CN113801392A - Upe-t材料及制备方法和upe-t双壁增强缠绕管 - Google Patents

Upe-t材料及制备方法和upe-t双壁增强缠绕管 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种UPE‑T材料及制备方法和UPE‑T双壁增强缠绕管，包括以下步骤：包括超高分子量聚烯烃UPE，改性PET，活性滑粉25～40份；然后将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到UPE‑T材料复合材料，料筒温度分别为：190℃，205℃，215℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃。本发明采用经改性的PET和滑石粉与聚烯烃形成复合材料UPE‑T，用于生产UPE‑T双壁增强缠绕管的内外壁，高强度粘接料采用高密度聚乙烯管材专用树脂HMCRP100N和聚乙烯共聚物胶粘剂GS101混合，所制备的管村的环刚度和环柔度都明显提高40％～60％，能满足大口径地下排水排污管的性能要求。

Description

UPE-T材料及制备方法和UPE-T双壁增强缠绕管
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种UPE-T材料及制备方法和UPE-T双壁增强缠绕管。
背景技术
目前，我国的排水管网系统仍以传统的钢筋混凝土管、陶管、铸铁管、普通塑料管为主流，但其施工难度高，管道之间的连接复杂，往往造成庞大的施工浪费。尤其是在长期的使用中，经常由于腐蚀、破损、渗漏，特别是大面积的污水渗漏，己严重污染了越来越少的地下水源。解决城市的缺水及污染问题，关系到城市的可持续发展，也是我国当前和长远发展的重大问题。根据国外发达国家塑料管材的发展情况及国内产业政策的大力推广，大口径塑料埋地排水管已经成为新的投资热点。而在众多的大口径塑料埋地排水管道中，由于双壁缠绕管以其独特的结构设计，比其它的塑料管道更节省原料，而成为众多投资者的首选。
大口径双壁缠绕管一般指直径大于500mm的缠绕管，目前主要用于市政排水、排污系统。当前，我国用于缠绕管生产的原料主要有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，其中PVC主要用于500mm以下的缠绕管生产。聚氯乙烯双壁缠绕管的优点在于聚氨乙烯材料的刚性高，其材料的弹性模量大于聚烯烃材料。因此达到同等的环刚度可以用较小的惯性矩，如果采用同样的波形设计可以用较小的壁厚。所以在一定范围内聚氯乙烯双壁缠绕管在经济性上占优势，但由于聚氯乙烯材料的流动性和热稳定性比较差，生产大口径双壁缠绕管有困难。
从2003年开始，我国大量引进大口径双壁缠绕管生产线.所采用的原料主要是HDPE，每条生产线的生产能力达到12吨I天。当时国内用于生产大口径双壁缠绕管的进口料主要是一些HDPE中空料和重包装膜料等。而国内的一些普通管材料在生产大口径双壁缠绕管时会出现熔体强度不够、产品环刚度低、耐温性差、脆性大达不到要求等问题。
环刚度和环柔度是管材最重要的性能指标，因为在埋地排水管的应用中，管材不承受内压或压力很低，而只承受外压负载(包括动负载和静负载)。如果管材的环刚度太小，管材将发生大的变形破坏，这样就不能保证管材的安全使用；若环柔度过低，管材在使用过程中易破坏漏水等。添加入无机填料，如：短切玻璃纤维、碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石等，以降低材料成本、提高材料性能的刚性，然而，在塑料材料中加入无机填充材料后一般都会使材料性能变脆，缺口冲击韧性下降，材料的使用性能因此受到明显影响。增加塑料的韧性，早期通常采用橡胶类弹性体进行，例如：ABS(聚丙烯-丁二烯-苯乙烯),HIPS(耐冲击性聚苯乙烯)和PP/EPDM[聚丙烯/兰元乙丙橡胶(含双环戊二烯)]等增韧体系，橡胶增韧聚合物可使冲击韧性成倍增长，但由于其模量和玻璃化温度低，给增韧塑料带来固有的缺陷，如材料的刚度、强度、热畸变温度大幅度降低，成本提高等。聚烯烃复合材料所表现的强度增加或韧性提高总是以牺牲其它性能为代价的，所以如何保持改性聚烯烃复合材料强度和韧性的平衡是制备UPE-T双壁增强缠绕管的关键问题。
发明内容
本发明目的是提供一种UPE-T材料，用于生产UPE-T双壁增强缠绕管，解决现有的聚烯烃埋地排水排污管环刚度不够及环柔度过低的问题。
本发明的技术方案为：
所述UPE-T材料由以下重量份的原料组成为：
超高分子量聚烯烃UPE60～75份；
改性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)8～12份；
改性活性滑石粉25～40份。
所述UPE-T材料的制备方法，包括以下步骤：
按以下重量份配料：UPE超高分子量聚烯烃60～75份，改性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)8～12份，活性滑粉25～40份；
然后将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到UPE-T材料复合材料，料筒温度分别为：190℃，205℃，215℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃。
UPE超高分子量聚烯径的制备方法：HDPE(高密度聚乙烯)75～85份、POE(乙烯和丁烯的高聚物)POE10～15份、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)5～10份、MMA(甲基丙烯酸甲酯)5～10份；
然后将原料混合搅拌均匀后通过单螺杆挤出机熔融造粒，得到超高分子量聚烯烃材料，料筒温度分别为190℃，205℃，215℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃。
改性PET聚对苯二甲酸乙二醇酯通过以下方法制备：按以下重量份配料：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)100份，苯乙烯：3～5份，甲基丙烯酸缩水甘油脂：3～6份，过氧化二异丙苯0.1～0.5份；
按照配比称料，混合后采用双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性PET聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，料筒溫度分别为190℃，195℃，200℃，210℃，210℃，口模温度为：215℃。
改性滑石粉的制备方法为：按以下重量份配置原料：滑石粉100份，硅烷偶联剂1～3份，铝酸酯偶联剂1～1.5份；
先将称量好的滑石粉在烘箱中100℃下干燥3h，加入高速混合机中，再加入按比例称量好的铝酸酯偶联剂，高速混合5～10分钟，然后加入硅烷偶联剂，高速混合搅拌均匀10分钟。
UPE-T双壁增强缠绕管，由内壁层和外壁层贴合后缠绕构成，其中内壁层和内壁层均采用UPE-T材料作为板带基材，板带成型后粘接处和外壁层底部包覆处的粘接料用高强度管材专用树脂HMCRP和聚乙烯共聚物胶粘剂GS101两种材料混合。
UPE-T双壁增强缠绕管UPE-T的制备方法：内壁层和外壁层材料采用UPE-T材料，由一台挤出机将物料熔融挤出成型成板带，以带状形式连续挤出，经过定径套真空冷却定型，再缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：170℃，180℃，195℃，200℃，200℃。口模温度为：215℃；
另外一台挤出机粘接料熔融(树脂HMCRP100N和聚乙烯共聚物胶粘剂GS101混合)挤出，用于粘接成型板带并包覆管材外壁底部，挤出机各段温度为：180℃，190℃，200℃，210℃，210℃。口模温度为：215℃。
所述粘接料制备方法为：
采用高密度聚乙烯管材专用树脂HMCRP100N 80～85份，聚乙烯共聚物胶粘剂GS101 15～20份，直接混合搅拌均匀就可得到高强度的粘接原料。
整个管材材料除了要求具有足够的刚度和韧性外，还要求耐温性(+80℃～-40℃)，因此采用了改性PET材料加入15～25％。
改性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的新型聚烯烃弹材料，是高度结晶的聚合物。具有较强的耐腐蚀性能、较高的拉伸强度和撕裂强度、很好的耐温性能和耐用性，化学性质和尺寸稳定，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的
Figure BDA0003335381610000031
性。此外它还具有和聚烯烃亲和性好、低温韧性好、性能价格比高等优点，因而被广泛应用于塑料改性。这种新材料的出现引起了橡胶工业界的强烈关注，也为聚合物的改性带来全新的理念。
本发明中，为了提高聚烯烃材料之间以及聚烯烃与无机粒子间的相容性，采用熔融接枝技术，制备改性UPET-T新材料，在改性聚烯烃复合材料中使用改性PET，可以提高聚烯烃材料之间以及聚烯烃与无机粒子间的相容性。
本发明中，硅烷偶联剂处理对增加滑石粉填充聚丙烯体系的刚性有利，相对而言，铝酸酯联剂处理对提高滑石粉填充聚丙烯体系的韧性有利，为了充分发挥两种偶联剂的优势，本发明按硅：院偶联剂与铝酸国时间联剂为2:1的比例方式处理的滑石粉，发挥两种偶联剂的协同作用，制备得到活性滑石粉。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用经改性的PET和滑石粉与聚烯烃形成复合材料UPE-T，用于生产UPE-T双壁增强缠绕管的内外壁，高强度粘接料采用高密度聚乙烯管材专用树脂HMCRP100N和聚乙烯共聚物胶粘剂GS101混合，所制备的管村的环刚度和环柔度都明显提高40％～60％，能满足大口径地下排水排污管的性能要求。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
实施例1
制备改性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)方法：按以下重量份配料：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)100份，苯乙烯4.5份，甲基丙烯酸缩水甘油脂5份，过氧化二异丙苯0.4份，按照配比称料，混合后采用双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性改性PET聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，料筒溫度分别为190℃，195℃，200℃，210℃，210℃，口模温度为：215℃。
制备改性滑石粉的制备方法为：按以下重量份配置原料：滑石粉100份，硅烷偶联剂2.5份，铝酸酯偶联剂1.2份：先将称量好的滑石粉在烘箱中100℃下干燥3h，加入高速混合机中，再加入按比例称量好的铝酸酯偶联剂，高速混合8分钟，然后加入硅烷偶联剂，高速混合搅拌均匀10分钟。
制备UPE超高分子量聚烯径的方法：HDPE(高密度聚乙烯)81份、POE(乙烯和丁烯的高聚物)POE12份、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)6份、MMA(甲基丙烯酸甲酯)7份，然后将原料混合搅拌均匀后通过单螺杆挤出机熔融造粒，得到超高分子量聚烯烃材料，料筒温度分别为190℃，205℃，215℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃。
制备粘接料方法：采用高密度聚乙烯管材专用树脂HMCRP100N 82份，聚乙烯共聚物胶粘剂GS101 18份，直接混合搅拌均匀就可得到高强度的粘接原料。
制备UPE-T双壁增强缠绕管方法为：内壁和外壁材料采用UPE-T材料，分别由一台挤出机将物料熔融挤出成型成板带，以带状形式连续挤出，经过定径套真空冷却定型，再缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：170℃，180℃，195℃，200℃，200℃。另外一台挤出机将粘接料熔融(树脂HMCRP100N和聚乙烯共聚物胶粘剂GS101混合)挤出，用于粘接成型板带并包覆管材外壁底部，挤出机各段温度为：180℃，190℃，200℃，210℃，210℃。
表1：实施例1制备的UPE-T双壁增强缠绕管的物理力学性能
Figure BDA0003335381610000041
Figure BDA0003335381610000051
实施例2
制备改性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)方法：按以下重量份配料：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)100份，苯乙烯：3份，甲基丙烯酸缩水甘油脂：4份，过氧化二异丙苯0.3份，按照配比称料，混合后采用双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性改性PET聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，料筒溫度分别为190℃，195℃，200℃，210℃，210℃，口模温度为：215℃。
制备改性滑石粉的方法：按以下重量份配置原料：滑石粉100份，硅烷偶联剂1.2份，铝酸酯偶联剂1.5份：先将称量好的滑石粉在烘箱中100℃下干燥3h，加入高速混合机中，再加入按比例称量好的铝酸酯偶联剂，高速混合10分钟，然后加入硅烷偶联剂，高速混合搅拌均匀10分钟。
制备UPE超高分子量聚烯径的方法：HDPE(高密度聚乙烯)84份、POE(乙烯和丁烯的高聚物)POE 9份、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)9份、MMA(甲基丙烯酸甲酯)6份，然后将原料混合搅拌均匀后通过单螺杆挤出机熔融造粒，得到超高分子量聚烯烃材料，料筒温度分别为190℃，205℃，215℃，220℃，220℃，口模温度为：215
制备粘接料方法：采用高密度聚乙烯管材专用树脂HMCRP100N 80份，聚乙烯共聚物胶粘剂GS101 15份，直接混合搅拌均匀就可得到高强度的粘接原料。
UPE-T双壁增强缠绕管制备方法为：内壁和外壁材料采用UPE-T材料，分别由一台挤出机将物料熔融挤出成型成板带，以带状形式连续挤出，经过定径套真空冷却定型，再缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：170℃，180℃，195℃，200℃，200℃。另外一台挤出机将粘接料熔融(树脂HMCRP100N和聚乙烯共聚物胶粘剂GS101混合)挤出，用于粘接成型板带并包覆管材外壁底部，挤出机各段温度为：180℃，190℃，200℃，210℃，210℃。
表2：实施例2制备的UPE-T双壁增强缠绕管的物理力学性能
Figure BDA0003335381610000052
Figure BDA0003335381610000061
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.UPE-T材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
包括超高分子量聚烯烃UPE，改性PET，活性滑粉25～40份；
然后将原料混合后通过双螺杆挤出机熔融造粒，得到UPE-T材料复合材料，料筒温度分别为：190℃，205℃，215℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃。
2.根据权利要求1所述的UPE-T材料的制备方法，其特征在于，
原料按照质量份数配比：
超高分子量聚烯烃UPE 60～75份；
改性PET 8～12份；
改性活性滑石粉25～40份。
3.根据权利要求1所述的UPE-T材料的制备方法，其特征在于，所述的超高分子量聚烯径UPE的制备方法：HDPE 75～85份、POE 10～15份、EVA 5～10份、MMA 5～10份；
然后将原料混合搅拌均匀后通过单螺杆挤出机熔融造粒，得到超高分子量聚烯烃材料，料筒温度分别为190℃，205℃，215℃，220℃，220℃，口模温度为：215℃。
4.根据权利要求1所述的UPE-T材料的制备方法，其特征在于，所述的改性PET通过以下方法制备：按以下重量份配料PE 100份，苯乙烯3～5份，甲基丙烯酸缩水甘油脂3～6份，过氧化二异丙苯0.1～0.5份；
按照配比称料，混合后采用双螺杆挤出机熔融造粒，得到改性PET；料筒溫度分别为190℃，195℃，200℃，210℃，210℃，口模温度为：215℃。
5.根据权利要求1所述的UPE-T材料的制备方法，其特征在于，所述的改性滑石粉的制备方法为：按以下重量份配置原料：滑石粉100份，硅烷偶联剂1～3份，铝酸酯偶联剂1～1.5份；
先将称量好的滑石粉在烘箱中100℃下干燥3h，加入高速混合机中，再加入按比例称量好的铝酸酯偶联剂，高速混合5～10分钟，然后加入硅烷偶联剂，高速混合搅拌均匀10分钟。
6.UPE-T材料，其特征在于，根据权利要求1到5任一项所述的制备方法所得。
7.根据权利要求6所述的UPE-T材料的应用，其特征在于，用于制备UPE-T双壁增强缠绕管。
8.UPE-T双壁增强缠绕管，其特征在于，由内壁层和外壁层贴合后缠绕构成，其中内壁层和内壁层均采用权利要求6所述的UPE-T材料作为板带基材，板带成型后粘接处和外壁层底部包覆处的粘接料用高强度管材专用树脂HMCRP和聚乙烯共聚物胶粘剂GS101两种材料混合。
9.根据权利要求1所述的UPE-T双壁增强缠绕管的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
内壁层和外壁层材料采用UPE-T材料，由一台挤出机将物料熔融挤出成型成板带，以带状形式连续挤出，经过定径套真空冷却定型，再缠绕成型为管材，挤出机各段温度为：170℃，180℃，195℃，200℃，200℃。口模温度为：215℃；
另外一台挤出机粘接料熔融挤出，用于粘接成型板带并包覆管材外壁底部，挤出机各段温度为：180℃，190℃，200℃，210℃，210℃；口模温度为：215℃。
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