CN112063053A - 一种改性聚丙烯波峰双壁管及其改性聚丙烯材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性聚丙烯波峰双壁管及其改性聚丙烯材料的制备方法，所述改性聚丙烯波峰双壁管包括内管和外管，外管包括多个相互独立的波峰管体，波峰管体呈环体状，以使波峰管体环绕于内管的外周壁，且各波峰管体沿内管的长度方向间隔布置于内管的外周壁，以在内管的外周壁形成波峰；波峰管体和内管均采用改性聚丙烯材料加工成型，改性聚丙烯材料由80‑90份聚丙烯树脂、6‑10份甲基乙烯基苯基硅橡胶、7‑13份改性无机粒子、0.3‑1.5份抗氧化剂、0.3‑1.5份光稳定剂和0.02‑0.05份过氧化物引发剂组成。该改性聚丙烯波峰双壁管的设计更合理，具有耗材少，重量轻，应用灵活，抗冲击性能和抗压性能好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及管材技术领域，特别是涉及一种改性聚丙烯波峰双壁管及其改性聚丙烯材料的制备方法。
背景技术
目前，塑料管材：如HDPE管、MPP管、PVC管，因具有质轻、电气绝缘性好、耐腐蚀、耐寒、化学稳定性好等优点，被广泛应用于埋地式电力电缆保护套管上。
传统的埋地式电力电缆保护套管大多为单壁管材，而单壁管材的抗压能力不佳，导致埋设于地下的单壁管材容易受到外力作用而产生变形，影响其正常使用。故而，近年来，市场上出现了各种双壁管材。这种双壁管材包括内管和外管，且该外管为包覆于内管外表面的波纹外管；由于其外管为兼具波峰和波谷的波纹外管，且外管需包覆于整个内管的外表面，所以，该外管耗材大，还会增大该双壁管材的重量，双壁管材的加工工艺较复杂；而且，该外管加工成型后，外管上相邻两波峰之间的距离就固定下来了，这样，就不能根据具体使用情况对相邻两波峰之间的距离进行调整，进而限制了这种双壁管材的使用。此外，现有MPP管材因刚性大而呈现出低温脆性，所以，其抗冲击性能和抗压能力还有待改性。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种改性聚丙烯波峰双壁管，该改性聚丙烯波峰双壁管的设计更合理，具有耗材少，重量轻，应用灵活，抗冲击性能和抗压性能好的优点。
本发明的目的之二是针对现有技术的不足，提供一种改性聚丙烯材料的制备方法，制备的改性聚丙烯材料具有质轻、抗冲击性能和抗压性能好的优点，能用于成型加工所述改性聚丙烯波峰双壁管。
基于此，本发明公开了一种改性聚丙烯波峰双壁管，包括内管和外管，所述外管包括多个相互独立的波峰管体，所述波峰管体呈环体状，以使所述波峰管体环绕于所述内管的外周壁，且各所述波峰管体沿所述内管的长度方向间隔布置于所述内管的外周壁，以在所述内管的外周壁形成波峰；所述波峰管体和内管均采用改性聚丙烯材料加工成型，所述改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
优选地，所述改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
优选地，所述聚丙烯树脂为PP-R；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶中的苯基含量为9-15％。
优选地，所述过氧化物交联剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯和2,5-二甲基-2,5-二(叔-丁基过氧化)己炔中的一种或多种；
所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、和抗氧化剂168中的一种或多种；
所述光稳定剂为光稳定剂770、光稳定剂2020和光稳定剂2002中的一种或多种。
优选地，所述内管呈中空圆柱体状；所述波峰管体呈圆环体状，且所述波峰管体的内部为空心结构，以使所述波峰管体的纵向截面呈实心圆环形。
进一步优选地，多个所述波峰管体不均匀地布置于所述内管的外周壁。
优选地，多个所述波峰管体等间距布置于所述内管的外周壁。
本发明还公开了一种用于加工成型所述改性聚丙烯波峰双壁管的改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1：将所述空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨，干燥，得到第一混合物料，将所述第一混合物料预热处理，再依次加入所述乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水，于一定温度下搅拌一定时间，干燥后得到改性无机粒子。
步骤S2：依次将改性无机粒子、甲基乙烯基苯基硅橡胶、过氧化物引发剂、抗氧化剂和光稳定剂与聚丙烯树脂在混合机中进行充分混合，得到第二混合物料；
步骤S3：将第二混合物料置于双螺杆挤出造粒机中，进行熔融挤出造粒，制备得到改性聚丙烯材料。
进一步优选地，所述步骤S1中，将所述空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨至80μm；预热处理时间为7-15min；搅拌温度为75-85℃，搅拌时间为30-50min。
进一步优选地，所述步骤S3中，所述双螺杆挤出造粒机加热段为九段，第一段的加热温度为200-215℃，且加热温度由第一段到第九段依次逐渐升高5℃，螺杆转速为200-400r/min。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明的改性聚丙烯波峰双壁管包括内管和外管，结构简单，且由于外管包括多个相互独立的波峰管体，而各波峰管体沿内管的长度方向间隔布置于内管的外周壁，所以，该外管仅在内管的外周壁形成波峰，而相邻两波峰管体之间的内管外周壁则为波谷，因此，相比现有兼具波峰和波谷的波纹外管，外管耗材小，能减轻外管的重量，轻整个改性聚丙烯波峰双壁管的重量，便于搬运，且由于外管包括多个相互独立的波峰管体，所以，当该改性聚丙烯波峰双壁管的局部(如中间段)所需承受的外部压力较大时，可增加该改性聚丙烯波峰双壁管中间段的波峰管体的数目，从而减小中间段的相邻两个波峰管体之间的间距，以满足该中间段的抗压需求，进而该改性聚丙烯波峰双壁管的局部抗压性能跟根据具体使用需求进行灵活的调整，该改性聚丙烯波峰双壁管的设计更合理、适应性更强，且该改性聚丙烯波峰双壁管的双壁管结构能提高其抗压能力。
而且，内管和外管均采用改性聚丙烯材料加工成型，该改性聚丙烯材料以80-90份聚丙烯树脂为主体树脂，以7-13份改性无机粒子和6-10份甲基乙烯基苯基硅橡胶为改性料，再配合0.02-0.05份过氧化物引发剂、0.3-1.5份抗氧化剂和0.3-1.5份光稳定剂而获得；其中，改性无机粒子由10-15份空心玻璃微珠、10-15份轻质碳酸钙、2-4份乙烯基三乙氧基硅烷、30-50份乙醇和1-3份去离子水组成。其中，聚丙烯树脂、空心玻璃微珠和轻质碳酸钙均具有质轻的优点，再配合该外管结构(即包括多个相互独立的波峰管体)能获得质轻的改性聚丙烯波峰双壁管。而且，在乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水的作用下，能使乙烯基三乙氧基硅烷包裹在空心玻璃微珠和轻质碳酸钙的表面，从而提高空心玻璃微珠和轻质碳酸钙的表面活性和分散性能，获得抗压强度高、热收缩系数小、且尺寸的稳定性好的改性无机粒子，再将该改性无机粒子配合耐低温性和弹性好的甲基乙烯基苯基硅橡胶加入至聚丙烯树脂中，经双螺杆挤出造粒机的共混剪切，并在过氧化物引发剂的作用下，能促使聚丙烯树脂表面与改性无机粒子表面的乙烯基三乙氧基硅烷进行接枝反应，从而，能大大改善非极性的聚丙烯树脂与极性的改性无机粒子及甲基乙烯基苯基硅橡胶的分散和混合，获得质轻、抗冲击性能和抗压性能好的改性聚丙烯材料，再采用该改性聚丙烯材料加工成型得到本发明具有上述结构的改性聚丙烯波峰双壁管，所得改性聚丙烯波峰双壁管具有设计更合理，具有耗材少，重量轻，应用灵活，抗冲击性能和抗压性能好的优点。
附图说明
图1是本发明的改性聚丙烯波峰双壁管的结构示意图。
图2是本发明的改性聚丙烯波峰双壁管沿内管轴向的剖视图。
附图标号说明：1内管；2外管；21波峰管体；211空心结构。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例的一种改性聚丙烯波峰双壁管，参照其结构图1-2，包括内管1和外管2。优选为，内管1呈中空圆柱体状，中空圆柱体状的内管1更便于加工成型，适于进行大批量的生产，而且，中空圆柱体状的内管1的内周壁光滑、无边角等阻碍，方便快速穿过多根电缆，进而起到保护电缆的作用。
其中，外管2包括多个相互独立的波峰管体21，每个波峰管体21环绕在内管1的外周壁，各波峰管体21沿内管1的长度方向间隔布置于内管1的外周壁，从而在内管1的外周壁形成波峰。如此，外管2仅在内管1的外周壁形成波峰，而相邻两波峰管体21之间的内管1外周壁则为波谷，所以，相比现有兼具波峰和波谷的波纹外管，该外管2耗材小，能减轻外管2的重量，进而减轻整个改性聚丙烯波峰双壁管的重量，便于搬运。
其中，多个相互独立的波峰管体21等间距、均匀布置于内管1的外周壁。或者改为多个相互独立的波峰管体21不均匀地布置于内管1的外周壁；例如，单个的波峰管体21可以单独出售，当该改性聚丙烯波峰双壁管的局部(如中间段)所需承受的外部压力较大时，可采用结构胶层的连接方式将单个的波峰管体21连接至该改性聚丙烯波峰双壁管中间段的内管1外侧壁，以增加该改性聚丙烯波峰双壁管中间段的波峰管体21的数目，从而减小中间段的相邻两个波峰管体21之间的间距，这样，改性聚丙烯波峰双壁管的中间段的波峰管体21数量较多，而其余部位的波峰管体21数量相对较少，以满足该中间段的抗压需求，进而该改性聚丙烯波峰双壁管的局部抗压能力能够根据具体使用需求进行灵活的调整，该改性聚丙烯波峰双壁管的结构简单、设计更合理、适应性更强，且抗压能力好。
其中，波峰管体21的形状随内管1的形状变化(例如，若内管1为方形管，则波峰管体21呈方形环体状)，以确保波峰管体21能环绕在内管1的外周壁。优选为，波峰管体21呈圆环体状，形状规整，方便加工成型，且波峰管体21的内部为空心结构211，以使波峰管体21的纵向截面呈实心圆环形(其中，该波峰管体21的纵向是指与内管1轴线平行的方向)，该空心结构211起到缓冲外部压力的作用，能增强波峰管体21的抗压性能，还能减轻强波峰管体21的重量。当该改性聚丙烯波峰双壁管受到外部压力时，外部的压力会受到波峰管体21的外侧壁、内侧壁和空心结构211的冲击，所以，波峰管体21基本会冲击并消耗该外部压力，而且，相比现有的波纹外管，该纵向截面呈实心圆环形的波峰管体21与内管1外周壁的接触面积较小，不会快速将外部压力传至内管1，所以，内管1基本不会受到外部压力的影响，进而能进一步提高该改性聚丙烯波峰双壁管的抗压能力。
其中，为实现波峰管体21与内管1的牢固连接，可在波峰管体21的内周壁与内管1的外周壁之间设置用于粘接波峰管体21和内管1的结构胶层；或者，可将波峰管体21的内周壁与内管1的外周壁进行热熔连接。其中，外管2的内周壁直径等于内管1的外周壁直径，以使外管2能稳定固定于内管1的外周壁，进一步实现波峰管体21与内管1的牢固连接。
其中，内管1和波峰管体21均采用质轻、抗冲击性能和抗压性能好的改性聚丙烯材料加工成型。
该改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
其中，聚丙烯树脂优选为PP-R；甲基乙烯基苯基硅橡胶中的苯基含量优选为10％(即C6H5/Si＝10％)。
其中，过氧化物交联剂为按质量比1:1混合的过氧化二异丙苯和2,5-二甲基-2,5-二(叔-丁基过氧化)己炔。所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。所述光稳定剂为按质量比2:1混合的光稳定剂770和光稳定剂2020。
该改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1：将空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨至80μm，干燥，得到第一混合物料，将第一混合物料预热处理12min，再依次加入乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水，于80℃下搅拌45min，干燥后得到改性无机粒子。
步骤S2：依次将改性无机粒子、甲基乙烯基苯基硅橡胶、过氧化物引发剂、抗氧化剂和光稳定剂与聚丙烯树脂在混合机中进行充分混合，得到第二混合物料；
步骤S3：将第二混合物料置于双螺杆挤出造粒机中，进行熔融挤出造粒，其中，双螺杆挤出造粒机加热段为九段，第一段的加热温度为210℃，且加热温度由第一段到第九段依次逐渐升高5℃，螺杆转速为400r/min；制备得到改性聚丙烯材料。
再采用该改性聚丙烯材料加工成型得到具有上述结构(参照图1-2)的改性聚丙烯波峰双壁管，将该改性聚丙烯材料与上述结构相结合，能得到本实施例具有设计更合理，具有耗材少，重量轻，应用灵活，抗冲击性能和抗压性能好的优点的改性聚丙烯波峰双壁管，进而能将其用作埋地式电力电缆保护套管。
实施例2
本实施例的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其结构与实施例1相同，其与实施例1的区别在于：该改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
其中，聚丙烯树脂优选为PP-R；甲基乙烯基苯基硅橡胶中的苯基含量优选为15％(即C6H5/Si＝15％)。
其中，过氧化物交联剂为按质量比1:1混合的过氧化二异丙苯和2,5-二甲基-2,5-二(叔-丁基过氧化)己炔。所述抗氧化剂为抗氧化剂1076。所述光稳定剂为光稳定剂770。
该改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1：将空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨至80μm，干燥，得到第一混合物料，将第一混合物料预热处理7min，再依次加入乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水，于78℃下搅拌30min，干燥后得到改性无机粒子。
步骤S2：依次将改性无机粒子、甲基乙烯基苯基硅橡胶、过氧化物引发剂、抗氧化剂和光稳定剂与聚丙烯树脂在混合机中进行充分混合，得到第二混合物料；
步骤S3：将第二混合物料置于双螺杆挤出造粒机中，进行熔融挤出造粒，其中，双螺杆挤出造粒机加热段为九段，第一段的加热温度为205℃，且加热温度由第一段到第九段依次逐渐升高5℃，螺杆转速为200r/min；制备得到改性聚丙烯材料。
实施例3
本实施例的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其结构与实施例1相同，其与实施例1的区别在于：该改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
其中，聚丙烯树脂优选为PP-R；甲基乙烯基苯基硅橡胶中的苯基含量优选为12％(即C6H5/Si＝12％)。
其中，过氧化物交联剂为按质量比1:1混合的过氧化二异丙苯和过氧化二异丙苯。所述抗氧化剂为按质量比混合的抗氧化剂168和抗氧化剂1076。所述光稳定剂为光稳定剂2002。
该改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1：将空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨至80μm，干燥，得到第一混合物料，将第一混合物料预热处理7min，再依次加入乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水，于75℃下搅拌50min，干燥后得到改性无机粒子。
步骤S2：依次将改性无机粒子、甲基乙烯基苯基硅橡胶、过氧化物引发剂、抗氧化剂和光稳定剂与聚丙烯树脂在混合机中进行充分混合，得到第二混合物料；
步骤S3：将第二混合物料置于双螺杆挤出造粒机中，进行熔融挤出造粒，其中，双螺杆挤出造粒机加热段为九段，第一段的加热温度为213℃，且加热温度由第一段到第九段依次逐渐升高5℃，螺杆转速为300r/min；制备得到改性聚丙烯材料。
实施例4
本实施例的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其结构与实施例1相同，其与实施例1的区别在于：该改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
其中，聚丙烯树脂优选为PP-R；甲基乙烯基苯基硅橡胶中的苯基含量优选为9％(即C6H5/Si＝9％)。
其中，过氧化物交联剂为过氧化二异丙苯。所述抗氧化剂为按质量比混合的抗氧化剂168和抗氧化剂1076。所述光稳定剂为按质量比2:1混合的光稳定剂770和光稳定剂2020。
该改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1：将空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨至80μm，干燥，得到第一混合物料，将第一混合物料预热处理15min，再依次加入乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水，于85℃下搅拌40min，干燥后得到改性无机粒子。
步骤S2：依次将改性无机粒子、甲基乙烯基苯基硅橡胶、过氧化物引发剂、抗氧化剂和光稳定剂与聚丙烯树脂在混合机中进行充分混合，得到第二混合物料；
步骤S3：将第二混合物料置于双螺杆挤出造粒机中，进行熔融挤出造粒，其中，双螺杆挤出造粒机加热段为九段，第一段的加热温度为215℃，且加热温度由第一段到第九段依次逐渐升高5℃，螺杆转速为400r/min；制备得到改性聚丙烯材料。
对比例1
本对比例的改性聚丙烯波峰双壁管，其结构与实施例1相同，其与实施例1的区别在于：本对比例的改性聚丙烯材料中不含有甲基乙烯基苯基硅橡胶。
本对比例参照实施例1的制备步骤得到该改性聚丙烯材料。
对比例2
本对比例的改性聚丙烯波峰双壁管，其结构与实施例1相同，其与实施例1的区别在于：本对比例的改性聚丙烯材料中的改性无机粒子不含有空心玻璃微珠。
本对比例参照实施例1的制备步骤得到该改性聚丙烯材料。
对比例3
本对比例的改性聚丙烯波峰双壁管，其结构与实施例1相同，其与实施例1的区别在于：本对比例的改性聚丙烯材料中不含有过氧化物引发剂。
本对比例参照实施例1的制备步骤得到该改性聚丙烯材料。
性能测试
采用实施例1-4以及实施例1-3的改性聚丙烯材料分别进行挤出模压成型，得到对应的改性聚丙烯波峰双壁管，再将实施例1-4以及实施例1-3对应的改性聚丙烯波峰双壁管进行性能指标测试，测试结果如表1所示：
表1
由表1可知，采用实施例1-4的改性聚丙烯材料制备的改性聚丙烯波峰双壁管其抗压性能和耐冲击性能均优于对比例1-3，实施例1-4的改性聚丙烯波峰双壁管的密度相对较低，重量相对较轻，实施例1-4的改性聚丙烯材料能满足改性聚丙烯波峰双壁管的性能需求。其中，实施例1的改性聚丙烯波峰双壁管的综合性能最佳。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种改性聚丙烯波峰双壁管，其特征在于，包括内管和外管，所述外管包括多个相互独立的波峰管体，所述波峰管体呈环体状，以使所述波峰管体环绕于所述内管的外周壁，且各所述波峰管体沿所述内管的长度方向间隔布置于所述内管的外周壁，以在所述内管的外周壁形成波峰；所述波峰管体和内管均采用改性聚丙烯材料加工成型，所述改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
2.根据权利要求1任一项所述的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其特征在于，所述内管呈中空圆柱体状；所述波峰管体呈圆环体状，且所述波峰管体的内部为空心结构，以使所述波峰管体的纵向截面呈实心圆环形。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其特征在于，多个所述波峰管体不均匀地布置于所述内管的外周壁。
4.根据权利要求1任一项所述的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其特征在于，多个所述波峰管体等间距布置于所述内管的外周壁。
5.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其特征在于，
所述改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分组成：
其中，所述改性无机粒子由以下重量份数的组分组成：
6.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其特征在于，所述聚丙烯树脂为PP-R；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶中的苯基含量为9-15％。
7.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯波峰双壁管，其特征在于，所述过氧化物交联剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯和2,5-二甲基-2,5-二(叔-丁基过氧化)己炔中的一种或多种；
所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、和抗氧化剂168中的一种或多种；
所述光稳定剂为光稳定剂770、光稳定剂2020和光稳定剂2002中的一种或多种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤S1：将所述空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨，干燥，得到第一混合物料，将所述第一混合物料预热处理，再依次加入所述乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水，于一定温度下搅拌一定时间，干燥后得到改性无机粒子；
步骤S2：依次将改性无机粒子、甲基乙烯基苯基硅橡胶、过氧化物引发剂、抗氧化剂和光稳定剂与聚丙烯树脂在混合机中进行充分混合，得到第二混合物料；
步骤S3：将第二混合物料置于双螺杆挤出造粒机中，进行熔融挤出造粒，制备得到改性聚丙烯材料。
9.根据权利要求8所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述空心玻璃微珠和轻质碳酸钙混合研磨至80μm；预热处理时间为7-15min；搅拌温度为75-85℃，搅拌时间为30-50min。
10.根据权利要求8所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述双螺杆挤出造粒机加热段为九段，第一段的加热温度为200-215℃，且加热温度由第一段到第九段依次逐渐升高5℃，螺杆转速为200-400r/min。
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