的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：按配比将原材料经双螺杆挤出机混炼挤出导入单螺杆挤出机，由挤出机机头管状模具挤出，拉管成形，制得基于HPVC的高强度管材；拉管时控制单螺杆挤出机的转速、拉管速度、在氮气保护下，管材直径在300-500mm，管壁厚度为5-40mm，物料挤出流动的线速度控制在250-350mm/min，管材冷却区2000mm，控制冷却区进口温度为250-265℃，冷却区出口温度为80-90℃。
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