CN114133652A - 一种多功能hdpe多层复合波纹管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于塑料管材及其制备方法技术领域，具体涉及一种多功能HDPE多层复合波纹管及其制备方法。本发明采用三层共挤的方法制备得到的多功能HDPE多层复合波纹管能同时具有优异的抗紫外线功能和抗冲功能；同时制备方法操作简单，使用3层共挤的方式在波纹管外层表面再挤出一层功能层，功能材料仅需在占外层厚度10％～25％的功能层中添加，大大降低了生产成本，适用于大规模生产。

Description

一种多功能HDPE多层复合波纹管及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料管材及其制备方法技术领域。更具体地，涉及一种多功能HDPE多层复合波纹管及其制备方法。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)波纹管、水泥管、铸铁管、缠绕管等管材是目前市场上市政产品比较受欢迎的。这些市政类管材在仓存、运输和安装等环节的环境一般都比较恶劣。HDPE管材的耐候性虽然很好，但在搬运过程中无法避免强力撞击，其可能会导致管材表面损伤。同时长期在阳光暴晒下会使产品性能快速降低，而市政管道在仓储和安装过程中，大多数都处于露天状态，在强烈紫外线照射下，极易出现外观颜色变差和性能降低的情况。
为了解决此问题，现有技术将抗紫外线等功能材料添加到管材中，虽然其具有一定的抗紫外线作用，但是制备方法一般采用双层共挤的工艺，管材分为内层和外层，外层总厚度为1.5～5.0mm，占管材总厚度的60％～65％，抗紫外线剂一般要添加在整个外层中，成本非常高。如中国专利申请公开了一种具有抗紫外线功能的夏季双壁波纹管，虽然其具有一定的抗紫外线功能，但其采用的制备方法是双层共挤，需将抗紫外线剂添加在整个外层中，成本极高。当要实现其它功能或效果时，同样地，也需要将功能添加剂添加在整个外层中，成本也极高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有HDPE波纹管制备方法成本高的缺陷和不足，提供一种成本低、同时具备多种功能的多功能HDPE多层复合波纹管的制备方法。
本发明的目的是提供一种多功能HDPE多层复合波纹管。
本发明的上述目通过以下技术方案实现：
一种多功能HDPE多层复合波纹管的制备方法，包括如下步骤：
S1.将功能层原料混合均匀后制成功能层颗粒、将外层原料混合均匀后制成外层颗粒、将内层原料混合均匀后制成内层颗粒；
S2.将步骤S1所得功能层颗粒、外层颗粒以及内层颗粒经3层共挤得初产品、成型；
在步骤S2中，所述3层共挤中的3层分别对应HDPE多层复合波纹管的功能层、外层和内层，其中，功能层的厚度为外层厚度的10％～25％；
所述功能层原料包括以下按重量份数计算的组分：
线性低密度聚乙烯 87.5～100份；
功能材料 1～15份。
本发明创造性的在制备波纹管的过程中增加一台挤出机达到三层共挤，各层材料先混合成均匀的颗粒，再通过挤出机挤出塑化得熔融材料后，熔融材料通过模头内不同流道，进入相应的通道中，通过不同螺旋体均匀的从平直段共挤出。功能层流道最靠外层口模，均匀的附着在外层表面，起到各种不同的作用。
增加一台挤出机可以在外层的表面直接共挤一层功能层，成本较高的功能材料只需在功能层添加，不需要在整个外层中全部添加，且功能层的厚度占外层壁厚的10％～25％最佳，过薄功能层的功能效果不理想，过厚成本增加而且对产品的整体刚性有较大影响，所以能大大减少功能材料的添加量从而降低成本。
一般一条波纹管的重量为300kg(含内层和外层)，外层占整个波纹管厚度的65％(厚度与重量成正比)，即外层重量为300×65％＝195kg，内层重量为105kg，内外层材料的价格均为10000元/吨，功能助剂的价格为30元/kg(3万/吨)。若当功能材料(增韧，抗冲击，抗紫外，耐老化，鲜艳颜色，荧光，阻燃等功能)需添加10％时，按现有方法在整个外层全部添加，在外层材料添加10％的功能材料后，得到的新外层材料成本高达12000元/吨(外层材料价格×90％+功能层材料价格×10％)，整个波纹管的材料成本为11300元/吨(新外层材料价格×65％+内层材料价格×35％)。但是按照本发明的多层共挤方法制备，功能材料仅需在功能层添加，而功能层的厚度仅占外层厚度的10％～25％，所以只有10％～25％的材料需要添加功能材料，按功能层占外层厚度的17％计算，则整个波纹管的成本为10330元/吨(功能层材料价格×65％×17％×10％+外层材料价格×65％+外层材料价格×35％)，达到相同的性能目标，投入成本减少970元/吨。成本降低了8.6％。
优选地，所述功能层原料还包括着色母粒，重量份数为0～6份。
优选地，所述功能层的挤出机加工温度为170～230℃，所述外层的挤出机加工温度为180～220℃，所述内层的挤出机加工温度为170～210℃。
优选地，所述功能材料为抗紫外线剂、抗冲剂、防火材料、防烟材料或荧光材料中的一种或几种。
本发明HDPE多层复合波纹管的制备方法可以根据管材性能的要求添加一种或多种功能材料，可以使波纹管同时具有多种性能，如同时具有抗紫外线、抗冲、阻燃功能也可同时具有抗紫外线、发光、防火功能。
优选地，在步骤S1中，所述功能层颗粒、外层颗粒、内层颗粒的粒径为2～3mm。
优选地，在步骤S2中，所述成型的过程为将初产品经过冷却定型、喷码、切割即得。
优选地，所述冷却定型的过程为：将初产品放置在有水流的模块上，水温为35～45℃，在真空条件下，用外部的冷风机给模块降温，增加降温速度，再将经模块降温的初产品送入水温为10～15℃喷淋水箱内冷却。
优选地，所述喷码为激光喷码。
优选地，所述切割为由定位轮尺定位后，准确切割成6～8米长的HDPE多层复合波纹管。
优选地，所述外层原料包括以下按重量份数计算的组分：
Figure BDA0003395418380000031
优选地，所述内层原料包括以下按重量份数计算的组分：
Figure BDA0003395418380000032
优选地，所述助剂包括消泡剂、着色母粒、碳酸钙填充材料。
具体地，本发明采用的着色母粒为着色黑色母粒。
本发明进一步保护一种多功能HDPE多层复合波纹管，包括内层和外层，在外层表面还包括功能层，所述功能层由共挤得到。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用三层共挤的方法制备得到的多功能HDPE多层复合波纹管能同时具有优异的抗紫外线和抗冲功能；同时制备工艺操作简单，使用3层共挤的方式在波纹管外层表面再挤出一层功能层，功能材料仅需在占外层厚度10％～25％的功能层中添加，大大降低了生产成本，适用于大规模生产。
附图说明
图1本申请实施例中制备多功能HDPE多层复合波纹管制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
线性低密度聚乙烯(LLDPE)7042，购自茂名石化。
高密度聚乙烯，购自中科炼化有限公司(中石化)。
聚乙烯，购自中科炼化有限公司(中石化)。
抗冲剂为POE(Polyolyaltha Olfin，聚乙烯辛烯共弹性体)LG-170，购自韩国LG公司。
抗紫外线剂为巴斯夫抗紫外线剂(含一定量巴斯夫的1010抗氧剂)的复合材料JW-03-HH1020，购自巴斯夫(中国)有限公司。
加纤材料为HDPE306F NC，购自泰塑股份有限公司。
增刚材料为3MgO·4SiO2·H2O和GW926材料，购自江门高威材料有限公司。
着色黑色母粒为卡博特PE6309颗粒，购自广东东莞卡博特色母有限公司。
实施例1抗紫外线、抗冲HDPE多层复合波纹管的制备
S1.将功能层原料(按重量份计算，100份线性低密度聚乙烯、10份巴斯夫抗紫外线剂、3份着色黑色母粒、5份POE材料)、内层原料(按重量份计算，100份高密度聚乙烯、1份偶联剂、50份3MgO·4SiO2·H2O增刚材料、20份碳酸钙填充材料、4份着色黑色母粒、4份消泡剂)和外层原料(按重量份计算，100份聚乙烯、50份增刚材料GW926、40份加纤材料HDPE306FNC、4份着色黑色母粒、3份消泡剂)分别先用卧式混料机混匀，制备成直径为2～3mm颗粒备用。
S2.将步骤S1所得内层、外层、功能层颗粒分别加入到3台挤出机中，在外层的挤出机加工温度为180℃，内层的挤出机加工温度为170℃，功能层的挤出机加工温度为170℃的条件下，经3层复合模头共挤出得初产品；
S3.成型：将初产品经过冷却定型、喷码、切割即得，具体方法为：
将初产品放置在有水流的模块上，水温为35℃，在真空条件下，用外部的冷风机给模块降温，增加降温速度，再将经模块降温的初产品送入水温为10～15℃喷淋水箱内冷却后用激光喷码进行喷码，再由定位轮尺定位后，准确切割成6～8米长的HDPE多层复合波纹管，具体制备方法的工艺流程图如图1所示。
实施例2抗紫外线多层复合波纹管的制备
S1.将功能层原料(组分如表1所示)，内层原料(按重量份计算，高密度聚乙烯100份、1份偶联剂、3MgO·4SiO2·H2O增刚材料70份、着色黑色母粒3份、消泡剂4份)和外层原料(按重量份计算，聚乙烯100份、增刚材料(GW926)40份、加纤材料30份、着色黑色母粒3份、消泡剂4份)分别先用卧式混料机混匀，制备成直径为2～3mm颗粒备用。
S2.将步骤S1所得内层、外层、功能层颗粒分别加入到3台挤出机中，在外层的挤出机加工温度为200℃，内层的挤出机加工温度为210℃，功能层的挤出机加工温度为210℃条件下，经3层复合模头共挤出得初产品；
S3.成型：将初产品经过冷却定型、喷码、切割即得，具体步骤与实施例1一致。
表1：抗紫外线多层复合波纹管制备过程中功能层原料的组分(按重量份计算)
Figure BDA0003395418380000051
实施例3抗冲击多层复合波纹管的制备
S1.将功能层原料(组分如表2所示)，内层原料(按重量份计算，高密度聚乙烯100份、2份偶联剂、3MgO·4SiO2·H2O增刚材料60份、着色黑色母粒6份、消泡剂3份)和外层原料(按重量份计算，聚乙烯100份、增刚材料(GW926)20份、加纤材料40份、着色黑色母粒3份、消泡剂5份)分别先用卧式混料机混匀，制备成直径为2～3mm颗粒备用。
S2.将步骤S1所得内层、外层、功能层颗粒分别加入到3台挤出机中，在外层的挤出机加工温度为220℃，内层的挤出机加工温度为200℃，功能层的挤出机加工温度为190℃条件下，经3层复合模头共挤出得初产品；
S3.成型：将初产品经过冷却定型、喷码、切割即得，具体步骤与实施例1一致。
表2：抗冲击多层复合波纹管制备过程中功能层原料的组分(按重量份计算)
组别 LLDPE POE170 着色黑色母粒
5 100 2 2
6 100 4 5
7 96 6 6
对比例1普通增刚型双层HDPE波纹管的制备
S1.内层原料(按重量份计算，100份高密度聚乙烯、50份3MgO·4SiO2·H2O增刚材料、20份碳酸钙填充材料、1份偶联剂、4份着色黑色母粒、4份消泡剂)和外层原料(按重量份计算，100份聚乙烯、50份增刚材料GW926、40份加纤材料HDPE306F NC、3份着色黑色母粒、4份消泡剂)分别先用卧式混料机混匀，制备成直径为2～3mm颗粒。
S2.将步骤S1所得内层、外层颗粒分别加入到2台挤出机中，在外层的挤出机加工温度为180℃，内层的挤出机加工温度为170℃的条件下，经2层复合模头共挤出得初产品；
S3.成型：将初产品经过冷却定型、喷码、切割即得，具体步骤与实施例1一致。
实验例1
将对比例1、实施例1和实施例3不同组别所得的抗紫外线、抗冲HDPE多层复合波纹管置于太阳底下分别暴晒30天、60天、120天、180天，观察波纹管形貌，结果如表3所示：
表3：不同组别抗紫外线、抗冲HDPE多层复合波纹管不同暴晒时间的形貌
Figure BDA0003395418380000071
从表3可以看出：实施例1所得波纹管暴晒180天时，波纹管形貌均无明显变化；实施例2(第1～4组)的波纹管暴晒时间为60天时，形貌均无明显变化，没有明显的发白现象；暴晒时间为120天时，实施例2的第1组，开始出现发白的现象，第2～4组形貌均均无明显变化，没有明显的发白现象；暴晒时间达到180天时，实施例2第3组与第4组所得的波纹管依旧无明显变化，而对比例1所得波纹管暴晒30后就出现发白现象，受紫外线影响大。本申请实施例所得波纹管的变色时间比对比例1所得波纹管的变色时间延长75％以上，证明本发明所得的波纹管具有良好的抗紫外线功能。
实验例2
将对比例1、实施例1、实施例2和实施例3不同组别所得的抗紫外线、抗冲HDPE多层复合波纹管置于太阳底下分别暴晒60天、120天、180天，测试其拉伸强度与抗冲击性能，结果如表4所示：
表4：不同组别抗紫外线、抗冲HDPE多层复合波纹管不同暴晒时间的拉伸强度与抗冲击性能
Figure BDA0003395418380000081
Figure BDA0003395418380000091
由表4所示：对比例1所得波纹管的抗冲击性能暴晒60天时为25.2kJ/m2，暴晒180天时仅为19.0kJ/m2，而实施例1所得波纹管的抗冲性能即使暴晒180天时也高达49.5kJ/m2，实施例3第7组所得波纹管即使暴晒180天时也高达49.6kJ/m2，比对比例1所得波纹管高61.7％，抗冲击性能明显优于对比例1所得波纹管。
对比例1所得波纹管暴晒60天到120天，拉伸强度变化4.17％(拉伸强度变化按照如下公式计算：((暴晒120天拉伸强度-暴晒60天拉伸强度)/暴晒60天拉伸强度)×100％，如下伸长率变化以同样方式计算)，而实施例1所得波纹管的抗拉伸强度变化仅为0.89％，实施例2第2组、第3组、第4组的拉伸强度分别变化了1.95％、1.49％、1.0％。
对比例1所得波纹管暴晒60天到120天，伸长率变化15.00％，而实施例1所得波纹管伸长率仅变化0.82％，实施例2第2组，第3组，第4组分别变化了4.55％、4.85％、4.30％，材料性能的变化幅度越小，说明材料性能越稳定，可见，本发明实施例所得波纹管比对比例中所得波纹管更加稳定、不易变形。
由表3和表4可以看出本发明实施例所得波纹管在暴晒180天均可保持原有形貌，没有出现局部发白的现象，具有优异的抗紫外线功能；抗冲击性能即使暴晒180天时也高达49.6，具有优异的抗冲性能；拉伸强度暴晒60～120天最高仅变化1.95％，伸长率最高仅变化4.85％，具有优异的稳定性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能HDPE多层复合波纹管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将功能层原料混合均匀后制成功能层颗粒、将外层原料混合均匀后制成外层颗粒、将内层原料混合均匀后制成内层颗粒；
S2.将步骤S1所得功能层颗粒、外层颗粒以及内层颗粒经3层共挤得初产品、成型；
在步骤S2中，所述3层共挤中的3层分别对应HDPE多层复合波纹管的功能层、外层和内层，其中，功能层的厚度为外层厚度的10％～25％；
所述功能层原料包括以下按重量份数计算的组分：
线性低密度聚乙烯 87.5～100份；
功能材料 1～15份。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述功能层原料还包括着色母粒，重量份数为0～6份。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述功能层的挤出机加工温度为170～230℃，所述外层的挤出机加工温度为180～220℃，所述内层的挤出机加工温度为170～210℃。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述功能材料为抗紫外线剂、抗冲剂、防火材料、防烟材料或荧光材料中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述颗粒的粒径为2～3mm。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述成型的过程为将初产品经过冷却定型、喷码、切割即得。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述外层原料包括以下按重量份数计算的组分：
Figure FDA0003395418370000011
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述内层原料包括按以下重量份数计算的组分：
Figure FDA0003395418370000021
9.根据权利要求7或8所述制备方法，其特征在于，所述助剂包括消泡剂、着色母粒、碳酸钙填充材料。
10.由权利要求1～8任一所述制备方法制备得到的多功能HDPE多层复合波纹管，包括内层和外层，其特征在于，在外层表面还包括功能层，所述功能层由共挤得到。
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