CN112175263A - 一种高韧性阻燃保温管材 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构；所述保温层的制备方法包括以下步骤：S1.多孔填料的制备；S2.多孔填料的改性；S3.多孔填料的烷基化改性；S4.多孔管材的制备：将多孔填料，HDPE，阻燃剂及其他成分混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。本发明的一种高韧性阻燃保温管材，管材通过两层管材的复合，使得管材具备良好的力学和阻燃保温性能。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管材领域，具体涉及一种高韧性阻燃保温管材。
背景技术
随聚乙烯(PE)具有良好的化学稳定性、耐穿刺性和冲击性能，特别是耐低温性能好，脆化温度一般可达一50℃以下。PE的加工性能很好，加工温度范围宽。但PE塑料也有拉伸强度较低、抗蠕变性不好、耐环境应力开裂性不好、耐热性不高及易燃等缺点，需对其进行必要的改性处理，使其在保持优良物理机械性能的同时，还应具有阻燃和抗静电性能。聚乙烯塑料氧指数只有17左右，表明聚乙烯极易燃烧。要获得符合要求的阻燃塑料，就需要对塑料进行阻燃改性处理。塑料的阻燃改性一般有向塑料中添加阻燃剂、向塑料中共混入具有高阻燃性的树脂以及在塑料制品表面层化阻燃材料等几种方法。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种高韧性阻燃保温管材，管材通过两层管材的复合，使得管材具备良好的力学和阻燃保温性能。
技术方案：一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
优选的，所述内管和外管均为HDPE管材。
优选的，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为8-15wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:0.5-3混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的改性：将步骤S1制备的活性多孔材料加入乙醇中洗涤，去除表面杂质和残留基团，然后将活动多孔材料加入水中配置成悬浮液，将悬浮液的pH值调节为酸性，并升温至60-70℃，加入四氯化钛乙醇溶液后陈化，过滤干燥煅烧得到表面改性的多孔材料；
S3.多孔填料的烷基化改性：将步骤S2制备的多孔材料加入含有硅烷偶联剂和马来酸酐的混合溶液中，加热搅拌反应，得到烷基化的多孔填料，将烷基化的多孔填料加入至含有过氧化苯甲酰的溶液中，然后加入苯乙烯和马来酸酐，进行反应，得到接枝苯乙烯和马来酸酐的多孔填料；
S4.多孔管材的制备：将多孔填料，HDPE，阻燃剂及其他成分混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
优选的，所述步骤S1中淀粉溶液的浓度为10％。
优选的，所述步骤S2中陈化时间为6-12h。
优选的，所述步骤S3中反应的温度为80-100℃，时间为1-3h。
优选的，所述步骤S4中阻燃剂为聚磷酸铵。
优选的，所述步骤S4中其他成分包括：炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙，所述多孔填料，HDPE，阻燃剂及其他成分的质量比：多孔填料，HDPE，阻燃剂，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙为10-15:90-100:1-2:3-8:0.5-2:2-4：0.5-2：2-5。
有益效果：本发明具有以下优点：
1、本发明的保温管材具有双层结构，外层为保温层，保温层套插在内管上，在实际应用中可以根据需要增加保温层；
2、在保温层中加入多孔填料达到保温效果，本发明中的多孔填料采用价格较为低廉的淀粉高温碳化形成多孔材料，再对多孔材料进行改性，改善多孔材料和树脂的相容性，得到具有保温效果的外管。
具体实施方式
实施例1
一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
优选的，所述内管和外管均为HDPE管材。
优选的，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为8wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:0.5混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的改性：将步骤S1制备的活性多孔材料加入乙醇中洗涤，去除表面杂质和残留基团，然后将活动多孔材料加入水中配置成悬浮液，将悬浮液的pH值调节为酸性，并升温至60-70℃，加入四氯化钛乙醇溶液后陈化6h，过滤干燥煅烧得到表面改性的多孔材料；
S3.多孔填料的烷基化改性：将步骤S2制备的多孔材料加入含有硅烷偶联剂和马来酸酐的混合溶液中，加热搅拌反应，温度为80℃，时间为3h，得到烷基化的多孔填料，将烷基化的多孔填料加入至含有过氧化苯甲酰的溶液中，然后加入苯乙烯和马来酸酐，进行反应，得到接枝苯乙烯和马来酸酐的多孔填料；
S4.多孔管材的制备：将多多孔填料，HDPE，聚磷酸铵，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙按质量比10:100:1:8:0.5:2：2：2混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
实施例2
一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
优选的，所述内管和外管均为HDPE管材。
优选的，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为15wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:3混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的改性：将步骤S1制备的活性多孔材料加入乙醇中洗涤，去除表面杂质和残留基团，然后将活动多孔材料加入水中配置成悬浮液，将悬浮液的pH值调节为酸性，并升温至60-70℃，加入四氯化钛乙醇溶液后陈化12h，过滤干燥煅烧得到表面改性的多孔材料；
S3.多孔填料的烷基化改性：将步骤S2制备的多孔材料加入含有硅烷偶联剂和马来酸酐的混合溶液中，加热搅拌反应，温度为100℃，时间为1h，得到烷基化的多孔填料，将烷基化的多孔填料加入至含有过氧化苯甲酰的溶液中，然后加入苯乙烯和马来酸酐，进行反应，得到接枝苯乙烯和马来酸酐的多孔填料；
S4.多孔管材的制备：将多多孔填料，HDPE，聚磷酸铵，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙按质量比15:90:2:3:2:4:0.5:5混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
实施例3
一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
优选的，所述内管和外管均为HDPE管材。
优选的，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为12wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:1混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的改性：将步骤S1制备的活性多孔材料加入乙醇中洗涤，去除表面杂质和残留基团，然后将活动多孔材料加入水中配置成悬浮液，将悬浮液的pH值调节为酸性，并升温至60℃，加入四氯化钛乙醇溶液后陈化8h，过滤干燥煅烧得到表面改性的多孔材料；
S3.多孔填料的烷基化改性：将步骤S2制备的多孔材料加入含有硅烷偶联剂和马来酸酐的混合溶液中，加热搅拌反应，温度为85℃，时间为3h，得到烷基化的多孔填料，将烷基化的多孔填料加入至含有过氧化苯甲酰的溶液中，然后加入苯乙烯和马来酸酐，进行反应，得到接枝苯乙烯和马来酸酐的多孔填料；
S4.多孔管材的制备：将多多孔填料，HDPE，聚磷酸铵，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙按质量比14:90:1:4:1:3：1：4混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
实施例4
一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
优选的，所述内管和外管均为HDPE管材。
优选的，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为10wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:2混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的改性：将步骤S1制备的活性多孔材料加入乙醇中洗涤，去除表面杂质和残留基团，然后将活动多孔材料加入水中配置成悬浮液，将悬浮液的pH值调节为酸性，并升温至65℃，加入四氯化钛乙醇溶液后陈化10h，过滤干燥煅烧得到表面改性的多孔材料；
S3.多孔填料的烷基化改性：将步骤S2制备的多孔材料加入含有硅烷偶联剂和马来酸酐的混合溶液中，加热搅拌反应，温度为95℃，时间为3h，得到烷基化的多孔填料，将烷基化的多孔填料加入至含有过氧化苯甲酰的溶液中，然后加入苯乙烯和马来酸酐，进行反应，得到接枝苯乙烯和马来酸酐的多孔填料；
S4.多孔管材的制备：将多多孔填料，HDPE，聚磷酸铵，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙按质量比14:100:2:6:2:3：2：3混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
对比例1
一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
优选的，所述内管和外管均为HDPE管材。
优选的，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为10wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:2混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的改性：将步骤S1制备的活性多孔材料加入乙醇中洗涤，去除表面杂质和残留基团，然后将活动多孔材料加入水中配置成悬浮液，将悬浮液的pH值调节为酸性，并升温至65℃，加入四氯化钛乙醇溶液后陈化10h，过滤干燥煅烧得到表面改性的多孔材料；
S3.多孔管材的制备：将多多孔填料，HDPE，聚磷酸铵，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙按质量比14:100:2:6:2:3：2：3混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
对比例2
一种高韧性阻燃保温管材，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
优选的，所述内管和外管均为HDPE管材。
优选的，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为10wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:2混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的烷基化改性：将步骤S1制备的多孔材料加入含有硅烷偶联剂和马来酸酐的混合溶液中，加热搅拌反应，温度为95℃，时间为3h，得到烷基化的多孔填料，将烷基化的多孔填料加入至含有过氧化苯甲酰的溶液中，然后加入苯乙烯和马来酸酐，进行反应，得到接枝苯乙烯和马来酸酐的多孔填料；
S3.多孔管材的制备：将多多孔填料，HDPE，聚磷酸铵，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙按质量比14:100:2:6:2:3：2：3混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
按照以下指标进行性能测试：拉伸强度按GB/T 1040--2006测试；悬臂梁冲击强度按GB/T 1843--1996测试；燃烧性能及抗静电性能按MTll3一1995测试，热导率按GB3399-1982测试，本发明中不加多孔填料的塑料的热导率为1.21W/(m.K)。
Claims (8)
1.一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于，所述保温管材包括内管和外管，所述内管和外管滑动连接，所述外管套插于内管外侧，所述外管为保温层，所述保温层具有多孔结构。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于：所述内管和外管均为HDPE管材。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于，所述保温层的制备方法包括以下步骤：
S1.多孔填料的制备：将淀粉溶解于水中配置浓度为8-15wt％的淀粉溶液，然后将混合均匀的淀粉溶液进行高温高压碳化，得到碳材料，将碳材料和强碱按照1:0.5-3混合，然后高温活化得到活性多孔材料；
S2.多孔填料的改性：将步骤S1制备的活性多孔材料加入乙醇中洗涤，去除表面杂质和残留基团，然后将活动多孔材料加入水中配置成悬浮液，将悬浮液的pH值调节为酸性，并升温至60-70℃，加入四氯化钛乙醇溶液后陈化，过滤干燥煅烧得到表面改性的多孔材料；
S3.多孔填料的烷基化改性：将步骤S2制备的多孔材料加入含有硅烷偶联剂和马来酸酐的混合溶液中，加热搅拌反应，得到烷基化的多孔填料，将烷基化的多孔填料加入至含有过氧化苯甲酰的溶液中，然后加入苯乙烯和马来酸酐，进行反应，得到接枝苯乙烯和马来酸酐的多孔填料；
S4.多孔管材的制备：将多孔填料，HDPE，阻燃剂及其他成分混合熔融，加入螺杆挤出机挤出得到保温层管材。
4.根据权利要求3所述的一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于：所述步骤S1中淀粉溶液的浓度为10％。
5.根据权利要求3所述的一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于：所述步骤S2中陈化时间为6-12h。
6.根据权利要求3所述的一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于：所述步骤S3中反应的温度为80-100℃，时间为1-3h。
7.根据权利要求3所述的一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于：所述步骤S4中阻燃剂为聚磷酸铵。
8.根据权利要求3所述的一种高韧性阻燃保温管材，其特征在于：所述步骤S4中其他成分包括：炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙，所述多孔填料，HDPE，阻燃剂及其他成分的质量比：多孔填料，HDPE，阻燃剂，炭黑，抗静电剂，聚乙烯蜡，抗氧化剂，纳米碳酸钙为10-15:90-100:1-2:3-8:0.5-2:2-4：0.5-2：2-5。
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