CN111647240B - 一种抗冲增韧mpvc电力管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PVC电力管技术领域，尤其涉及一种抗冲增韧MPVC电力管及其制备方法，所述抗冲增韧MPVC电力管包括以下重量份原料：PVC树脂80‑100份、抗冲击改性剂ACR 3‑5份、MBS树脂2‑4份、稳定剂4‑6份、润滑剂1‑2份、改性填料10‑15份、分散剂3‑5份、硅烷偶联剂6‑8份、增塑剂4‑6份、抗氧化剂3‑5份，从提高导热性能、阻燃性能和加工流动性的角度解决抗冲击性、增韧的问题，使制得的MPVC电力管具有更好的抗冲击性、韧性、导热性和阻燃性。
Description
技术领域
本发明涉及PVC电力管技术领域，尤其涉及一种抗冲增韧MPVC电力管及其制备方法。
背景技术
近来，城市规划建设的发展以及市容的整洁和美观，高压电线要求全部埋入地下，由于高压电缆线电压高，容易发热产生高温或者瞬间意外短路产生高温，人们通常使用改性聚丙烯(MPP)、金属管道或者玻璃钢管作为高压电缆的护管套材。
金属管道或者MPP管材在施工时都需要焊接，野外作业不方便、施工效率低下，同时生产MPP管材的材料依赖石油提炼，成本很高，而金属管道耐腐蚀性差，使用寿命一般只有15-30年就被锈蚀损坏；玻璃钢管在生产和使用中因其采用玻璃纤维缠绕涂覆工艺容易造成污染，同时脆性大，不耐重压、敲打或碰撞，也易分层，影响使用寿命。
随着科技发展，塑料电力管开始取代金属管道。电力管一个突出的问题是耐热性。聚氯乙烯(PVC)有较好的电气绝缘性能，可作低频绝缘材料，其化学稳定性也好，但是由于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出HCL气体，使聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在-15～55度之间。因此出现了具有耐热性的氯化聚氯乙烯电力管，但是目前作为氯化聚氯乙烯电力管的主要原料氯化聚氯乙烯电力管专用树脂价格昂贵，制约了塑料电力管的发展。
中国发明专利申请号为“CN201210404237.7”公开的“一种PVC电力管及其制备方法”由以下重量份的原料组成：粒径为0.1～0.2mm的聚氯乙烯树脂，粒径为300～700目的碳酸钙，冲击改性剂ACR，复合铅盐稳定剂，润滑剂氧化聚乙烯蜡，纳米级无机阻燃剂，该发明采用纳米级无机阻燃剂作为PVC电力管的阻燃剂，可明显提高PVC电力管的阻燃性，采用ACR冲击改性剂，可改善PVC电力管的耐热性和抗冲击性，同时PVC电力管的抗弯、抗压能力都得到改善，但是该PVC电力管存在加工流动性低，导热性能差，在电缆长期工作时，电缆散发的热量聚集在管内，导致电缆单位负载率降低，同时，热量聚集容易导致管材软化、变脆，降低PVC电力管的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种抗冲增韧MPVC电力管及其制备方法，从提高导热性能、阻燃性能和加工流动性的角度解决抗冲击性、增韧的问题，使制得的MPVC电力管具有更好的抗冲击性、韧性、导热性和阻燃性。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种抗冲增韧MPVC电力管，所述抗冲增韧MPVC电力管包括以下重量份原料：PVC树脂80-100份、抗冲击改性剂ACR3-5份、MBS树脂2-4份、稳定剂4-6份、润滑剂1-2份、改性填料10-15份、分散剂3-5份、硅烷偶联剂6-8份、增塑剂4-6份、抗氧化剂3-5份。
ACR树脂是一种专用于聚氯乙烯改性的树脂，具有良好的耐候性、抗冲击性、加工稳定性、颜色稳定性和耐热性；MBS树脂是PVC最主要的抗冲击改性剂之一，MBS树脂既可以在增韧的同时，最大限度保持PVC的透明性，同时，MBS树脂具有良好的抗冲击性、耐寒性和加工流动性，但容易受氧化和紫外线作用而老化，ACR树脂和MBS树脂配合使用，能够有效提升PVC电力管的抗冲击性、耐热性、加工流动性、耐寒性和耐候性；ACR树脂和MBS树脂配合使用，还可以更大幅度地提升制品的韧性。
进一步，所述抗冲增韧MPVC电力管包括以下重量份原料：PVC树脂90份、抗冲击改性剂ACR4份、MBS树脂3份、稳定剂5份、润滑剂1.5份、改性填料13份、分散剂4份、硅烷偶联剂7份、增塑剂5份、抗氧化剂4份。
进一步，所述稳定剂为铅盐稳定剂，润滑剂为氧化聚乙烯蜡，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂，抗氧化剂为亚磷酸三酯。
进一步，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺中的至少一种。
进一步，所述抗冲增韧MPVC电力管的制备方法如下：
将PVC树脂投入高速混料机中，于90-110℃条件下搅拌5-10min，加入抗冲击改性剂ACR、MBS树脂、稳定剂、抗氧化剂，继续搅拌10-20min，搅拌均匀后，升温至120-140℃，加入润滑剂、改性填料、分散剂、硅烷偶联剂，搅拌10-20min后，加入增塑剂继续搅拌5-10min，搅拌均匀后，转入双螺杆挤出机中，设置主机温度为150-160℃，模具温度为160-180℃，机头温度为180-190℃，挤出成型，定型、冷却得到MPVC电力管。
进一步，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
改性单层碳纳米管的制备：
S1：将重晶土碾压、球磨，得到纳米重晶土，将纳米重晶土经过等离子预处理，等离子处理的条件为功率160W、处理时间230s、月桂酸钠8ml/min；
S2：将单层碳纳米管加入去离子水中，加热到70℃，加入硬脂酸钠，超声波振荡3-5H，加入S1步骤中经过等离子预处理的纳米重晶土，继续超声波振荡8-10H，加热到100℃，保温3-5H后洗涤、干燥得到纳米重晶土改性单层碳纳米管；
改性填料的制备：将S2得到的改性单层碳纳米管加入去离子水中，加热到80℃，加入苯酚-芳烷基环氧树脂，超声波振荡2-3H，加入聚山梨酯，继续超声波振动1-2H，水浴加热条件下保温24H后，取出，洗涤、干燥得到改性填料。
单层碳纳米管为市面上买到的管径为50-70nm的单层碳纳米管，通过球磨得到的纳米重晶土的粒径为8-15nm，以单层碳纳米管为基层，通过硬脂酸钠改性单层碳纳米管，将纳米重晶土经过等离子预处理，使纳米重晶土表面具有疏水基团，再通过化学枝接的方式使纳米重晶土更容易填充在单层碳纳米管的管内和外表面上，从而得到改性单层碳纳米管；单层碳纳米管的结构缺陷少，比表面积大，能负载的纳米重晶土更多，通过超声波振荡，使纳米重晶土充分与单层碳纳米管反应，继续加热到100℃，保温3-5H将水溶液蒸发，得到既有化学枝接的改性碳纳米管，又有物理包覆的改性碳纳米管，通过洗涤可除去碳纳米管上不稳定的纳米重晶土，得到更稳定的纳米重晶土改性单层碳纳米管。
改性单层碳纳米管具有单层碳纳米管的导热性、导电性和韧性，同时具有重晶土的耐磨性和耐老化性能；苯酚-芳烷基环氧树脂为外层，苯酚-芳烷基环氧树脂具有良好的耐热性能、低吸湿性和自身阻燃特性，聚山梨酯为一种非离子型表面活性剂，将苯酚-芳烷基环氧树脂通过共沉淀法包覆在改性单层碳纳米管上，得到具有导热性和阻燃性的二重改性填料，改性填料由环氧树脂包覆无机粒子组成，使得改性填料与基体树脂具有良好的相容性，降低改性填料团聚的现象。
进一步，所述改性单层碳纳米管的制备步骤中，超声波振荡的频率为10-15Khz。
进一步，所述改性填料的制备步骤中，超声波的振荡频率为1200-2000W。
改性填料的制备步骤中，超声波频率过大容易导致苯酚-芳烷基环氧树脂与改性单层碳纳米管结合的C-O键断裂，使苯酚-芳烷基环氧树脂不能与改性单层碳纳米管杂化。
进一步，所述改性单层碳纳米管的制备步骤中，重晶土的先用浮选法和煅烧法提纯。
将重晶土加入去离子水，搅拌均匀，加入氧化脂肪酸，反应3-5H后，过滤、洗涤、干燥得到高品位的重晶土，将高品位的重晶土置于900℃条件下，煅烧2-3H，煅烧除去有机杂质和吸热分解的杂质，得到纯度大于95％的重晶土。
进一步，所述所述改性填料为改性单层碳纳米管和苯酚-芳烷基环氧树脂二重改性制得。
本发明提供的一种抗冲增韧MPVC电力管及其制备方法，在本发明公开的制备方法中，加入了ACR树脂和MBS树脂，ACR树脂是PVC的专用抗冲击改性剂，能够增强PVC管材的抗冲击性，耐热性和耐候性；MBS树脂也能用于PVC的抗冲击改性，能够增强PVC管材的抗冲击性、韧性、耐寒性和加工流动性，但MBS树脂易受氧化和紫外线而老化，因此ACR树脂和MBS树脂配合使用，能达到协同增强的效果，既能增强PVC管材的抗冲击性、耐热性、韧性，又能解决单独使用MBS树脂带来的耐候性差的问题；在本发明公开的制备方法中，还加入了改性填料，改性填料的外层为苯酚-芳烷基环氧树脂，苯酚-芳烷基环氧树脂具有高耐热性、低吸湿性和自身阻燃特性，改性填料内层为改性单层碳纳米管，改性单层碳纳米管为纳米重晶土改性单层碳纳米管，使改性单层碳纳米管具有导热性、韧性的同时又具有耐磨性和耐老化性，苯酚-芳烷基环氧树脂通过共沉淀法负载在改性单层碳纳米管上，得到改性填料，使得改性填料具有导热性和阻燃性，从而使制得的PVC电力管具有抗冲击性、韧性、耐热性，同时又具有导热性、阻燃性和耐磨性。
具体实施方式
实施例1，改性填料的制备一
改性单层碳纳米管的制备：
S1:称取800g重晶土，加入去离子水，搅拌均匀，加入氧化脂肪酸，反应3H后，过滤，用无水乙醇或者去离子水洗涤至中性，于110℃条件下干燥2H得到高品位的重晶土，将高品位的重晶土置于800℃的条件下煅烧2H，煅烧除去有机杂质和吸热分解的杂质，得到纯度大于95％的重晶土，将高纯度的重晶土碾压、球磨，得到粒径在8-15nm的纳米重晶土，将纳米重晶土在功率为160W、处理时间230s、经过月硅酸钠溶液等离子预处理，得到等离子处理的纳米重晶土；
S2：称取300g的单层碳纳米管，加入去离子水，加热到70℃，再加入硬脂酸钠，于频率为10Khz的超声波振荡3H后，加入S1步骤中经过等离子预处理的纳米重晶土，继续超声波振荡8H后，将溶液加热到100℃，保温3H后用去离子水洗涤至中性，于90℃的条件下干燥3H后得到纳米重晶土改性单层碳纳米管；
改性填料的制备：
将S2步骤中制备得到的改性单层碳纳米管加入去离子水，加热到80℃，加入加入苯酚-芳烷基环氧树脂，于频率为1200W的条件下超声波振荡2H，加入聚山梨酯，继续超声波振荡1H后，于85℃的条件下水浴保温24H后，取出，用去离子水洗涤，将未完全反应的加入苯酚-芳烷基环氧树脂洗掉，于60℃的条件下干燥12H后得到改性填料。
实施例2，改性填料的制备二
改性单层碳纳米管的制备：
S1:称取1000g重晶土，加入去离子水，搅拌均匀，加入氧化脂肪酸，反应4H后，过滤，用无水乙醇或者去离子水洗涤至中性，于110℃条件下干燥3H得到高品位的重晶土，将高品位的重晶土置于900℃的条件下煅烧2.5H，煅烧除去有机杂质和吸热分解的杂质，得到纯度大于95％的重晶土，将高纯度的重晶土碾压、球磨，得到粒径在8-15nm的纳米重晶土，将纳米重晶土在功率为160W、处理时间230s、经过月硅酸钠溶液等离子预处理，得到等离子处理的纳米重晶土；
S2：称取400g的单层碳纳米管，加入去离子水，加热到70℃，再加入硬脂酸钠，于频率为12Khz的超声波振荡4H后，加入S1步骤中经过等离子预处理的纳米重晶土，继续超声波振荡9H后，将溶液加热到100℃，保温4H后用去离子水洗涤至中性，于90℃的条件下干燥4H后得到纳米重晶土改性单层碳纳米管；
改性填料的制备：
将S2步骤中制备得到的改性单层碳纳米管加入去离子水，加热到80℃，加入加入苯酚-芳烷基环氧树脂，于频率为1350W的条件下超声波振荡2.5H，加入聚山梨酯，继续超声波振荡1.5H后，于85℃的条件下水浴保温24H后，取出，用去离子水洗涤，将未完全反应的加入苯酚-芳烷基环氧树脂洗掉，于60℃的条件下干燥12H后得到改性填料。
实施例3，改性填料的制备三
改性单层碳纳米管的制备：
S1:称取1200g重晶土，加入去离子水，搅拌均匀，加入氧化脂肪酸，反应5H后，过滤，用无水乙醇或者去离子水洗涤至中性，于110℃条件下干燥4H得到高品位的重晶土，将高品位的重晶土置于1000℃的条件下煅烧3H，煅烧除去有机杂质和吸热分解的杂质，得到纯度大于95％的重晶土，将高纯度的重晶土碾压、球磨，得到纳米重晶土，得到粒径在8-15nm的纳米重晶土，将纳米重晶土在功率为160W、处理时间230s、经过月硅酸钠溶液等离子预处理，得到等离子处理的纳米重晶土；
S2：称取500g的单层碳纳米管，加入去离子水，加热到70℃，再加入硬脂酸钠，于频率为15Khz的超声波振荡5H后，加入S1步骤中经过等离子预处理的纳米重晶土，继续超声波振荡10H后，将溶液加热到100℃，保温5H后用去离子水洗涤至中性，于90℃的条件下干燥5H后得到纳米重晶土改性单层碳纳米管；
改性填料的制备：
将S2步骤中制备得到的改性单层碳纳米管加入去离子水，加热到80℃，加入加入苯酚-芳烷基环氧树脂，于频率为1500W的条件下超声波振荡3H，加入聚山梨酯，继续超声波振荡2H后，于85℃的条件下水浴保温24H后，取出，用去离子水洗涤，将未完全反应的加入苯酚-芳烷基环氧树脂洗掉，于60℃的条件下干燥12H后得到改性填料。
实施例4，MPVC电力管的制备一
称取如下重量份的原料：PVC树脂80份、抗冲击改性剂3份、MBS树脂2份、铅盐稳定剂4份、氧化聚乙烯蜡1份、改性填料10份、三乙基己基磷酸3份、硅烷偶联剂6份、邻苯二甲酸二辛脂4份、亚磷酸三酯3份；
混料：将PVC树脂投入高速混料机中，于90℃条件下搅拌5min后，加入抗冲击改性剂ACR、MBS树脂、铅盐稳定剂、亚磷酸三酯，继续搅拌10min，搅拌均匀后，升温至120℃，加入氧化聚乙烯蜡、改性填料、三乙基己基磷酸、硅烷偶联剂，搅拌10min后，加入邻苯二甲酸二辛脂继续搅拌5min，搅拌均匀后，得到混合原料；
挤出成型：将混合原料转入双螺杆挤出机中，设置主机温度为150℃，模具温度为160℃，机头温度为180℃，挤出成型，定型、冷却得到MPVC电力管。
实施例5，MPVC电力管的制备二
称取如下重量份的原料：PVC树脂90份、抗冲击改性剂4份、MBS树脂3份、铅盐稳定剂5份、氧化聚乙烯蜡1.5份、改性填料13份、三乙基己基磷酸4份、硅烷偶联剂7份、邻苯二甲酸二辛脂5份、亚磷酸三酯4份；
混料：将PVC树脂投入高速混料机中，于100℃条件下搅拌7min，加入抗冲击改性剂ACR、MBS树脂、铅盐稳定剂、亚磷酸三酯，继续搅拌10min，升温至130℃，加入氧化聚乙烯蜡、改性填料、三乙基己基磷酸、硅烷偶联剂，继续搅拌15min，加入邻苯二甲酸二辛脂继续搅拌7min，搅拌均匀后得到混合原料；
挤出成型：将混合原料转入双螺杆挤出机中，设置主机温度为155℃，模具温度为170℃，机头温度为185℃，挤出成型，定型、冷却得到MPVC电力管。
实施例6，MPVC电力管的制备三
称取如下重量份的原料：PVC树脂100份、抗冲击改性剂5份、MBS树脂4份、铅盐稳定剂6份、氧化聚乙烯蜡2份、改性填料15份、三乙基己基磷酸5份、硅烷偶联剂8份、邻苯二甲酸二辛脂6份、亚磷酸三酯5份；
混料：将PVC树脂投入高速混料机中，于110℃条件下搅拌10min，加入抗冲击改性剂ACR、MBS树脂、铅盐稳定剂、亚磷酸三酯，继续搅拌20min，搅拌均匀后，升温至140℃，加入氧化聚乙烯蜡、改性填料、三乙基己基磷酸、硅烷偶联剂，继续搅拌20min后，加入邻苯二甲酸二辛脂继续搅拌10min，搅拌均匀后得到混合原料；
挤出成型：将混合原料转入双螺杆挤出机中，设置主机温度为160℃，模具温度为180℃，机头温度为190℃，挤出成型，定型、冷却得到MPVC电力管。
对实施例四、实施例五和实施例六以及购买的现有市面上的PVC电力管进行抗冲击强度、韧性、导热率和阻燃性测试，分别按照国标GB/T1843-1996、GB/T6112-1985、GB/T3139-2005和GB20286-2006来测试，结果如下表所示：
由上表可以看出，本发明制备的抗冲增韧MPVC电力管，由于加入抗冲改性剂ACR和MBS树脂对原料PVC树脂进行改性，由于抗冲改性剂ACR和MBS树脂在聚氯乙烯基体中起到增韧和抗环境应力变形的作用，增加了聚氯乙烯原料的韧性和抗冲击强度，还添加了改性填料在聚氯乙烯原料中，由于改性填料在聚氯乙烯基体中起散热和阻燃的作用，从而增加了聚氯乙烯原料的阻燃性和导热性，因此相对于市面上的PVC电力管来说，抗冲击性、韧性、导热率和阻燃性均有较大的提升。
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)
1.一种抗冲增韧MPVC电力管，其特征在于，所述抗冲增韧MPVC电力管包括以下重量份原料：PVC树脂80-100份、抗冲击改性剂ACR 3-5份、MBS树脂2-4份、稳定剂4-6份、润滑剂1-2份、改性填料10-15份、分散剂3-5份、硅烷偶联剂6-8份、增塑剂4-6份、抗氧化剂3-5份，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
改性单层碳纳米管的制备：S1：将重晶土碾压、球磨，得到纳米重晶土，将纳米重晶土经过等离子预处理，等离子处理的条件为功率160W、处理时间230s、月桂酸钠8ml/min；
S2：将单层碳纳米管加入去离子水中，加热到70℃，加入硬脂酸钠，超声波振荡3-5H，加入S1步骤中经过等离子预处理的纳米重晶土，继续超声波振荡8-10H，加热到100℃，保温3-5H后洗涤、干燥得到纳米重晶土改性单层碳纳米管；
改性填料的制备：将S2得到的改性单层碳纳米管加入去离子水中，加热到80℃，加入苯酚-芳烷基环氧树脂，超声波振荡2-3H，加入聚山梨酯，继续超声波振动1-2H，水浴加热条件下保温24H后，取出，洗涤、干燥得到改性填料。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲增韧MPVC电力管，其特征在于，所述抗冲增韧MPVC电力管包括以下重量份原料：PVC树脂90份、抗冲击改性剂ACR 4份、MBS树脂3份、稳定剂5份、润滑剂1.5份、改性填料13份、分散剂4份、硅烷偶联剂7份、增塑剂5份、抗氧化剂4份。
3.根据权利要求2所述的一种抗冲增韧MPVC电力管，其特征在于，所述稳定剂为铅盐稳定剂，润滑剂为氧化聚乙烯蜡，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂，抗氧化剂为亚磷酸三酯。
4.根据权利要求3所述的一种抗冲增韧MPVC电力管，其特征在于，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种抗冲增韧MPVC电力管的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
将PVC树脂投入高速混料机中，于90-110℃条件下搅拌5-10min，加入抗冲击改性剂ACR、MBS树脂、稳定剂、抗氧化剂，继续搅拌10-20min，搅拌均匀后，升温至120-140℃，加入润滑剂、改性填料、分散剂、硅烷偶联剂，搅拌10-20min后，加入增塑剂继续搅拌5-10min，搅拌均匀后，转入双螺杆挤出机中，设置主机温度为150-160℃，模具温度为160-180℃，机头温度为180-190℃，挤出成型，定型、冷却得到MPVC电力管。
6.根据权利要求5所述的一种抗冲增韧MPVC电力管的制备方法，其特征在于，所述改性单层碳纳米管的制备步骤中，超声波振荡的频率为10-15Khz。
7.根据权利要求6所述的一种抗冲增韧MPVC电力管的制备方法，其特征在于，所述改性填料的制备步骤中，超声波的振荡频率为1200-2000W。
8.根据权利要求7所述的一种抗冲增韧MPVC电力管的制备方法，其特征在于，所述改性单层碳纳米管的制备步骤中，重晶土的先用浮选法和煅烧法提纯。
9.根据权利要求8所述的一种抗冲增韧MPVC电力管的制备方法，其特征在于，所述改性填料为改性单层碳纳米管和苯酚-芳烷基环氧树脂二重改性制得。
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