CN113337028B - 一种塑料壁管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及排水管道技术领域,公开一种塑料壁管及其制造方法,首先以高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、第一改性纳米碳酸钙为原料制备直管,然后以乙烯‑辛烯嵌段共聚物、乙烯‑丙烯酸甲酯、第二改性纳米碳酸钙、聚丙烯制备小口径空心管外层,以聚已内酯接枝聚丙烯制备小口径空心管内层,再将该小口径空心管螺旋缠绕于直管的外侧面,之后制备填料,以四环三萜达玛烷型皂苷为原料,加入NaOCl氧化分解、减压蒸馏,获得蒸馏物,将该蒸馏物与颗粒级碳酸钙搅拌混合后,加入聚已内酯得到该填料,最后将该填料填充至小口径空心管凝固后得到塑料壁管。利用本方法制备得到的塑料壁管的环刚度高,且填料可通过加热到一定温度进行回收利用,既节约成本,又更加环保。
Description
技术领域
本发明涉及排水管道技术领域,尤其涉及一种塑料壁管及其制造方法。
背景技术
目前,地埋式塑料排水管通常为各种结构壁管,如双壁波纹管、克拉管等。环刚度作为结构壁管的关键性能之一直接影响结构壁管的使用效果,若环刚度太小,管材的承接能力差,容易发生过大变形或出现压屈失稳而使管材遭破坏,特别是其长途运输过程中,其拼接口特别容易变形,造成施工拼接结构壁管材时,增加施工难度。目前国内企业为了保证长途运输过程中,拼接口不变形,通常采用在拼接口处用圆形铁支架安装在塑料管内部,支撑塑料管保持形状不变形。但是这种处理方法有两处缺陷:第一,圆形铁支架重量大,造成运输过程中油耗高;第二,也是最大问题,圆形铁支架在回收过程中,圆形铁支架不易折叠,占有运输空间大,造成运输成本提高。本发明意在开发一种高环刚度、内部填料可回收的塑料壁管。
为了提高结构壁管的环刚度,公告号为CN108676234A的发明专利,公开了一种增强双壁波纹管,将PPR料共混入HDPE中,有效提高管材的环钢度。
公告号为CN201170386Y的实用新型专利,公开了O型钢塑填充复合缠绕管,包括骨架管,骨架管由T型肋、T型槽、凸台上T型卡肋、凸台上T型卡槽、半圆环加强筋以及钢管等构成,上述骨架管管壁的圆环加强筋和钢管为螺旋骨架空心结构管,且钢管内置有混凝上料填充物。
但通过现有技术制作的塑料壁管会存在以下问题:
1、由于缠绕管的PP材质柔韧性差、低温脆性大,尤其在寒冷环境条件下使用过程中易发生PP材质单壁波纹管受外力挤压而发生脆裂现象,从而导致所制作的塑料壁管环钢度降低。
2、混凝土填充物若用于塑料结构壁管的填充时,则会由于混凝土与塑料结构壁管的内壁面的结合度不好而且脆性较大,导致采用混凝土填充后,其对塑料结构壁管环刚度的增强难以到达预期的效果。
故制造出环钢度较高的塑料壁管是人们亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足,提供一种塑料壁管,该高环钢度的塑料壁管具有环钢度高、内部填料可回收重复利用的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的:一种塑料壁管,包括直管以及螺旋缠绕于直管外侧面的小口径空心管,所述直管的材质成分包含高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、第一改性纳米碳酸钙,所述小口径空心管的外侧面材质成分包含乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯、第二改性纳米碳酸钙、聚丙烯,所述小口径空心管的内侧面材质为聚已内酯接枝聚丙烯,所述小口径空心管的内部用填料填充,所述填料包括了以四环三萜达玛烷型皂苷为原料,经过氧化分解和减压蒸馏得到的蒸馏物,颗粒级碳酸钙以及聚已内酯;
所述蒸馏物为结构式Ⅰ的物质,结构式Ⅱ的物质,结构式Ⅲ的物质,结构式Ⅳ的物质混合而成,结构式Ⅰ至结构式Ⅳ如下所示:
采用上述技术方案,由于直管的材质中添加有第一改性纳米碳酸钙,故能够起到对直管增强增韧的作用,从而增强了高环钢度的塑料壁管的环钢度。由于在小口径空心管的材质中添加了乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯这两种物质,使得小口径空心管的长时间耐低温性能好,使该小口径空心管缠绕于直管后不易破裂,从而提高了该高环钢度的塑料壁管的环钢度。在利用颗粒级碳酸钙作为填料的骨架,利用蒸馏物提高颗粒级碳酸钙在聚已内酯中的分散性,聚已内酯在60-70℃时流动,能够在保持小口径空心管不软化的前提下填充到小口径空心管中,且聚已内酯与内侧面材质为聚已内酯接枝聚丙烯的小口径空心管具有较好的结合度,从而使得到的塑料壁管的整体环钢度较好。
进一步地,所述四环三萜达玛烷型皂苷的结构式如Ⅴ所示:
采用上述技术方案,利用Ⅴ这种结构式的四环三萜达玛烷型皂苷进行分解,蒸馏,得到的蒸馏物可用来提高颗粒级碳酸钙在聚已内酯中的分散性,而剩下的底物可利用其醇羟基、羧基等与其它物质反应制备新的物质。
进一步地,所述颗粒级碳酸钙由50%-60%的1250目的碳酸钙、20%-30%的1500目的碳酸钙、10%-20%的2500目的碳酸钙、5%-10%的2800目的碳酸钙、5%-10%的3000目的碳酸钙组成。
采用上述技术方案:将不同大小的碳酸钙按照一定比例与聚已内酯混合后,整体能够形成较为致密的堆积状态,将其填充入小口径空心管后,得到的塑料壁管的整体环钢度较好。
进一步地,所述颗粒级碳酸钙的比表面积为10-15m2/g。
采用上述技术方案,将颗粒级碳酸钙的比表面积设置为10-15m2/g,能够在保持聚已内酯有足够流动性的前提下,增强颗粒级碳酸钙与聚已内酯的结合力,从而使得填料填充入小口径空心管后,得到的塑料壁管的整体环钢度较好。
本发明的另一目的,提供一种塑料壁管的制造方法,利用本方法制备得到的塑料壁管其环刚度较高;
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的:一种塑料壁管的制造方法,采用如下步骤:
S1、制备直管:以高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、第一改性纳米碳酸钙为原料进行混炼,并利用挤出设备挤出、冷却成型后即得到直管;
S2、制备小口径空心管:利用双层共挤设备同时挤出内层料与外层料,冷却成型后即得到所述小口径空心管,所述外层料为乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯、第二改性纳米碳酸钙、聚丙烯,所述内层料为聚已内酯接枝聚丙烯;
S3、将所述小口径空心管螺旋缠绕于直管的外侧面;
S4、制备填料:以四环三萜达玛烷型皂苷为原料,加入NaOCl进行氧化分解得到混合物,将所述混合物在50-100mmHg压力,150℃-200℃温度下进行减压蒸馏,获得蒸馏物,将所述蒸馏物与颗粒级碳酸钙搅拌混合,混合均匀后,再加入聚已内酯,继续搅拌均匀并加热至60-70℃后得到填料;
S5、填充:将所述小口径空心管加热至80-100℃,然后将温度保持在60-70℃的所述填料沿着所述小口径空心管的内壁进行填充,待所述填料冷却凝固后,即得到所述塑料壁管。
采用上述技术方案,先以高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、第一改性纳米碳酸钙制作出直管,利用第一改性纳米碳酸钙增强直管的的强度和韧性,之后以乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯、第二改性纳米碳酸钙、聚丙烯制作小口空心管外层,这里的乙烯-辛烯嵌段共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯的共同使用,能够增强小口径空心管的耐低温性能,该小口径空心管缠绕于直管后,在低温环境下,也不易破裂,从而增强了高环钢度壁管的整体环钢度。由于小口径空心管一般的主要材料是聚丙烯,故为了加强聚丙烯与填料中的聚已内酯的结合度,将接枝有聚已内酯的聚丙烯用来制作小口径空心管的内层。将制备好的小口径空心管螺旋缠绕于直管的外侧面后,将小口径空心管加热至80-95℃,将制备好的填料温度保持在60-70℃然后沿着小口径空心管的内壁进行填充,待所述填料冷却凝固后,即得到塑料壁管。在填充时,填料的温度保持在60-70℃,是为了在小口径空心管不软化的前提下保持良好的流动性,方便填料填充,将小口径空心管的温度设置为80-95℃,小口径空心管高于聚已内酯10-40℃的温度会对聚已内酯填充时的流动性形成一个保护,使得填料的填充更加均匀。填料的制备是以四环三萜达玛烷型皂苷为原料氧化分解和减压蒸馏后得到的蒸馏物,将这种蒸馏物与颗粒级碳酸钙混合后再与聚已内酯混合得到,这里蒸馏物的制备所采用的原料是天然的四环三萜达玛烷型皂苷,制备方法更加简便且环保,蒸馏物与颗粒级碳酸钙先混合,能够改善颗粒级碳酸钙在聚已内酯中的分散性,使得颗粒级碳酸钙在聚已内酯中分散更加均匀,形成的填料填充后其环钢度更高,而且该方法是利用四环三萜达玛烷型皂苷分解并减压蒸馏后的蒸馏物用于改善颗粒级碳酸钙在聚已内酯中的分散性,利用聚已内酯与小口径空心管的熔点差,既能在保持小口径空心管不软化的前提下很好得进行填充,又可以对填料进行回收利用,本发明的高环钢度塑料壁管的制造方法既节约成本,又更加环保。
进一步地,所述填料能够被回收再利用,回收时,将所述塑料壁管加热至75~95℃后,利用导流管将所述填料导入收集箱中。
采用上述技术方案:当需要回收填料时,可将所述塑料壁管加热75~95℃后,由于75~95℃并未达到所述小口径空心管的软化点,故该小口径空心管并没有什么变化,而该小口径空心管内部的填料开始流动,利用导流管将流动的填料导入收集箱中,即完成了填料的回收。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、在直管中添加第一改性纳米碳酸钙制作出直管,利用第一改性纳米碳酸钙增强直管的的强度和韧性,在小口径空心管中添加乙烯-辛烯嵌段共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯,增强其耐寒性,使其在严寒环境中时不易破裂,从而提高了塑料壁管整体的环钢度。
2、利用四环三萜达玛烷型皂苷氧化分解得到的蒸馏物、聚已内酯、颗粒级碳酸钙制作的填料,蒸馏物的制备过程比较环保,且蒸馏物能够改善颗粒级碳酸钙在聚已内酯中的分散性,使其制作的填料用于增强环钢度时效果更好。
3、填充时,利用填料与小口径空心管的熔点差,能够在保持小口径空心管不软化的前提下很好得进行填充。
4、采用本方法得到的塑料壁管,可通过调节温度,对其内部填料进行回收,既能够节约成本,又环保,还便于运输。
附图说明
图1是凸显直管与小口径空心管位置关系的整体结构示意图。
图中:1、直管;2、小口径空心管。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本文中所述的第一改性纳米碳酸钙与第二改性纳米碳酸钙其本质是相同的,这里为了在不同步骤中描述清楚,用“第一”、“第二”加以区分,而这种改性纳米碳酸钙是活性纳米碳酸钙(CCR型,恩平燕怡新材料有限公司)。
实施例一:一种塑料壁管,按照如下方法制得:
S1、制备直管1:按重量份数计,以50份的高密度聚乙烯、以30份的茂金属聚乙烯、20份的第一改性纳米碳酸钙为原料进行混炼,并利用挤出设备挤出、冷却成型后即得到直管1;
S2、制备小口径空心管2:利用双层共挤设备同时挤出内层料与外层料,冷却成型后即得到所述小口径空心管2,按重量份数计,所述外层料为50份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、30份的乙烯-丙烯酸甲酯、20份的第二改性纳米碳酸钙、40份的聚丙烯,所述内层料为100份聚已内酯接枝聚丙烯;
S3、将S1步骤中制得的小口径空心管2螺旋缠绕于直管1的外侧面,如图1所示;
S4、制备填料:以四环三萜达玛烷型皂苷(该四环三萜达玛烷型皂苷的结构式如Ⅴ所示)为原料,加入NaOCl氧化分解得到混合物,将该混合物在50mmHg压力,150℃-200℃温度下进行减压蒸馏,获得蒸馏物(该蒸馏物是结构式Ⅰ的物质,结构式Ⅱ的物质,结构式Ⅲ的物质,结构式Ⅳ的物质混合而成),将该蒸馏物与先与比表面积为10-15m2/g颗粒级碳酸钙(50%的1250目的碳酸钙,20%的1500目碳酸钙,10%的2500目的碳酸钙,10%的2800目的碳酸钙,10%的3000目的碳酸钙)搅拌混合,混合均匀后,再加入聚已内酯,继续搅拌均匀并加热至60℃后得到填料;
S5、填充:将小口径空心管2加热至80℃,然后将温度保持在60℃的填料沿着该小口径空心管2的内壁进行填充,待所述填料冷却凝固后,即得到所述塑料壁管。
当用户需要回收填料时,将得到的该塑料壁管加热至75℃后,利用导流管将填料导入收集箱中即可。
实施例二:一种塑料壁管,按照如下方法制得:
S1、制备直管1:按重量份数计,以50份的高密度聚乙烯、以30份的茂金属聚乙烯、20份的第一改性纳米碳酸钙为原料进行混炼,并利用挤出设备挤出、冷却成型后即得到直管1;
S2、制备小口径空心管2:利用双层共挤设备同时挤出内层料与外层料,冷却成型后即得到所述小口径空心管2,按重量份数计,所述外层料为50份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、30份的乙烯-丙烯酸甲酯、20份的第二改性纳米碳酸钙、40份的聚丙烯,所述内层料为100份聚已内酯接枝聚丙烯;
S3、将S1步骤中制得的小口径空心管2螺旋缠绕于直管1的外侧面,如图1所示;
S4、制备填料:以四环三萜达玛烷型皂苷(该四环三萜达玛烷型皂苷的结构式如Ⅴ所示)为原料,加入NaOCl氧化分解得到混合物,将该混合物在80mmHg压力,150℃-200℃温度下进行减压蒸馏,获得蒸馏物(该蒸馏物是结构式Ⅰ的物质,结构式Ⅱ的物质,结构式Ⅲ的物质,结构式Ⅳ的物质混合而成),将该蒸馏物与先与比表面积为10-15m2/g颗粒级碳酸钙(55%的1250目的碳酸钙,25%的1500目碳酸钙,10%的2500目的碳酸钙,5%的2800目的碳酸钙,5%的3000目的碳酸钙)搅拌混合,混合均匀后,再加入聚已内酯,继续搅拌均匀并加热至70℃后得到填料;
S5、填充:将小口径空心管2加热至100℃,然后将温度保持在70℃的填料沿着小口径空心管2的内壁进行填充,待该填料冷却凝固后,即得到塑料壁管。
当用户需要回收填料时,将得到的该塑料壁管加热至75℃后,利用导流管将填料导入收集箱中即可。
实施例三:一种塑料壁管,按照如下方法制得:
S1、制备直管1:按重量份数计,以50份的高密度聚乙烯、以30份的茂金属聚乙烯、20份的第一改性纳米碳酸钙为原料进行混炼,并利用挤出设备挤出、冷却成型后即得到直管1;
S2、制备小口径空心管2:利用双层共挤设备同时挤出内层料与外层料,冷却成型后即得到所述小口径空心管,按重量份数计,所述外层料为50份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、30份的乙烯-丙烯酸甲酯、20份的第二改性纳米碳酸钙、40份的聚丙烯,所述内层料为100份聚已内酯接枝聚丙烯;
S3、将S1步骤中制得的小口径空心管2螺旋缠绕于直管1的外侧面,如图1所示;
S4、制备填料:以四环三萜达玛烷型皂苷(该四环三萜达玛烷型皂苷的结构式如Ⅴ所示)为原料,加入NaOCl氧化分解得到混合物,将该混合物在100mmHg压力,150℃-200℃温度下进行减压蒸馏,获得蒸馏物(该蒸馏物是结构式Ⅰ的物质,结构式Ⅱ的物质,结构式Ⅲ的物质,结构式Ⅳ的物质混合而成),将该蒸馏物与先与比表面积为10-15m2/g颗粒级碳酸钙(60%的1250目的碳酸钙,20%的1500目碳酸钙,10%的2500目的碳酸钙,5%的2800目的碳酸钙,5%的3000目的碳酸钙)搅拌混合,混合均匀后,再加入聚已内酯,继续搅拌均匀并加热至65℃后得到填料;
S5、填充:将小口径空心管2加热至90℃,然后将温度保持在65℃的填料沿着小口径空心管2的内壁进行填充,待该填料冷却凝固后,即得到塑料壁管。
当用户需要回收填料时,将得到的该塑料壁管加热至75℃后,利用导流管将填料导入收集箱中即可。
对比例:
对比例一:与实施例一区别在于将接枝有聚已内酯的聚丙烯这种内层料替换为聚丙烯。
对比例二:与实施例一的区别在于,制备填料时不是将蒸馏物与颗粒级碳酸钙混合改性后再与聚已内酯混合,而是直接将聚已内酯与颗粒级碳酸钙混合。
对比例三:与实施例一的区别在于,颗粒级碳酸钙的比表面积为5m2/g。
对比例四:与实施例一的区别在于,颗粒级碳酸钙的比表面积为20m2/g。
对比例五:与实施例一的区别在于,将填料更换为混凝土。
对比例六:与实施例一的区别在于,将填料更换为沥青。
针对实施例一至实施例三,对比例一至对比例六制得的塑料壁管进行性能测试,具体测试结果如表1所示。
直管1的内径:300mm。
环刚度测试方法:按GB/T 9647-2015规定进行试验。
冲击性能测试方法:按GB/T 14152-2001规定进行试验。试验温度0℃±1℃,冲击型号d90,冲锤的质量12.5kg,冲击高度500mm。
环柔性的测试方法:试样按GB/T 9647-2015规定进行试验。试验力应连续增加,当试样在垂直方向外径de变形量为原外径的30%时立即卸载。
表1性能测试结果
经检测,根据以上试验数据发现,实施例一的环刚度、抗冲击性能以及环柔性普遍比对比例一要好,这是因为实施例一的小口径空心管2的内侧面材质为聚已内酯接枝聚丙烯,当填充填料进入小口径空心管2中时,填料成份中的聚已内酯与小口径空心管2内侧面的结合度较好,从而增强了塑料壁管整体的环钢度等性能。
实施例一的环刚度、抗冲击性能以及环柔性普遍比对比例二要好,这是因为实施例一利用了本发明的蒸馏物先与颗粒级碳酸钙混合,之后再与聚已内酯混合时,其颗粒级碳酸钙在聚已内酯中的分散性较好,由于颗粒级碳酸钙在聚已内酯中的分散性较好,故颗粒级碳酸钙分散得更加均匀,从而使制得的填料填充入小口径空心管2后,塑料壁管整体的环钢度等性能增强。
实施例一的环刚度、抗冲击性能以及环柔性相对于对比例三、对比例四而言更好,实施例一与对比例三、对比例四的区别在于颗粒碳酸钙的比表面积不同,当颗粒级碳酸钙为10-15m2/g时,利用颗粒级碳酸钙与聚已内酯制备的填料既能保持较好的流动性又能使得颗粒级碳酸钙与聚已内酯的吸附性较好,从而使得利用该填料填充入小口径空心管2中后,塑料壁管整体的环钢度能够达到最佳,当颗粒级碳酸钙的比表面积小于10m2/g时,其颗粒级碳酸钙与聚已内酯的吸附力大幅度减弱,当颗粒级碳酸钙的比表面积大于15m2/g时,在填充填料时,填料的流动性会大幅降低,无论哪种情况都会使制得填料填充入小口径空心管2后,其整体的环刚度等性能不如人意。
实施例一的环刚度、冲击性能以及环柔性,相对于对比例五和对比例六而言其环钢度、抗冲击性能等具有明显的优势。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种塑料壁管,包括直管(1)以及螺旋缠绕于直管(1)外侧面的小口径空心管(2),其特征在于,所述直管(1)的材质成分包含高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、第一改性纳米碳酸钙,所述小口径空心管(2)的外侧面材质成分包含乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯、第二改性纳米碳酸钙、聚丙烯,所述小口径空心管(2)的内侧面材质为聚已内酯接枝聚丙烯,所述小口径空心管(2)的内部用填料填充,所述填料包括了以四环三萜达玛烷型皂苷为原料,经过氧化分解和减压蒸馏得到的蒸馏物,颗粒级碳酸钙以及聚已内酯;
所述蒸馏物为结构式Ⅰ的物质,结构式Ⅱ的物质,结构式Ⅲ的物质,结构式Ⅳ的物质混合而成,结构式Ⅰ至结构式Ⅳ如下所示:
所述颗粒级碳酸钙的比表面积为10-15m2/g。
3.根据权利要求1所述的一种塑料壁管,其特征在于,所述颗粒级碳酸钙包括50%-60%的1250目的碳酸钙、20%-30%的1500目的碳酸钙、10%-20%的2500目的碳酸钙、5%-10%的2800目的碳酸钙、5%-10%的3000目的碳酸钙。
4.一种根据权利要求1所述的塑料壁管的制造方法,其特征在于,采用如下步骤:
S1、制备直管(1):以高密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、第一改性纳米碳酸钙为原料进行混炼,并利用挤出设备挤出、冷却成型后即得到直管(1);
S2、制备小口径空心管(2):利用双层共挤设备同时挤出内层料与外层料,冷却成型后即得到所述小口径空心管(2),所述外层料为乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯、第二改性纳米碳酸钙、聚丙烯,所述内层料为聚已内酯接枝聚丙烯;
S3、将所述小口径空心管(2)螺旋缠绕于直管(1)的外侧面;
S4、制备填料:以四环三萜达玛烷型皂苷为原料,加入NaOCl进行氧化分解得到混合物,将所述混合物在50-100mmHg压力,150℃-200℃温度下进行减压蒸馏,获得蒸馏物,将所述蒸馏物与颗粒级碳酸钙搅拌混合,混合均匀后,再加入聚已内酯,继续搅拌均匀并加热至60-70℃后得到填料;
S5、填充:将所述小口径空心管(2)加热至80-100℃,然后将温度保持在60-70℃的所述填料沿着所述小口径空心管(2)的内壁进行填充,待所述填料冷却凝固后,即得到所述塑料壁管。
5.根据权利要求4所述的一种塑料壁管的制造方法,其特征在于,所述填料能够被回收再利用,回收时,将所述塑料壁管加热至75℃后,利用导流管将所述填料导入收集箱中。
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