CN112812468A - 一种用于排污系统的复合管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于排污系统的复合管材及其制备方法，包括改性聚氯乙烯主体和涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：超高分子量聚乙烯10‑15份，空心玻璃微珠5‑10份，聚醚醚酮10‑15份，聚氯乙烯70‑80份，抗氧化剂1010 0.3‑0.5份，双马来酰亚胺0.5‑0.8份，水滑石5‑10份，碳纤维5‑10份；涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成：聚四氟乙烯20‑30份，氯磺化聚乙烯30‑40份，硅烷5‑8份。本发明公开的一种用于排污系统的复合管材具有良好的耐腐蚀性，内壁光滑不结垢，可以用于排污管，长时间使用不易出现堵塞、漏水或破损的情况。

Description

一种用于排污系统的复合管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及管材加工技术领域，具体涉及一种用于排污系统的复合管材及其制备方法。
技术背景
塑料管材与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域。塑料管道是化学建材众多组成部分中的一个重要分支，从使用化工材料的不同分类上看，塑料管道可分为聚乙烯(PE)管、聚氯乙烯(PVC)管、聚丙烯(PP)管、ABS管、聚丁烯(PB)管等。
塑料管道具有性能优异，施工简单，运行可靠，维修方便，使用寿命长，投资成本低等优点，目前广泛的使用在市政工程、住宅小区地下埋设排水排污；高速公路预埋管道；农田水利灌溉输水、排涝；化工、矿山用于流体的输送等方面。目前的PE塑料管道，尤其是大口径无压PE排水排污管(PE管)发展迅猛。
排污管与排水管相比较，对管道的要求更高，排污管中排出的污水相较于普通的排水管中的水质而言，其污染程度更为严重，排污管中排放的污水中常包括大量泥浆、污垢等固体颗粒，这些固体颗粒长期与管壁摩擦使得管壁越来越薄、粗糙不平，会出现管道堵塞或漏水现象，并且污水中甚至还包括一些强腐蚀性的化学品，对管道的损伤很严重，这样，综合起来，会严重影响管道的使用寿命。
因此，为了满足市场的需求，为了社会经济的发展，有必要开发出一种使用寿命长的耐腐防堵复合管材。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于排污系统的复合管材及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于排污系统的复合管材，包括改性聚氯乙烯主体和涂覆于聚氯乙烯主体内侧的保护层。
所述改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure BDA0002885203050000021
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成
聚四氟乙烯 20-30份
氯磺化聚乙烯 30-40份
硅烷 5-8份
所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时。
步骤二：将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜一中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石和碳纤维，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯。
步骤三，将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜二中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯。冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
超高分子量聚乙烯具有超高耐磨损性、抗冲击性、耐化学腐蚀性、耐环境应力开裂性、卫生无毒等特点，用超高分子量聚乙烯改性聚氯乙烯可以克服聚氯乙烯的热稳定性差、耐低温性能差、流动性差和韧性不足等缺点。本发明公开的一种用于排污系统的复合管材具有良好的耐腐蚀性，内壁光滑不结垢，可以用于排污管，长时间使用不易出现堵塞、漏水或破损的情况。
附图说明
图1为实施例1和对比例1-3试样的XRD图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明作任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种用于排污系统的复合管材，包括改性聚氯乙烯主体和涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
所述改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure BDA0002885203050000031
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成
聚四氟乙烯 20份
氯磺化聚乙烯 30份
硅烷 5份
所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时。
步骤二：按上述比例，将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜一中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石和碳纤维，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯。
步骤三，将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：按上述配比，将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜二中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯。冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
实施例2
一种用于排污系统的复合管材，包括改性聚氯乙烯主体和涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
所述改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure BDA0002885203050000041
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成
聚四氟乙烯 22份
氯磺化聚乙烯 32份
硅烷 5.5份
所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时。
步骤二：按上述比例，将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜一中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石和碳纤维，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯。
步骤三，将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：按上述配比，将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜二中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯。冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
实施例3
一种用于排污系统的复合管材，包括改性聚氯乙烯主体和涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
所述改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure BDA0002885203050000051
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成
聚四氟乙烯 26份
氯磺化聚乙烯 36份
硅烷 7.0份
所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时。
步骤二：按上述比例，将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜一中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石和碳纤维，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯。
步骤三，将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：按上述配比，将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜二中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯。冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
实施例4
一种用于排污系统的复合管材，包括改性聚氯乙烯主体和涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
所述改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure BDA0002885203050000061
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成
聚四氟乙烯 28份
氯磺化聚乙烯 38份
硅烷 7.5份
所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时。
步骤二：按上述比例，将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜一中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石和碳纤维，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯。
步骤三，将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：按上述配比，将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜二中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯。冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
实施例5
一种用于排污系统的复合管材，包括改性聚氯乙烯主体和涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
所述改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure BDA0002885203050000071
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成
聚四氟乙烯 30份
氯磺化聚乙烯 40份
硅烷 8.0份
所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时。
步骤二：按上述比例，将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜一中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石和碳纤维，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯。
步骤三，将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：按上述配比，将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜二中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯。冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
对比例1
与实施例1对比的区别在于，对比例1只有改性聚氯乙烯主体。
所述改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure BDA0002885203050000081
所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时。
步骤二：按上述比例，将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜一中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石和碳纤维，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯。
步骤三，将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
对比例2
与实施例1对比的区别在于，对比例2是由聚氯乙烯主体和涂覆于聚氯乙烯主体内侧的保护层制成。其中聚氯乙烯主体所用材料为目前市场上普通的PVC材料。
所述涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成
聚四氟乙烯 20份
氯磺化聚乙烯 30份
硅烷 5份
所述涂覆于聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：按上述配比，将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜二中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯。冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
对比例3
对比例3为市售聚氯乙烯排污管。
试验例1
将以上实施例1-5和对比例1-3进行力学性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
(1)拉伸强度：按照GB/T1040.3-2006测试；
(2)热老化测试：将制得的管材在热老化箱内进行老化，条件为80℃下老化80小时，对其老化后的拉伸强度进行测试；
(3)冲击强度：按照GB/T1043-1993测试；
(4)耐磨测试：将制得的管材分别压成3mm薄片，于耐磨测试仪上，在相同条件下进行刮磨(1000次)，刮磨前后的磨损量变化；
(5)耐压测试：将制得的管材取10m，在相同条件下进行耐压测试。
表1力学性能测试结果
项目 拉伸强度/MPa 热老化拉伸强度/MPa 磨损量/g 冲击强度(J/m) 耐压强度/MPa
实施例1 76 73 0.3 46 65
实施例2 78 74 0.3 48 66
实施例3 80 76 0.2 48 68
实施例4 83 77 0.2 49 69
实施例5 85 81 0.1 50 70
对比例1 75 70 1.2 43 63
对比例2 70 65 0.9 42 60
对比例3 65 60 1.9 36 55
由上表可知本发明的一种用于排污系统的复合管材，具有优异的力学性能，不易被磨损，可以使得管材的使用寿命得到延长。
试验例2
采用日本理学D/Max2500PC型X射线衍射仪对实施例1和对比例1-3制成的管材样品(将管材制备成30×30mm的薄片)进行测试，加速电压40KV，电流为20mA，2θ在16°到30°范围内进行扫描，扫描速度为2°/min。测试结果如图1。
试验例3结垢性能测试
将实施例1-5和对比例1-3制成的管材，用带泥沙的生活污水对各试样进行结垢性能研究。实验前，准确称量各试样的质量，分别放于盛有带泥沙的生活污水的烧杯中(各烧杯中水和泥沙的含量相同)，再将烧杯放于振动台上振动用于模拟水流环境，控制温度为室温，实验时间为十天，十天后取出试样并称量，测试结果如表2所示。
表2实施例1-5和对比例1-3在带泥沙的生活污水中的结垢量(单位：mg)
Figure BDA0002885203050000101
Figure BDA0002885203050000111
试验例4：接触角测试
采用光学接触角测量仪对各试验样的接触角进行测量，表征材料的润湿性，测试结果如表3所示。
表3不同材料表面接触角
材料 左接触角(°) 右接触角(°) 平均接触角(°)
实施例1 118.5 117.5 118.0
实施例2 117.8 115.4 116.6
实施例3 116.4 118.2 117.3
实施例4 118.2 119.2 118.7
实施例5 121.5 119.5 120.5
对比例1 99.2 101.5 100.35
对比例2 108.2 105.6 106.9
对比例3 98.5 99.8 99.15
本发明的一种用于排污系统的复合管材，表面接触角大于115°，具有优异的疏水功能，污垢很难附在材料表面。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种用于排污系统的复合管材，其特征在于：包括改性聚氯乙烯主体和涂覆于聚氯乙烯主体内侧的保护层。
2.根据权利要求1所述的一种用于排污系统的复合管材，其特征在于：所述的改性聚氯乙烯主体由以下重量份物质组成：
Figure FDA0002885203040000011
3.根据权利要求1所述的一种用于排污系统的复合管材，其特征在于：所述涂覆于聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下重量份物质组成：
聚四氟乙烯 20-30份，
氯磺化聚乙烯 30-40份，
硅烷 5-8份。
4.根据权利要求2所述的一种用于排污系统的复合管材，其特征在于：所述改性聚氯乙烯主体由以下步骤制备而成：
步骤一：将超高分子量聚乙烯、空心玻璃微珠、聚醚醚酮、聚氯乙烯、水滑石和碳纤维分别在100℃，-0.1MPa的真空烘箱中干燥5小时；
步骤二：将步骤一中干燥后的聚氯乙烯和超高分子量聚乙烯加入到反应釜中，搅拌下，升温到90℃，加入双马来酰亚胺，保温搅拌1.5h，升温到100℃后，加入聚醚醚酮、抗氧化剂1010、水滑石，并搅拌0.5h，使其混合均匀，得到改性的聚氯乙烯；
步骤三：将步骤二得到的改性聚氯乙烯加入到双螺杆挤出机中，挤出、冷却定型。
5.根据权利要求3或4所述的一种用于排污系统的复合管材，其特征在于：所述涂覆于聚氯乙烯主体内侧的保护层由以下方法制备：将氯磺化聚乙烯和聚四氟乙烯加入到反应釜中，搅拌并升温到120℃，加入硅烷，搅拌0.5小时，得到改性氯磺化聚乙烯；冷却到40℃，将改性氯磺化聚乙烯加入到挤出机中挤出，冷却定型，牵引后形成涂覆聚氯乙烯主体内侧的保护层。
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