CN114015100B - Hdpe—fh高密度聚乙烯复合增强结构克拉管及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管及生产方法，涉及管材生产技术领域，先将高分子微球分散于阳离子表面活性剂中，50‑70℃超声处理5‑12min；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在800‑1500r/min转速下分散10‑50min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍，依序加入二硫化钼、基体材料和纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。本发明通过在管体上增加一涂层，能够有效提高其耐磨性能和抗弯强度，能够使得克拉管适应地下的复杂环境。

Description

HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管及生产方法
技术领域
本发明涉及管材生产技术领域，具体讲是一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管及生产方法。
背景技术
克拉管，即热态缠绕成型高密度聚乙烯(HDPE)缠绕结构壁管。该壁管是以高密度聚乙烯树脂为主要原材料，采用热态缠绕杨型工艺，以聚丙烯(PP)单壁波纹管为支撑结构制成具有较高抗外压能力的特殊结构壁管材。克拉管产品可分为PR、OP、SQ、VW三种系列。HDPE是国内外都已经普遍使用的埋地雨、污排水管，具有使用年限长、质量稳定可靠、连接方便、密闭性好等优势。
现有克拉管的耐磨性等防护性能不好，在管道施工过程中，由于管材的移动及与地面的接触，以至于管材表面在装卸、施工过程中经常受到破坏及损伤。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种克拉管及其生产方法。
本发明的技术解决方案如下：
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下重量份数的原料：60-85份基体材料、10-15份硬脂酸、13-21份蒙脱土、3-19份纳米级二氧化硅、1-8份微米级高分子微球、4-11份纤维、、1-9份聚四氟乙烯蜡乳液。
优选地，还包括1-9份二硫化钼。
优选地，还包括表面活性剂。
优选地，所述的高分子微球包括聚丙烯酸微球、聚甲基丙烯酸微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸羟乙酯微球、聚甲基丙烯酸羟丙酯微球、聚苯乙烯微球或聚氯苯乙烯微球的一种或多种。
优选地，所述纤维包括碳纤维或玻璃纤维。
优选地，所述二硫化钼的平均粒径为5-12μm。
本发明还公开了一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管的生产方法，包括以下步骤：先将高分子微球分散；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在800-1500r/min转速下分散10-50min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍，依序加入二硫化钼、基体材料和纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
优选地，所述纳米级二氧化硅经改性，所述改性方法为将纳米级二氧化硅放入阴离子表面活性剂中超声浸渍10-40min。
优选地，所述阴离子表面活性剂包括阴离子聚丙烯酰胺或脂肪酸盐。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种克拉管，通过在管体上增加一涂层，能够有效提高其耐磨性能和抗弯强度，再通过加入的二硫化钼可以进一步提高其耐磨性能，因此，能够使得克拉管适应地下的复杂环境。
(2)本发明的一种克拉管的生产方法，通过先将纳米二氧化硅附着在微米级高分子微球表面，形成树莓结构，然后将其混入纤维状与层间片状形成的网络结构中，能够在进入接缝处，进一步加强其稳定性，能够终止微裂纹的生长，提高克拉管的强度，减少在使用中出现的断裂情况。
(3)本发明的一种克拉管的生产方法，通过对二氧化硅表面进行改性，使其与高分子微球表面更易附着，结构更加稳定。而且该树莓粒子还具有疏水性能，能够阻止水分在管体表面的残留，也就减少了微生物在其表面的生长，从而一定程度上避免了由于微生物附着而影响其强度的问题。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，管体的制备方法如下：按重量份数包括如下组分：聚丙烯：83份、HDPE树脂：67份、白炭黑：3份、丁腈橡胶：10份，将上述原料在高速混合机200r/min的转速下混合15min，得到混合物，将混合物加入造粒机中，得到颗粒；将所述颗粒加入挤塑机中，得到成型后的管材，即为管体。管体也可以是直接采用购买的HDPE缠绕管，并不局限于此。
实施例1
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：60份聚氨酯树脂、15份硬脂酸、13份蒙脱土、3份纳米级二氧化硅、1份微米级高分子微球、4份玻璃纤维、2份二硫化钼，3份苄基氯季胺，7份聚四氟乙烯蜡乳液。
其生产方法具体为，先将高分子微球分散于苄基氯季胺中，50℃超声处理8min；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在800r/min转速下分散20min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍10min，依序加入二硫化钼、基体材料和纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
实施例2
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：75份聚氨酯树脂、12份硬脂酸、15份蒙脱土、15份纳米级二氧化硅、6份微米级高分子微球、8份玻璃纤维、4份二硫化钼，2份苄基氯季胺，7份聚四氟乙烯蜡乳液。
其生产方法具体为，先将高分子微球分散于苄基氯季胺中，60℃超声处理12min；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在900r/min转速下分散30min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍12min，依序加入二硫化钼、聚氨酯树脂和玻璃纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
实施例3
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：85份聚氨酯树脂、15份硬脂酸、21份蒙脱土、19份纳米级二氧化硅、8份微米级高分子微球、11份玻璃纤维、9份二硫化钼，5份苄基氯季胺，9份聚四氟乙烯蜡乳液。
其生产方法具体为，先将高分子微球分散于阳离子表面活性剂中，70℃超声处理12min；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在1500r/min转速下分散50min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍，依序加入二硫化钼、基体材料和纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
实施例4
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：85份基体材料、15份硬脂酸、19份蒙脱土、18份纳米级二氧化硅、6份微米级高分子微球、4份碳纤维、8份二硫化钼，3份二乙醇胺，9份聚四氟乙烯蜡乳液。
其生产方法具体为，先将高分子微球分散于二乙醇胺中，60℃超声处理5min；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在1300r/min转速下分散40min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍10min，依序加入二硫化钼、基体材料和纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
实施例5
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：75份聚氨酯树脂、11份硬脂酸、16份蒙脱土、17份纳米级二氧化硅、3份微米级高分子微球、6份玻璃纤维、4份二硫化钼，4份苄基氯季胺，8份聚四氟乙烯蜡乳液。
其生产方法具体为，先将高分子微球分散于苄基氯季胺中，70℃超声处理12min；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在1500r/min转速下分散20min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍9min，依序加入二硫化钼、聚氨酯树脂和玻璃纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
所述纳米级二氧化硅在使用之前对其进行改进，将其放入聚丙烯酰胺中超声浸渍10-40min。
对比例1(无二硫化钼和蒙脱土)
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：60份聚氨酯树脂、12份纳米级二氧化硅、5份微米级高分子微球、8份玻璃纤维，3份苄基氯季胺，6份聚四氟乙烯蜡乳液，4份苄基氯季胺。
其生产方法具体为，先将高分子微球分散于苄基氯季胺中，50℃超声处理5min；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在800r/min转速下分散20min，得含树莓粒子乳液；依序加入聚氨酯树脂和玻璃纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
对比例2(无阴离子表面活性剂)
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：75份聚氨酯树脂、15份硬脂酸、21份蒙脱土、12份纳米级二氧化硅、4份微米级高分子微球、7份玻璃纤维、3份二硫化钼，8份聚四氟乙烯蜡乳液。
其生产方法具体为，先将高分子微球加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在1200r/min转速下分散30min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍13min，依序加入二硫化钼、聚氨酯树脂和玻璃纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
对比例3(无纳米级二氧化硅和微米级高分子微球、聚四氟乙烯蜡乳液)
一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，所述涂层包括以下原料：85份基体材料、15份硬脂酸、21份蒙脱土、5份玻璃纤维、8份二硫化钼。
其生产方法具体为，将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍10min，依序加入二硫化钼、聚氨酯树脂和玻璃纤维，得混合料，将混合料涂覆在管体表面，固化，制得克拉管。
对上述实施例和对比例进行性能测试，测试值见表1。
附着力：在样本表面每隔1mm相互垂直刻线，刻线划成格栅方块，划线时保证一次刻线，观察此区域内的覆盖层是否从基体上剥落，并计算脱落率。
弯曲强度：参考GB/T 6569-86。
磨损率：将试样悬固于自制的罐式浆体冲蚀磨损试验机上，进行泥浆型冲蚀磨损试样，冲蚀角度30°，冲蚀时间2h，计算磨损率。
接触角测试方法：将待测试样固定在测量平台上，将2pL纯水滴于试样表面，待水珠静止后,用KRUSSDSA100接触角测试仪进行测量。
表1实施例和对比例性能测试值
Figure GDA0003909413390000071
Figure GDA0003909413390000081
从上表可以看出，实施例试样的性能优于对比例，主要的原因可能如下，通过对比例1的分析可知，实施例中通过加入二硫化钼和蒙脱土，由于加入的二硫化钼和蒙脱土均为层间片状结构，在平行于层的平面方向，具有非常低的剪切强度，而在垂直于层的方向的强度和硬度极高，能够起到自润滑的耐磨性能，而蒙脱土层间结构遇水会膨胀，有机酸能够进入层间与其表面的羟基进行反应，从而形成接枝上有机基团，更容易地与树脂基体材料进行分散混合。从而大大提高其耐磨性能和韧性；通过对比例2的分析可知，实施例中加入阳离子表面活性剂，使得高分子微球表面带上正电荷，更易附着在采用阴离子表面活性剂处理后的二氧化硅表面，形成树莓状粒子，再结合乳液成膜的特性，附着力大大加强，树莓粒子结构更加规整和完整，从而各方面性能更加优异，因此，影响其性能；通过对比例3的分析可知，实施例中加入的树莓粒子，然后将其混入纤维状与层间片状形成的网络结构中，能够在进入接缝处，进一步加强其稳定性，能够终止微裂纹的生长，提高克拉管的强度，减少在使用中出现的断裂情况，强度大大提高，而且该树莓粒子还具有疏水性能，能够阻止水分在管体表面的残留，也就减少了微生物在其表面的生长，从而减少了由于微生物附着而影响其强度，另外由于树莓粒子的特殊性质，增大了与管体表面的接触面，一定程度上提高了其涂覆管体表面的附着力。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，包括管体和其上的涂层，其特征在于，所述涂层包括以下重量份数的原料：60-85份基体材料、10-15份硬脂酸、13-21份蒙脱土、3-19份纳米级二氧化硅、1-8份微米级高分子微球、4-11份纤维、1-9份聚四氟乙烯蜡乳液；还包括1-9份二硫化钼；还包括1-5份表面活性剂；
克拉管的生产方法包括以下步骤：先将高分子微球分散于阳离子表面活性剂中；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在800-1500r/min转速下分散10-50min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍，依序加入二硫化钼、基体材料和纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管；
所述纳米级二氧化硅经改性，所述改性方法为将纳米级二氧化硅放入阴离子表面活性剂中超声浸渍10-40min。
2.根据权利要求1所述的一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，其特征在于，所述的高分子微球包括聚丙烯酸微球、聚甲基丙烯酸微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚甲基丙烯酸羟乙酯微球、聚甲基丙烯酸羟丙酯微球、聚苯乙烯微球或聚氯苯乙烯微球的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管，其特征在于，所述纤维包括碳纤维或玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管的生产方法，其特征在于，所述二硫化钼的平均粒径为5-12μm。
5.一种如权利要求1所述的HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：先将高分子微球分散于阳离子表面活性剂中；继续加入纳米二氧化硅和聚四氟乙烯蜡乳液，在800-1500r/min转速下分散10-50min，得含树莓粒子乳液；将蒙脱土放入硬脂酸溶液中浸渍，依序加入二硫化钼、基体材料和纤维，得混合料，将混合料和含树莓粒子乳液混合均匀，涂覆在管体表面，固化，制得克拉管；所述纳米级二氧化硅经改性，所述改性方法为将纳米级二氧化硅放入阴离子表面活性剂中超声浸渍10-40min。
6.根据权利要求5所述的一种HDPE—FH高密度聚乙烯复合增强结构克拉管的生产方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括阴离子聚丙烯酰胺或脂肪酸盐。
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