CN111609224B - 改性弹性体、热塑性砂浆/混凝土输送管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于输送管道技术领域，具体涉及一种改性弹性体、热塑性砂浆/混凝土输送管及其制备方法。针对现有技术中存在的问题，本发明提供的输送管包括外护套、缠绕层和耐磨芯管，所述耐磨芯管包括外层的改性弹性体层和内层的耐磨材料层，所述改性弹性体层的性能满足砂浆/混凝土输送管弯曲的柔性需求，所述改性弹性体层的性能满足输送砂浆过程中的砂浆/混凝土输送管的纵向强度的需求，所述改性弹性体层的性能满足加工缠绕层过程中的耐磨芯管的强度和刚性的需求，所述耐磨材料层的性能满足输送砂浆过程中耐砂浆磨损的需求。本发明还提供改性弹性体的原料配比和上述热塑性砂浆/混凝土输送管的制备方法。本发明适用于砂浆/混凝土输送领域。

Description

改性弹性体、热塑性砂浆/混凝土输送管及其制备方法

技术领域

本发明属于输送管道技术领域，适用于砂浆和混凝土输送领域，具体涉及一种改性弹性体、热塑性砂浆/混凝土输送管及其制备方法。

背景技术

砂浆和混凝土是建筑上广泛使用的黏结物质，由一定比例的沙子、石块和胶结材料（水泥、石灰膏、黏土等）加水和成，也叫灰浆。其混合搅拌、输送和使用在各种建筑工地上必不可少的工作。

砂浆/混凝土的输送采用砂浆泵与砂浆/混凝土输送管进行。对于砂浆/混凝土输送管，通常具有如下技术要求：（1）由于工地上现场的工况各异，因而要求砂浆/混凝土输送管能够弯曲，且弯曲处管道的通径变化要尽量小；（2）砂浆中包含的骨料对砂浆/混凝土输送管的内壁有较大的磨损，因而需要管道内壁具有一定的耐磨性能；（3）在工作时，砂浆/混凝土输送管内部具有约 1 MPa 压力，因而要求砂浆/混凝土输送管在径向和纵向具有一定的承压能力。

现有的砂浆/混凝土输送管通常采用中间设置有缠绕层的橡胶管制成，橡胶具有良好的柔性，能够满足施工现场对砂浆/混凝土输送管道需灵活弯曲的要求，同时缠绕层能够提高砂浆/混凝土输送管的径向和纵向强度使其满足管道承压的要求。但是，目前该类型管道用于砂浆输送还存在一定的问题。首先，橡胶材料的耐磨性能较差，一般输送不超过500 立方的砂浆即失效，导致喷浆过程需要频繁更换输送管，浪费大量人力。而且磨损的橡胶输送管无法回收循环利用，不环保。此外，橡胶输送管制备过程中因为必须采用硫化工艺，故橡胶管只能制备定长的管道，对特殊场合（例如输送距离过长）必须采用连接方式，使用不方便。

发明内容

针对现有技术中橡胶管用于砂浆/混凝土输送管存在的问题，本发明提供一种改性弹性体、热塑性砂浆/混凝土输送管及其制备方法，其目的在于：提供一种能够与耐磨材料结合良好的改性弹性体并将其制成符合砂浆输送技术要求的管道，使得到的这种管道具有易弯曲、耐磨和抗压等性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种热塑性砂浆/混凝土输送管，包括由外层至内层设置的外护套、缠绕层和耐磨芯管，所述耐磨芯管包括外层的改性弹性体层和内层的耐磨材料层，所述改性弹性体层的性能满砂浆/混凝土输送管弯曲的柔性需求，所述改性弹性体层的性能满足输送砂浆过程中的砂浆/混凝土输送管的纵向强度的需求，所述改性弹性体层的性能满足加工缠绕层过程中的耐磨芯管的强度和刚性的需求，所述耐磨材料层的性能满足输送砂浆过程中耐砂浆磨损的需求。

该技术方案中，为了提高砂浆/混凝土输送管内壁的耐磨性能而在输送管的最内层采用耐磨材料层，为了保证砂浆/混凝土输送管的环刚度和强度而在耐磨芯管外设置缠绕层。通常耐磨材料层所采用的材料价格较贵，因而在本技术方案中，耐磨材料层的厚度较薄，从而能够在满足耐磨性能的需求的前提下降低成本。而另一方面，为了在耐磨芯管外加工设置缠绕层，需要耐磨芯管具有一定的强度和刚度。因此若仅采用较薄的耐磨材料层独自作为耐磨芯管，则其强度和刚度不能满足缠绕层的生产。由于上述矛盾，耐磨材料层和缠绕层的结合存在技术困难。

因此，本申请的方案中，在耐磨材料层外还设置改性弹性体层。基于耐磨材料层和缠绕层结合的技术困难，对改性弹性体层的性能具有如下要求：

（1）改性弹性体层和耐磨材料层的材料应当能够共挤出，从而使得耐磨芯管能够通过共挤出成型方式制备；

（2）改性弹性体层和耐磨材料层的材料应当具有良好的相容性，不能出现分层；

（3）改性弹性体层的材料具有能够满足砂浆/混凝土输送管弯曲的弹性，具有一定的纵向强度能够满足砂浆/混凝土输送管的承压需求，具有一定的强度和模量能够使耐磨芯管在加工缠绕层的过程中不变形；

（4）改性弹性体层在管道层状结构中用于替代一定厚度的耐磨材料层，应当在满足性能需求的前提下尽量采用成本较低的材料。

即本方案中通过设置改性弹性体层克服了耐磨材料层和缠绕层的结合困难，使得砂浆/混凝土输送管兼具有良好的耐磨性能、弯曲性能、和抗压能力。

优选的，所述缠绕层的缠绕形式为螺旋状缠绕；所述缠绕层包括至少一层缠绕材料，所述两层以上的缠绕材料的缠绕方向为相同的方向或不同的方向。所述缠绕层的性能满足砂浆/混凝土输送管弯曲的柔性需求，因此本优选方案采用螺旋状缠绕。螺旋状缠绕相比于网格状缠绕等方式的优势在于不会对管道的弯曲造成阻力。在复合管道中，缠绕层的主要作用是满足管道的径向强度和环刚度的需求。相比于网格状缠绕，螺旋状缠绕对纵向强度的增强较弱，因此本申请中还通过改性弹性体层对管道的纵向强度进行了增强。

优选的，所述砂浆/混凝土输送管的外径为 25mm-200mm，所述耐磨芯管的内径为20mm-150mm，所述耐磨材料层的厚度为 1 mm-5 mm，所述改性弹性体层的厚度为 0.5 mm-20mm。该优选方案进一步优选耐磨材料层和改性弹性体层的厚度，平衡耐磨性能、弯曲性能、

径向抗压能力和纵向抗压能力的提升效果，使得砂浆/混凝土输送管的综合性能达到最佳。

优选的，所述改性弹性体层的材料为改性弹性体，所述改性弹性体按如下质量百分数的原料制成：

聚乙烯 0-30%；

聚丙烯 0-30%；

弹性体 10%-90%；

填料 0-80%；

加工助剂 1%-8%。

进一步优选的，所述弹性体包括聚烯烃弹性体（POE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、热塑性弹性体（TPE）和热塑性硫化橡胶（TPV）中的至少一种；所述填料包括碳酸钙、滑石粉、蒙拓土和木粉中的至少一种；所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂和着色剂中的至少一种。

上述优选方案为一种优选的改性弹性体的配方，适用于在本申请方案中与耐磨材料层配合。

优选的，所述耐磨材料层的材料为砂浆磨损率小于等于 0.5%，且具备挤出或共挤出成型能力的热塑性材料。

进一步优选的，所述耐磨材料层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-硅氧烷共聚物、超高分子量聚乙烯、聚氧化乙烯、热塑性弹性体或热塑性硫化橡胶中的至少一种。

上述优选方案提供了一种优选的耐磨材料层，该材料能够有效提升砂浆/混凝土输送管的耐磨性能，且不会对弯曲性能产生过大的影响。

本发明还提供上述热塑性砂浆/混凝土输送管的制备方法，包括如下步骤：

将改性弹性体和内层耐磨材料共挤制备得到改性弹性体层和耐磨材料层构成的耐

磨芯管；

在所述耐磨芯管外制备缠绕层；

挤出弹性体材料在所述缠绕层外围制备外护套。

该生产工艺中，采用共挤出的工艺，能够生产任意长度的砂浆/混凝土输送管，避免了

橡胶管道生产过程中的定长度生产造成的管道使用的不便。

本发明还提供用于制备上述热塑性砂浆/混凝土输送管的改性弹性体，所述改性弹性体

按如下质量百分数的原料制成：

聚乙烯 0-30%；

聚丙烯 0-30%；

弹性体 10%-90%；

填料 0-80%；

加工助剂 1%-8%。

优选的，所述弹性体包括聚烯烃弹性体（POE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、热塑性弹性体（TPE）和热塑性硫化橡胶（TPV）中的至少一种；所述填料包括碳酸钙、滑石粉、蒙拓土和木粉中的至少一种；所述加工助剂包括抗氧剂、润滑剂和着色剂中的至少一种。

上述技术方案为一种优选的改性弹性体的配方，适用于在本申请方案的砂浆/混凝土输送管中与聚烯烃类的耐磨材料层配合。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过设置改性弹性体层克服了耐磨材料层和缠绕层的结合困难，使得砂浆/混凝土输送管兼具有良好的耐磨性能、弯曲性能和抗压能力。

2.优选方案中，螺旋状缠绕相比于网格状缠绕等方式的优势在于不会对管道的弯曲造成阻力。在复合管道中，缠绕层的主要作用是满足管道的径向强度和环刚度的需求。相比于网格状缠绕，螺旋状缠绕对纵向强度的增强较弱，因此本申请中还通过改性弹性体层对管道的纵向强度进行了增强。

3.进一步优选耐磨材料层和改性弹性体层的厚度，平衡耐磨性能、弯曲性能、径向抗压能力和纵向抗压能力的提升效果，使得砂浆/混凝土输送管的综合性能达到最佳。

4.提供了一种优选的耐磨材料层，该材料能够有效提升砂浆/混凝土输送管的耐磨性能，且不会对弯曲性能产生过大的影响。

5.提供一种优选的改性弹性体的配方，适用于在本申请方案中与聚烯烃弹性体类的耐磨材料层配合。

6.采用共挤出的工艺，能够生产任意长度的砂浆/混凝土输送管，避免了橡胶管道生产过程中的定长度生产造成的管道使用的不便。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图 1 是本发明中热塑性砂浆/混凝土输送管的结构示意图。

其中：1-外护套，2-缠绕层，3-改性弹性体层，4-耐磨材料层。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图 1 对本发明作详细说明。

一种热塑性砂浆/混凝土输送管，包括由外层至内层设置的外护套 1、缠绕层 2和耐磨芯管。所述外护套 1 的材料采用弹性体材料，以确保产品柔软性，所述弹性体包括但不限于聚烯烃弹性体（POE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、热塑性弹性体（TPE）或热塑性硫化橡胶（TPV）中的至少一种。所述缠绕层 2 采用钢丝、纺织物或其他纤维材料。在一些实施例中，所述缠绕层2 采用螺旋缠绕的方式，其优点是当热塑性砂浆/混凝土输送管进行弯曲时，管道不容易弯折。在一些实施例中，所述缠绕层 2 采用网格状的缠绕方式。

所述耐磨芯管包括外层的改性弹性体层 3 和内层的耐磨材料层 4，所述改性弹性体层 3的性能满足砂浆/混凝土输送管弯曲的柔性需求，具体的，要求砂浆/混凝土输送管道的弯曲半径小于等于 1000 mm。所述改性弹性体层 3 的性能满足输送砂浆过程中的砂浆/混凝土输送管的纵向强度的需求，具体的，针对外径为 25mm-200mm 的砂浆/混凝土输送管，其定伸强度为 100%伸长率时，强度大于等于 2 Mpa。所述改性弹性体层 3 的性能满足加工缠绕层 2 过程中的耐磨芯管的径向强度和刚度的需求，具体的，要求加工缠绕层2 过程中耐磨芯管不能屈曲破坏。所述耐磨材料层 4 的性能满足输送砂浆过程中耐砂浆磨损的需求，具体的，要求砂浆磨损率小于等于 0.5%（砂浆磨损率的测试方法参考四川省地方标准 DB51T2450-2018）。

在一些优选的实施例中，所述砂浆/混凝土输送管的外径为 25mm-200mm，所述耐磨芯管的内径为 20mm-150mm，所述耐磨材料层 4 的厚度为 1 mm-5 mm，所述改性弹性体层 3 的厚度为 0.5 mm-20 mm。

在一些优选的实施例中，所述耐磨材料层 4 的材料为砂浆磨损率小于等于0.5%，且具备挤出或共挤出成型能力的热塑性材料。所述耐磨材料层 4 的材料包括聚乙烯、聚丙烯和乙烯-丙烯-硅氧烷共聚物中的至少一种。作为具体的实施例，耐磨材料层 4的材料中，所述聚乙烯的分子量可选范围为 10 万-300 万，所述聚丙烯的分子量可选范围为 100 万-1000万，所述乙烯-丙烯-硅氧烷共聚物为乙烯、丙烯和硅氧烷作为结构单元以任意比例混合组成的共聚物，分子量可选范围为 10 万-1000 万。作为另一些具体的实施例，所述耐磨材料层 4 的材料还包括超高分子量聚乙烯、聚氧化乙烯、热塑性弹性体或热塑性硫化橡胶中的至少一种。所述超高分子量聚乙烯是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的平均分子量大于 150 万的热塑性工程塑料。

本发明还提供用于上述热塑性砂浆/混凝土输送管的改性弹性体，所述改性弹性体按如下质量百分数的原料制成：

聚乙烯 0-30%；

聚丙烯 0-30%；

弹性体 10%-90%；

填料 0-80%；

加工助剂 1%-8%。

作为具体的实施例，改性弹性体的制备原料中，所述聚乙烯的分子量可选范围为10 万-300 万，所述聚丙烯的分子量可选范围为 100 万-1000 万。所述弹性体包括但不限于聚烯烃弹性体（POE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、热塑性弹性体（TPE）或热塑性硫化橡胶（TPV）中的至少一种。所述填料包括但不限于碳酸钙、滑石粉、蒙拓土和木粉中的至少一种。所述加工助剂包括抗氧剂和润滑剂和着色剂中的至少一种。所述抗氧剂可选的类型包括但不限于受阻

酚类抗氧剂、亚磷酸脂类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、自由基清除型抗氧剂或金属减活型抗

氧剂。所述润滑剂可选硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡或

乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

上述改性弹性体的制备方法为，将原料按比例混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为 100-250℃。

本发明还提供上述热塑性砂浆/混凝土输送管的制备方法，包括如下步骤：

将改性弹性体和内层耐磨材料共挤制备得到改性弹性体层和耐磨材料层构成的耐磨芯管，其中耐磨材料提供最终制品的耐磨性能，改性弹性体在确保柔软前提下提供熔体强度以确保产品挤出性能以及制品纵向强度；

在所述耐磨芯管外围制备缠绕层，以提供径向强度并确保产品的环刚度，缠绕过程中视缠绕层与耐磨芯管的结合强度情况选择是否添加粘结树脂；

挤出弹性体材料在所述缠绕层外围制备外护套，该层材料为要求的稍低的弹性体，主要确保产品柔软性。

为了进一步说明本发明的技术效果，下面通过具体的实施例和对比例对本发明的技术方案做进一步的说明，实施例和对比例的制备方法均采用上述热塑性砂浆/混凝土输送管的制备方法，区别仅在于各层选择的原料和配比不同，原料的用量按照如下规格的管道进行计算：所述砂浆/混凝土输送管的外径为 100 mm，所述耐磨芯管的内径为 75 mm，所述耐磨材料层 4 的厚度为 2 mm，所述改性弹性体层 3 的厚度为 6 mm。

实施例 1

外护套 1 的材料所用改性弹性体按如下质量百分数的原料制成：碳酸钙填料1%、充油SEBS 弹性体 80%、聚乙烯 14%，受阻酚类抗氧剂 1%、聚乙烯蜡 2%、色母粒 2%。

缠绕层 2 选择钢丝进行螺旋缠绕。

改性弹性体层 3 所用改性弹性体按如下质量百分数的原料制成：碳酸钙填料1%、充油

SEBS 弹性体 90%、聚乙烯 4%，受阻酚类抗氧剂 1%、聚乙烯蜡 2%、色母粒 2%。耐磨材料层 4 所用耐磨材料为分子量为 150 万的超高分子量聚乙烯。

实施例2

外护套 1 所用改性弹性体按如下质量百分数的原料制成：三元乙丙胶 35%、聚丙烯 30、碳酸钙填料 30%、硫代酯类抗氧剂 2%、硬脂酸 2%、着色剂 1%。

缠绕层 2 选择钢丝进行螺旋缠绕。

改性弹性体层 3 所用改性弹性体按如下质量百分数的原料制成：三元乙丙胶35%、聚丙烯 30、碳酸钙填料 30%、硫代酯类抗氧剂 2%、硬脂酸 2%、着色剂 1%。

耐磨材料层 4 所用耐磨材料为热塑性硫化橡胶（TPV）类耐磨料。

对比例 1

外护套 1 的材料选择碳酸钙填料 1%、充油 SEBS 弹性体 90%、聚乙烯 4%，受阻酚类抗氧剂 1%、聚乙烯蜡 2%、色母粒 2%。缠绕层 2 选择钢丝进行螺旋缠绕。

本对比例中，改性弹性体层 3 不采用改性弹性体，而是采用分子量为 150 万的超高分子量聚乙烯。

耐磨材料层 4 所用耐磨材料为分子量为 150 万的超高分子量聚乙烯。

对比例2

外护套 1 的材料选择碳酸钙填料 1%、充油 SEBS 弹性体 90%、聚乙烯 4%，受阻酚类抗

氧剂 1%、聚乙烯蜡 2%、色母粒 2%。缠绕层 2 选择钢丝进行螺旋缠绕。

本对比例中，改性弹性体层 3 不采用改性弹性体，而是采用未改性的充油 SEBS弹性体。

耐磨材料层 4 所用耐磨材料为分子量为 150 万的超高分子量聚乙烯。

对上述实施例和对比例进行性能测试，下表列出了上述实施例与对比例中改性弹性体层 3 所采用的原料、耐磨层 4 所采用的材料、加工结果及制成的砂浆/混凝土输送管的性能测试结果。

从上表中可以看出，当耐磨材料层 4 选用模量较高的超高分子量聚乙烯时，改性弹性体层 3 的质量配比中增加了弹性体的比例，以满足复合管产品弯曲性能的要求（实施例 1）。

当耐磨材料层4 选用比较柔软的热塑性硫化橡胶（TPV）类耐磨料时，改性弹性体层 3 可采用模量相对较高的材料配方，以达到增加耐磨芯管刚度和强度的目的（实施例2）。

此外，从对比例可以看出，若改性弹性体层 3 不采用本申请提供的改性弹性体材料，而直接采用常规的弹性体材料，则耐磨材料层选用分子量为 150 万的超高分子量聚乙烯（对比例2）会出现耐磨芯管的两层材料相容性差而分层的情况。若耐磨芯管不采用两层结构，而是整体都选用分子量为 150万的超高分子量聚乙烯（对比例 1），则耐磨芯管不存在分层的问题，但是其制成的管道弯曲半径大于 1000 mm，不满足对砂浆/混凝土输送管的弯曲性能的需求。针对对比例中出现的这种矛盾，实施例 1-4 对弹性体材料进行了改性，改性后的弹性体不仅能够与耐磨材料具有良好的相容性，能够顺利共挤出制成耐磨芯管，而且具有良好的柔性，制成的砂浆/混凝土输送管弯曲半径小于等于 1000 mm。此外，实施例 1-4 制成的砂浆/混凝土输送管还具有良好的定伸强度能够满足砂浆输送的承压需求。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种热塑性砂浆/混凝土输送管，其特征在于：包括由外层至内层设置的外护套（1）、缠绕层（2）和耐磨芯管，所述耐磨芯管包括外层的改性弹性体层（3）和内层的耐磨材料层（4），所述改性弹性体层（3）的性能满足砂浆/混凝土输送管弯曲的柔性需求，所述改性弹性体层（3）的性能满足输送砂浆过程中的砂浆/混凝土输送管的纵向强度的需求，所述改性弹性体层（3）的性能满足加工缠绕层（2）过程中的耐磨芯管的强度和刚性的需求，所述耐磨材料层（4）的性能满足输送砂浆过程中耐砂浆磨损的需求；

所述耐磨材料层（4）的材料选自分子量为150万的超高分子量聚乙烯或热塑性硫化橡胶类耐磨料中的其中一种；

所述改性弹性体层（3）的材料按照如下方式选择：

①当所述耐磨材料层（4）的材料为150万的超高分子量聚乙烯时，所述改性弹性体层（3）的材料按如下质量百分数的原料制成：

碳酸钙填料1％、充油SEBS弹性体90％、聚乙烯4％，受阻酚类抗氧剂1％、聚乙烯蜡2％、色母粒2％；

②当所述耐磨材料层（4）的材料为热塑性硫化橡胶类耐磨料时，所述改性弹性体层（3）的材料按如下质量百分数的原料制成：三元乙丙胶35％、聚丙烯30％、碳酸钙填料30％、硫代酯类抗氧剂2％、硬脂酸2％、着色剂1％。

2.按照权利要求1所述的一种热塑性砂浆/混凝土输送管，其特征在于：所述缠绕层（2）的缠绕形式为螺旋状缠绕；所述缠绕层（2）包括至少一层缠绕材料，所述缠绕材料的缠绕方向为相同的方向或不同的方向。

3.按照权利要求1所述的一种热塑性砂浆/混凝土输送管，其特征在于：所述砂浆/混凝土输送管的外径为25mm-200mm，所述耐磨芯管的内径为20mm-150mm，所述耐磨材料层（4）的厚度为1 mm-5 mm，所述改性弹性体层（3）的厚度为0.5 mm-20 mm。

4.一种如权利要求1所述的热塑性砂浆/混凝土输送管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

[1]将改性弹性体和内层耐磨材料共挤制备得到改性弹性体层和耐磨材料层构成的耐磨芯管；

[2]在所述耐磨芯管外制备缠绕层；

[3]挤出弹性体材料在所述缠绕层外围制备外护套。

Images