CN113444307A - 一种高韧抗冲击聚乙烯通信管 - Google Patents

一种高韧抗冲击聚乙烯通信管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，属于聚乙烯管道技术领域。该高韧抗冲击聚乙烯通信管，包括如下重量份原料：聚乙烯60‑80份、纳米二氧化硅2‑3份、硬脂酸单甘油酯2.2‑3.8份，N,N'‑亚乙基双硬脂酰胺0.3‑0.5份、纳米二氧化硅2‑4份、增韧剂2.2‑5.0份、偶联剂1‑3份、增塑剂0.2‑0.4份；其中制备了一种增韧剂可以产生空穴，在受到外界的力量时，这些力量所带来的能量会在空穴处被大大消耗，从而减缓缺陷或应力集中的出现，起到增韧效果，该增韧剂还带有可以拉伸的螺旋结构的侧链，进一步增加基体的韧性，使本发明制得的聚乙烯通信管具有良好的拉伸强度和抗冲击性能。

Description

一种高韧抗冲击聚乙烯通信管
技术领域
本发明涉及聚乙烯管道技术领域，具体为一种高韧抗冲击聚乙烯通信管。
背景技术
通信管，即地下通信线缆保护管，主要安装在通信线缆与电力线交叉的地段，防止电力线发生断线造成短路事故，造成通讯通信线缆和钢丝绳带电，以保护通信线缆、交换机、机芯板，以至整机不被烧坏，对电力线磁场干扰也起到一定的隔离作用，是现代线缆铺设工程中常用的管道。
塑料管材作为高科技复合而成的化学建材，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；而聚乙烯管材具有较好的抗拉、抗压强度，耐腐蚀性优良且价格便宜的优点，适宜作为通信管材，但现有的聚乙烯通信管材普遍具有韧性不足的缺陷，尤其在使用过程中容易产生脆性，严重影响其使用寿命。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明提供了一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，用于解决背景技术中的问题。
(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：一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，包括如下重量份原料：聚乙烯60-80份、纳米二氧化硅2-3份、硬脂酸单甘油酯2.2-3.8份，N,N'-亚乙基双硬脂酰胺0.3-0.5份、纳米二氧化硅2-4份、增韧剂2.2-5.0份、偶联剂1-3份、增塑剂0.2-0.4份；
该高韧抗冲击聚乙烯通信管由如下步骤制成：
步骤一：将各原料加入搅拌釜中，800-1200r/min搅拌20min，然后在超声频率为30-40kHz条件下超声分散1-2h，得到混合物料；
步骤二：将混合物料加入挤出机中150℃挤出，以牵引机牵引辅助，倒模切割后制得高韧抗冲击聚乙烯通信管。
进一步地，所述增韧剂由如下步骤制成：
步骤S1：将对甲基苯甲醛与1-庚醇加入烧瓶中，通入氮气，再加入钛酸四丁酯与甲苯，在温度150-170℃条件下进行反应，反应过程中不断收集馏出液，反应结束后冷却至室温，制得中间物1；所述对甲基苯甲醛、1-庚醇、钛酸四丁酯、甲苯的用量比为0.1mol：0.1mol：0.3g：60mL；
反应过程如下所示：
Figure BDA0003150179430000021
步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶中，在100-110℃条件下回流，并加入高锰酸钾，继续回流反应3h，制得中间物2；然后将中间物2与去离子水加入烧瓶中，在温度为45-50℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与N，N-二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物3；所述中间物1与高锰酸钾的用量比为0.1mol：2.5g，中间物2、二氯亚砜、N，N-二甲基甲酰胺的用量比为0.1mol：2.3g：20mL；
反应过程如下所示：
Figure BDA0003150179430000022
步骤S3：将中间物3与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将5-硝基-1,3-苯二酚加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物4；所述中间物3、四氢呋喃、吡啶、5-硝基-1,3-苯二酚的用量比为0.06mol：250mL：0.07mol：0.06mol；
反应过程如下所示：
Figure BDA0003150179430000031
步骤S4：将中间物4、铁粉、乙醇加入烧瓶中，在温度为80-85℃的条件下，进行回流反应5h后，缓慢加入质量分数为30％的盐酸溶液，继续反应5-8h后，调节反应液pH值为7-8，制得中间物5；所述中间物4、铁粉、乙醇、盐酸溶液的用量比为0.01mol：1.2g：50mL：10mL；
反应过程如下所示：
Figure BDA0003150179430000032
步骤S5：将干燥的磷酸氢锆粉末加入装有无水乙醇的烧瓶中，搅拌后超声处理30min，然后将中间物5加入烧瓶，搅拌并超声1-2h，70℃干燥后制得增韧剂；所述磷酸氢锆粉末、无水乙醇、中间物5的用量比为16g：200mL：30g。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂、增塑剂为环氧大豆油。
(三)有益效果
本发明提供了一种高韧抗冲击聚乙烯通信管。与现有技术相比具备以下有益效果：本发明制得一种增韧剂用于改性以聚乙烯为基体制备的通信管的机械性能，其中增韧剂首先由对甲基苯甲酸与1-庚醇反应制得中间物1，在将中间物1的甲基氧化为羧基制得中间物2，再将中间物2的羧基氯化为酰氯基团，制得中间物3，中间物3的酰氯基团与5-硝基-1,3-苯二酚的羟基反应制得中间物4，再将中间物5的硝基转变为氨基，得到中间物5，将中间物5与磷酸氢锆混合接枝，磷酸氢锆片层之间具有多个活性的羟基，中间物5可以通过氨基插入到磷酸氢锆片层之间，然后制得增韧剂，磷酸氢锆片层之间插入中间物5可以产生空穴，在受到外界的力量时，这些力量所带来的能量会在空穴处被大大消耗，从而减缓缺陷或应力集中的出现，起到增韧效果，且其含有的长侧链为苯环连接酯基再与7个碳原子相连，其中苯环与酯基共轭形成刚性结构，而与酯基相连的七个碳原子为奇数，与苯环不在同一个平面上，以螺旋状形态排列，当有外力作用时，侧链可以展开，但是由于整体的分子构型没有发生变化，还可以恢复到原有的状态，从而进一步提升的韧性，用于通信管的制备，就得到了本发明制得的具有好的机械强度的高韧抗冲击聚乙烯通信管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备增韧剂，该增韧剂由如下步骤制成：
步骤S1：将对甲基苯甲醛与1-庚醇加入烧瓶中，通入氮气，再加入钛酸四丁酯与甲苯，在温度150℃条件下进行反应，反应过程中不断收集馏出液，反应结束后冷却至室温，制得中间物1；
步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶中，在100℃条件下回流，并加入高锰酸钾，继续回流反应3h，制得中间物2；然后将中间物2与去离子水加入烧瓶中，在温度为45℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与N，N-二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物3；
步骤S3：将中间物3与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将5-硝基-1,3-苯二酚加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物4；
步骤S4：将中间物4、铁粉、乙醇加入烧瓶中，在温度为80℃的条件下，进行回流反应5h后，缓慢加入质量分数为30％的盐酸溶液，继续反应5h后，调节反应液pH值为7，制得中间物5；
步骤S5：将干燥的磷酸氢锆粉末加入装有无水乙醇的烧瓶中，搅拌后超声处理30min，然后将中间物5加入烧瓶，搅拌并超声1h，70℃干燥后制得增韧剂。
实施例2
制备增韧剂，该增韧剂由如下步骤制成：
步骤S1：将对甲基苯甲醛与1-庚醇加入烧瓶中，通入氮气，再加入钛酸四丁酯与甲苯，在温度160℃条件下进行反应，反应过程中不断收集馏出液，反应结束后冷却至室温，制得中间物1；
步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶中，在105℃条件下回流，并加入高锰酸钾，继续回流反应3h，制得中间物2；然后将中间物2与去离子水加入烧瓶中，在温度为47.5℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与N，N-二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物3；
步骤S3：将中间物3与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将5-硝基-1,3-苯二酚加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物4；
步骤S4：将中间物4、铁粉、乙醇加入烧瓶中，在温度为82.5℃的条件下，进行回流反应5h后，缓慢加入质量分数为30％的盐酸溶液，继续反应6.5h后，调节反应液pH值为7.5，制得中间物5；
步骤S5：将干燥的磷酸氢锆粉末加入装有无水乙醇的烧瓶中，搅拌后超声处理30min，然后将中间物5加入烧瓶，搅拌并超声1.5h，70℃干燥后制得增韧剂。
实施例3
制备增韧剂，该增韧剂由如下步骤制成：
步骤S1：将对甲基苯甲醛与1-庚醇加入烧瓶中，通入氮气，再加入钛酸四丁酯与甲苯，在温度170℃条件下进行反应，反应过程中不断收集馏出液，反应结束后冷却至室温，制得中间物1；
步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶中，在110℃条件下回流，并加入高锰酸钾，继续回流反应3h，制得中间物2；然后将中间物2与去离子水加入烧瓶中，在温度为50℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与N，N-二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物3；
步骤S3：将中间物3与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将5-硝基-1,3-苯二酚加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物4；
步骤S4：将中间物4、铁粉、乙醇加入烧瓶中，在温度为85℃的条件下，进行回流反应5h后，缓慢加入质量分数为30％的盐酸溶液，继续反应8h后，调节反应液pH值为8，制得中间物5；
步骤S5：将干燥的磷酸氢锆粉末加入装有无水乙醇的烧瓶中，搅拌后超声处理30min，然后将中间物5加入烧瓶，搅拌并超声2h，70℃干燥后制得增韧剂。
实施例4
一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，包括如下重量份原料：聚乙烯60份、纳米二氧化硅2份、硬脂酸单甘油酯2.2份，N,N'-亚乙基双硬脂酰胺0.3份、纳米二氧化硅2份、实施例2制备的增韧剂2.2份、偶联剂1份、增塑剂0.2份；
该高韧抗冲击聚乙烯通信管由如下步骤制成：
步骤一：将各原料加入搅拌釜中，800r/min搅拌20min，然后在超声频率为30kHz条件下超声分散1h，得到混合物料；
步骤二：将混合物料加入挤出机中150℃挤出，以牵引机牵引辅助，倒模切割后制得高韧抗冲击聚乙烯通信管。
实施例5
一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，包括如下重量份原料：聚乙烯70份、纳米二氧化硅2.5份、硬脂酸单甘油酯3.0份，N,N'-亚乙基双硬脂酰胺0.4份、纳米二氧化硅3份、实施例2制备的增韧剂3.6份、偶联剂2份、增塑剂0.3份；
该高韧抗冲击聚乙烯通信管由如下步骤制成：
步骤一：将各原料加入搅拌釜中，1000r/min搅拌20min，然后在超声频率为35kHz条件下超声分散1.5h，得到混合物料；
步骤二：将混合物料加入挤出机中150℃挤出，以牵引机牵引辅助，倒模切割后制得高韧抗冲击聚乙烯通信管。
实施例6
一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，包括如下重量份原料：聚乙烯80份、纳米二氧化硅3份、硬脂酸单甘油酯3.8份，N,N'-亚乙基双硬脂酰胺0.5份、纳米二氧化硅4份、实施例2制备的增韧剂5.0份、偶联剂3份、增塑剂0.4份；
该高韧抗冲击聚乙烯通信管由如下步骤制成：
步骤一：将各原料加入搅拌釜中，1200r/min搅拌20min，然后在超声频率为40kHz条件下超声分散2h，得到混合物料；
步骤二：将混合物料加入挤出机中150℃挤出，以牵引机牵引辅助，倒模切割后制得高韧抗冲击聚乙烯通信管。
对比例1：与实施例5相比不添加增韧剂。
对比例2：与实施例5相比直接使用磷酸氢锆粉末作为增韧剂。
对比例3：专利号为CN 108948499 A中实施例四制备的聚乙烯通信管道。
对实施例4-6和对比例1-3进行拉伸强度测试和冲击强度测试，分别按照国标GB/T1040-2006和国标GB/T 1843-1996；
得到结果如下表所示：
拉伸强度(Mpa) 冲击强度(KJ/m<sup>3</sup>)
实施例4 45.95 328.60
实施例5 46.58 332.86
实施例6 45.86 331.56
对比例1 20.15 212.04
对比例2 28.25 266.25
对比例3 35.31 288.12
由上表可以看出实施例4-6具有良好的拉伸强度和抗冲击强度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
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)

1.一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，其特征在于：包括如下重量份原料：聚乙烯60-80份、纳米二氧化硅2-3份、硬脂酸单甘油酯2.2-3.8份，N,N'-亚乙基双硬脂酰胺0.3-0.5份、纳米二氧化硅2-4份、增韧剂2.2-5.0份、偶联剂1-3份、增塑剂0.2-0.4份；
所述增韧剂由如下步骤制成：
步骤S1：将对甲基苯甲醛与1-庚醇加入烧瓶中，通入氮气，再加入钛酸四丁酯与甲苯，在温度150-170℃条件下进行反应，反应过程中不断收集馏出液，反应结束后冷却至室温，制得中间物1；
步骤S2：将中间物1、去离子水加入烧瓶中，在100-110℃条件下回流，并加入高锰酸钾，继续回流反应3h，制得中间物2；然后将中间物2与去离子水加入烧瓶中，在温度为45-50℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与N，N-二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物3；
步骤S3：将中间物3与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将5-硝基-1,3-苯二酚加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物4；
步骤S4：将中间物4、铁粉、乙醇加入烧瓶中，在温度为80-85℃的条件下，进行回流反应5h后，缓慢加入质量分数为30％的盐酸溶液，继续反应5-8h后，调节反应液pH值为7-8，制得中间物5；
步骤S5：将干燥的磷酸氢锆粉末加入装有无水乙醇的烧瓶中，搅拌后超声处理30min，然后将中间物5加入烧瓶，搅拌并超声1-2h，70℃干燥后制得增韧剂。
2.根据权利要求1所述的一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，其特征在于：步骤S1所述对甲基苯甲醛、1-庚醇、钛酸四丁酯、甲苯的用量比为0.1mol：0.1mol：0.3g：60mL。
3.根据权利要求1所述的一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，其特征在于：步骤S2所述中间物1与高锰酸钾的用量比为0.1mol：2.5g，中间物2、二氯亚砜、N，N-二甲基甲酰胺的用量比为0.1mol：2.3g：20mL。
4.根据权利要求1所述的一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，其特征在于：步骤S3所述中间物3、四氢呋喃、吡啶、5-硝基-1,3-苯二酚的用量比为0.06mol：250mL：0.07mol：0.06mol。
5.根据权利要求1所述的一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，其特征在于：步骤S4所述中间物4、铁粉、乙醇、盐酸溶液的用量比为0.01mol：1.2g：50mL：10mL。
6.根据权利要求1所述的一种高韧抗冲击聚乙烯通信管，其特征在于：步骤S5所述磷酸氢锆粉末、无水乙醇、中间物5的用量比为16g：200mL：30g。
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