CN112406150B - 一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，包括以下步骤：结构层的制备，制得结构层基材；取出高温的结构层，对结构层表面进行雾化喷水降温；填充层制备，取30‑50份高密度聚乙烯、20‑30份聚乳酸和5‑10份甲基丙烯酸缩水甘油酯60‑80℃烘干10‑15分钟，表面水分干燥后，加热至熔融后放入搅拌机中高温搅拌混合制得混合物b；将混合物b填充入结构层中的间隙中，填充后的结构层置于密封容器中，充入足量的二氧化碳，进行填充成发泡；发泡完成后迅速取出结构层，低温风干定型，制得一种纳米改性高密度聚乙烯合金管，本发明提供了一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，提高了产品的生产效率，优化了合金管的结构性能降低了产品自重。

Description

一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺
技术领域
本发明涉及合金复合管材制品领域，具体为一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺。
背景技术
高分子共混物，俗称聚合物合金(polymer alloy)，是一类表观均一、含有两种或两种以上不同结构的多组分聚合物体系的材料。通过共混可提高高分子材料的物理力学性能、加工性能，降低成本，扩大使用范围。因而是实现聚合物改性和生产多性能新材料的重要途径之一。
高分子共混物按生产方法分为：机械共混物、化学共混物、胶乳共混物和溶液共混物。机械共混物。一般是通过辊筒、挤出机或强力混合器将不同聚合物的熔体进行混合得到的共混物；共混温度高于混合物中所含无定形聚合物组分的粘流温度，高于所含结晶聚合物组分的熔点。机械共混时的高剪切应力可以导致聚合物降解。产生的大自由基，它与另一结构不同的聚合物或大自由基作用有可能发生接枝、嵌段或交联反应，生成的接枝或嵌段共聚物对相应均聚物有增容作用，可以提高共混组分的相容性，这种由力化学作用生成的混合物称为力化学共混物。化学共混物。是由不同聚合物各自交联、相互穿透而形成的互穿聚合物网络。胶乳共混物。将不同聚合物胶乳进行混合，然后凝结、脱水干燥而获得的共混物，胶乳粒径约为1μm。溶液共混物。将分别溶于同一溶剂、粘度大致相同的不同聚合物溶液进行混合，生成可直接使用的共混溶液。
其中聚乙烯具有其它工程塑料无法比拟的耐磨性、耐冲击性、耐化学药品、自润滑性能，在国民经济的各个领域，尤其是耐磨输送、设备衬里、各种机械零部件等方面的应用具有独特的优势，其产品的开发和应用具有广阔的前景，新应用领域的开发，正受到人们的关注。
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种综合性能优异的热塑性工程塑料。因其具有杰出的耐磨性，优异的耐冲击性，极好的耐化学腐蚀性，消音性，耐低温性及润滑性好，摩擦系数低等优点，所以被广泛用于制备管材输送气体、液体(石油原油)及含固体的混合液(矿渣、粉煤灰、煤炭等)，在输送过程中阻力小、不结垢，节省能耗，被大量在电力、水力、江河湖海清淤治理，粮食加工、化工、石油、煤炭、选矿等领域应用。
现有的聚乙烯合金管在长期使用后抗冲击力能力较差，尤其在低温下容易脆化，受到外力冲击后容易导致破裂，引起输送物质泄漏，造成一定的安全风险，且合金管在制备完成后耗材较高，生产成本较高，同时现有的合金管质量较大难以运输。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，包括以下步骤，
步骤一：结构层的制备，取40-60份高密度聚乙烯、20-30份聚亚苯基砜树脂、10-20份辅助剂和3-10份热稳定剂，低温40-60℃烘干后，加入搅拌机中搅拌制得混合物a；
步骤二：将混合物中掺杂有碳纳米管并放入双螺旋挤出机中共混造粒，制得结构层基材；
步骤三：将结构层基材放入聚乙烯管螺旋挤塑机，挤出聚乙烯放入模具中挤压出结构层；
步骤四：取出高温的结构层，对结构层表面进行雾化喷水降温；
步骤五：填充层制备，取30-50份高密度聚乙烯、20-30份聚乳酸和5-10份甲基丙烯酸缩水甘油酯60-80℃烘干10-15分钟，表面水分干燥后，加热至熔融后放入搅拌机中高温搅拌混合制得混合物b；
步骤六：将混合物b填充入结构层中的间隙中，填充后的结构层置于密封容器中，充入足量的二氧化碳，进行填充成发泡；
步骤七：发泡完成后迅速取出结构层，低温风干定型，制得一种纳米改性高密度聚乙烯合金管。
优选的，所述辅助剂包括聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂，所述聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂质量比为5：2：3。
优选的，所述热稳定剂具体为二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡以2：3：1比例混合的混合物。
优选的，所述步骤一和五中搅拌时间为30-50min，搅拌速度为20-400r/min。
优选的，所述步骤二中挤出机分为加料段、混合段和出料段，所述加料段、混合段和出料段的温度分别为120-140℃、150-190℃和140-160℃。
优选的，所述步骤二中混合物a与碳纳米管的混合比为100：15-30。
优选的，所述步骤三中结构层，为多层式结构，且管路两端贯通，之间依靠连接件连接。
优选的，所述连接件为条状态、圆柱或者板状，且所述连接件留有间隙。
优选的，所述步骤六中发泡时密闭容器内气体压力为18-22MPa，所述密闭容器内温度为140-160℃，发泡时间为2-4h。
优选的，所述步骤七中低温风干稳定为5-12℃，气体流速为15-20m/s。
(三)有益效果
本发明提供了一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，具备以下有益效果：
将合金管设备夹层式结构，结构层采用高分子聚乙烯合金作为结构支撑，内层使用聚乳酸和低密度聚乙烯混合发泡进行填充，在保证管材支撑强度同时也可以有效降低管材的生产成本和产品质量，同时采用夹层式结构，中部发泡层在遇到外部冲击时可以有效的进行缓冲，保护内层管壁不会受到刚性冲击导致破裂，同时设有发泡填充层在管材处于低温环境下，发泡材质可有效对管材以及内运输物质进行保温避免冻结和低温对管材内壁影响，且在管材外层受外力冲击破裂后，在发泡填充层作用下缓冲避免内壁破损，同时破损外壁提示维保人员及时更换管路，采用聚乳酸和低密度聚乙烯混合发泡，发泡密度高填充性好，无较大气泡影响结构性能，同时在结构层中掺杂后炭纳米管可有效提高结构层的韧性和结构强度。
下面详细描述本发明的实施方式，下面的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
具体实施例如下
实施例一
本发明实施例提供一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，包括以下步骤，
步骤一：结构层的制备，取50份高密度聚乙烯、30份聚亚苯基砜树脂、20份辅助剂和3-10份热稳定剂，低温40-60℃烘干后，加入搅拌机中搅拌制得混合物a；
步骤二：将混合物中掺杂有碳纳米管并放入双螺旋挤出机中共混造粒，制得结构层基材；
步骤三：将结构层基材放入聚乙烯管螺旋挤塑机，挤出聚乙烯放入模具中挤压出结构层；
步骤四：取出高温的结构层，对结构层表面进行雾化喷水降温；
步骤五：填充层制备，取40份高密度聚乙烯、30份聚乳酸和10份甲基丙烯酸缩水甘油酯60-80℃烘干10-15分钟，表面水分干燥后，加热至熔融后放入搅拌机中高温搅拌混合制得混合物b；
步骤六：将混合物b填充入结构层中的间隙中，填充后的结构层置于密封容器中，充入足量的二氧化碳，进行填充成发泡；
步骤七：发泡完成后迅速取出结构层，低温风干定型，制得一种纳米改性高密度聚乙烯合金管。
进一步地，辅助剂包括聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂，聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂质量比为5：2：3，热稳定剂具体为二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡以2：3：1比例混合的混合物。
进一步地，步骤一和五中搅拌时间为30-50min，搅拌速度为20-400r/min。
进一步地，步骤二中挤出机分为加料段、混合段和出料段，加料段、混合段和出料段的温度分别为140℃、190℃和160℃，步骤二中混合物a与碳纳米管的混合比为100：15-30。
进一步地，步骤三中结构层，为多层式结构，且管路两端贯通，之间依靠连接件连接，连接件为条状态、圆柱或者板状，且连接件留有间隙。
进一步地，步骤六中发泡时密闭容器内气体压力为22MPa，密闭容器内温度为160℃，发泡时间为3h。
进一步地，步骤七中低温风干稳定为10℃，气体流速为15-20m/s。
实施例二
本发明实施例提供一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，包括以下步骤，
步骤一：结构层的制备，取40份高密度聚乙烯、30份聚亚苯基砜树脂、20份辅助剂和3-10份热稳定剂，低温40-60℃烘干后，加入搅拌机中搅拌制得混合物a；
步骤二：将混合物中掺杂有碳纳米管并放入双螺旋挤出机中共混造粒，制得结构层基材；
步骤三：将结构层基材放入聚乙烯管螺旋挤塑机，挤出聚乙烯放入模具中挤压出结构层；
步骤四：取出高温的结构层，对结构层表面进行雾化喷水降温；
步骤五：填充层制备，取30份高密度聚乙烯、30份聚乳酸和10份甲基丙烯酸缩水甘油酯60-80℃烘干10-15分钟，表面水分干燥后，加热至熔融后放入搅拌机中高温搅拌混合制得混合物b；
步骤六：将混合物b填充入结构层中的间隙中，填充后的结构层置于密封容器中，充入足量的二氧化碳，进行填充成发泡；
步骤七：发泡完成后迅速取出结构层，低温风干定型，制得一种纳米改性高密度聚乙烯合金管。
进一步地，辅助剂包括聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂，聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂质量比为5：2：3，热稳定剂具体为二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡以2：3：1比例混合的混合物。
进一步地，步骤一和五中搅拌时间为30-50min，搅拌速度为20-400r/min。
进一步地，步骤二中挤出机分为加料段、混合段和出料段，加料段、混合段和出料段的温度分别为140℃、190℃和160℃，步骤二中混合物a与碳纳米管的混合比为100：15-30。
进一步地，步骤三中结构层，为多层式结构，且管路两端贯通，之间依靠连接件连接，连接件为条状态、圆柱或者板状，且连接件留有间隙。
进一步地，步骤六中发泡时密闭容器内气体压力为22MPa，密闭容器内温度为160℃，发泡时间为3h。
进一步地，步骤七中低温风干稳定为10℃，气体流速为15-20m/s。
实施例三
本发明实施例提供一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备及其生产工艺，包括以下步骤，
步骤一：结构层的制备，取60份高密度聚乙烯、30份聚亚苯基砜树脂、20份辅助剂和3-10份热稳定剂，低温40-60℃烘干后，加入搅拌机中搅拌制得混合物a；
步骤二：将混合物中掺杂有碳纳米管并放入双螺旋挤出机中共混造粒，制得结构层基材；
步骤三：将结构层基材放入聚乙烯管螺旋挤塑机，挤出聚乙烯放入模具中挤压出结构层；
步骤四：取出高温的结构层，对结构层表面进行雾化喷水降温；
步骤五：填充层制备，取50份高密度聚乙烯、30份聚乳酸和10份甲基丙烯酸缩水甘油酯60-80℃烘干10-15分钟，表面水分干燥后，加热至熔融后放入搅拌机中高温搅拌混合制得混合物b；
步骤六：将混合物b填充入结构层中的间隙中，填充后的结构层置于密封容器中，充入足量的二氧化碳，进行填充成发泡；
步骤七：发泡完成后迅速取出结构层，低温风干定型，制得一种纳米改性高密度聚乙烯合金管。
进一步地，辅助剂包括聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂，聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂质量比为5：2：3，热稳定剂具体为二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡以2：3：1比例混合的混合物。
进一步地，步骤一和五中搅拌时间为30-50min，搅拌速度为20-400r/min。
进一步地，步骤二中挤出机分为加料段、混合段和出料段，加料段、混合段和出料段的温度分别为140℃、190℃和160℃，步骤二中混合物a与碳纳米管的混合比为100：15-30。
进一步地，步骤三中结构层，为多层式结构，且管路两端贯通，之间依靠连接件连接，连接件为条状态、圆柱或者板状，且连接件留有间隙。
进一步地，步骤六中发泡时密闭容器内气体压力为22MPa，密闭容器内温度为160℃，发泡时间为3h。
进一步地，步骤七中低温风干稳定为10℃，气体流速为15-20m/s。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备工艺，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一：结构层的制备，取40-60份高密度聚乙烯、20-30份聚亚苯基砜树脂、10-20份辅助剂和3-10份热稳定剂，低温40-60℃烘干后，加入搅拌机中搅拌制得混合物a；
步骤二：将混合物中掺杂有碳纳米管并放入双螺旋挤出机中共混造粒，制得结构层基材；
步骤三：将结构层基材放入聚乙烯管螺旋挤塑机，挤出聚乙烯放入模具中挤压出结构层；
步骤四：取出高温的结构层，对结构层表面进行雾化喷水降温；
步骤五：填充层制备，取30-50份高密度聚乙烯、20-30份聚乳酸和5-10份甲基丙烯酸缩水甘油酯60-80℃烘干10-15分钟，表面水分干燥后，加热至熔融后放入搅拌机中高温搅拌混合制得混合物b；
步骤六：将混合物b填充入结构层中的间隙中，填充后的结构层置于密封容器中，充入足量的二氧化碳，进行填充成发泡；
步骤七：发泡完成后迅速取出结构层，低温风干定型，制得一种纳米改性高密度聚乙烯合金管；
所述辅助剂包括聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂，所述聚对羟基苯甲酰、马来酸酐接技聚乙烯和抗氧剂质量比为5∶2∶3；
所述热稳定剂具体为二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡以2∶3∶1比例混合的混合物；
所述步骤二中挤出机分为加料段、混合段和出料段，所述加料段、混合段和出料段的温度分别为120-140℃、150-190℃和140-160℃；
所述步骤三中结构层，为多层式结构，且管路两端贯通，之间依靠连接件连接。
2.根据权利要求1所述的一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备工艺，其特征在于：所述步骤一和五中搅拌时间为30-50min，搅拌速度为20-400r/min。
3.根据权利要求1所述的纳米改性高密度聚乙烯合金管制备工艺，其特征在于：所述步骤二中混合物a与碳纳米管的混合比为100∶15-30。
4.根据权利要求1所述的一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备工艺，其特征在于：所述连接件为条状态、圆柱或者板状，且所述连接件留有间隙。
5.根据权利要求1所述的一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备工艺，其特征在于：所述步骤六中发泡时密闭容器内气体压力为18-22MPa，所述密闭容器内温度为140-160℃，发泡时间为2-4h。
6.根据权利要求1所述的一种纳米改性高密度聚乙烯合金管制备工艺，其特征在于：所述步骤七中低温风干稳定为5-12℃，气体流速为15-20m/s。
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