CN114440011A - 一种pb复合管及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PB复合管及其制备方法与应用，属于管材技术领域。所述PB复合管从外至内依次包括防腐外层、保温层和工作内层，所述工作内层由聚丁烯材料制成，所述保温层由聚乙烯发泡塑料制成，所述防腐外层由高密度聚乙烯材料制成。所述PB复合管不仅具有优异的抗压强度、耐候性和耐应力开裂能力，使用寿命较长，保温性好，还具有良好的柔韧性，可通过热熔方式进行连接安装，容易施工操作，安装成本和维修成本明显降低，是理想的温泉输送管。

Description

一种PB复合管及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于管材技术领域，具体涉及一种PB复合管及其制备方法与应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高，温泉因能给人们带来轻松、健康和娱乐，越来越受到人们的青睐。温泉是含有多种对人体健康有益的微量元素的矿物质泉水，具有一定的矿化度，含有硅酸、硫、钙等矿物质，水温一般在30～100℃，对输送管道的抗高温高压能力有较高要求。

现有的温泉输送管一般为金属管道，容易腐蚀生锈，保温性差。而且，金属管道为硬管，搬运和安装过程比较麻烦，需焊接安装，而焊接过程容易破坏金属的防锈层。上述不良现象导致金属管道的使用寿命较短，维修成本较高，还容易将管道中的重金属成分析出至温泉，对人体造成伤害。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种PB复合管及其制备方法与应用。

为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：

一种PB复合管，其从外至内依次包括防腐外层、保温层和工作内层，所述工作内层由聚丁烯材料制成，所述保温层由聚乙烯发泡塑料制成，所述防腐外层由高密度聚乙烯材料制成；所述高密度聚乙烯材料包括如下重量份的组分：HDPE 90～100份、抗氧剂0.1～0.5份、紫外线吸收剂0.1～0.5份、分散剂0.1～0.5份、抗冲击剂3～8份、大蒜素4～8份、辣椒素1～10份和荧光剂0.05～0.2份。

优选地，所述高密度聚乙烯材料中，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168中的至少一种。

优选地，所述高密度聚乙烯材料中，所述紫外线吸收剂包括紫外线吸收剂770、紫外线吸收剂944中的至少一种。

本发明通过向所述防腐外层中加入大蒜素和辣椒素，这两种成分味辣且具有刺激性气味，可起到防止蛇虫鼠蚁咬噬的作用，而且这两种成分可分别从大蒜和辣椒中提取获得，原料来源广泛，具有环保和高性价比的优点。此外，大蒜素还可以有效抑制霉菌等微生物的生长。

而荧光剂的加入可使管材在光线不佳或黑暗的环境中亦能容易被发现受损部位，更利于管道的维护，提高管道的使用安全性。

优选地，所述高密度聚乙烯材料中，所述分散剂为PE蜡、硬脂酸钙中的至少一种。

优选地，所述高密度聚乙烯材料中，所述抗冲击剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)。

优选地，所述聚丁烯材料包括如下重量份的组分：PB 80～90份、玻璃纤维10～15份、硅烷偶联剂(例如KH-570)0.1～0.5份、抗氧剂0.1～0.5份、润滑剂(例如硬脂酸锌)0.1～0.5份和硅酮母粒1～5份。

优选地，所述聚乙烯发泡塑料包括如下重量份的组分：聚乙烯85～95份、发泡剂7～12份、碳酸氢钙7～12份、氧化石墨烯10～20份、改性添加剂5～10份和硅烷偶联剂(例如KH-570)3～8份。该配方制备的保温层具有优异的保温性能，导热系数较小。

优选地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。

优选地，所述改性添加剂由(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇磷酸酯、对二氯苯和二茂铁制成。

优选地，所述改性添加剂中，(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯与二茂铁的质量比为(2.5～3.5):(0.5～1.5):(0.4～0.6):(0.1～0.3)。

优选地，所述PB复合管中，防腐外层与保温层之间通过覆膜工艺粘接，保温层和工作内层之间通过胶黏剂粘接。

根据本发明配方制备的防腐外层具有优异的耐高温、耐低温和抗老化功能，其作为复合管的外壁，可对管材起到较好的保护作用，避免保温层暴露在空气中。根据本发明配方制备的保温层具有较好的保温效果，可减少管内输送流体的能量散失。根据本发明配方制备的工作内层具有耐高温、耐腐蚀和耐高压的特性，其作为复合管的内壁，不仅可对管材起到较好的保护作用，还使管材的内壁更光滑，减少输送流体与管道内壁的摩擦力。

所述防腐外层、保温层和工作内层的组合可使所述复合管不仅具有优异的抗压强度、耐候性和耐应力开裂能力，使用寿命较长，保温性好，还具有良好的柔韧性，可通过热熔方式进行连接安装，容易施工操作，安装成本和维修成本明显降低。

优选地，所述PB复合管中，防腐外层的壁厚为0.5～0.8mm，保温层的壁厚为8～10mm，工作内层的壁厚为2.8～3.1mm。该规格的复合管，综合性能更优。

本发明还提供了一种所述PB复合管的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照聚丁烯材料的配方将原料组分混合均匀，然后加入挤出机中，挤出形成初形内层管，挤出机的工作温度为140～170℃，真空冷却定径，得到内层管；

(2)在内层管的外表面均匀覆盖一层胶黏剂；

(3)按照聚乙烯发泡塑料的配方将原料组分混合均匀，熔融混炼后加入挤出机中，挤出形成圆筒状的保温层并覆盖在已涂胶黏剂的内层管的外表面上，挤出机的工作温度为160～195℃；

(4)按照高密度聚乙烯材料的配方将原料组分混合均匀，然后加入挤出机中，挤出形成圆筒状的防腐外层并覆盖在保温层的外表面上，挤出机的工作温度为170～195℃，冷却定型，制得所述PB复合管。

本发明还提供了所述PB复合管在温泉输送中的应用。

本发明还提供了一种温泉输送管，其包括采用所述PB复合管制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的PB复合管由防腐外层、保温层和工作内层复合而成，在这三个结构层的共同作用下，所述PB复合管不仅具有优异的抗压强度、耐候性和耐应力开裂能力，使用寿命较长，保温性好，还具有良好的柔韧性，可通过热熔方式进行连接安装，容易施工操作，安装成本和维修成本明显降低，是理想的温泉输送管。

附图说明

图1为本发明所述PB复合管的结构示意图。

图中，防腐外层A、保温层B、工作内层C。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，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。实施例和对比例中所使用的原料均可通过市售购买获得，且名称相同的原料均为同一种。

实施例1

实施例1提供了一种PB复合管，其为三层复合结构，从外至内依次为防腐外层A、保温层B和工作内层C，防腐外层的壁厚为0.5mm，保温层的壁厚为8mm，工作内层的壁厚为3.1mm，防腐外层与保温层之间通过覆膜工艺粘接，保温层和工作内层之间通过胶黏剂粘接。

具体地，防腐外层由高密度聚乙烯材料制成。高密度聚乙烯材料由如下重量份的组分组成：HDPE(HDPE 6100M)95份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.1份、紫外线吸收剂770 0.2份、紫外线吸收剂944 0.1份、PE蜡(分散剂)0.3份、MBS(抗冲击剂)5份、大蒜素6份、辣椒素5份和荧光剂0.1份。

具体地，保温层由聚乙烯发泡塑料制成。聚乙烯发泡塑料由如下重量份的组分组成：聚乙烯90份、偶氮二甲酰胺(发泡剂)9份、碳酸氢钙9份、氧化石墨烯15份、改性添加剂8份和KH-570硅烷偶联剂6份。改性添加剂由(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯和二茂铁在600rpm转速下搅拌混合30min制成，而且，(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯与二茂铁的质量比为3:1:0.5:0.2。

具体地，工作内层由聚丁烯材料制成。聚丁烯材料由如下重量份的组分组成：PB85份、玻璃纤维13份、KH-570硅烷偶联剂0.3份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、硬脂酸锌(润滑剂)0.2份和硅酮母粒2份。

实施例1的PB复合管的制备方法如下：

(1)按照聚丁烯材料的配方将原料组分混合均匀，然后加入挤出机中，挤出机内螺筒的五个区间温度控制在140℃～170℃，分别为：一区140℃、二区150℃、三区155℃、四区160℃、五区170℃，模具温度控制在170℃，原料经过螺杆的推进和加热热熔变为液态，再经已被控温的模具，形成初形内层管，再经真空冷却定径，得到内层管；

(2)内层管出真空箱后，表面由风机吹干，然后途径胶黏剂挤出机进行外部上胶，胶黏剂挤出机的内螺筒温度区间分为三区，分别为：一区200℃、二区210℃、三区220℃，后接模具处温度为220℃，内层管贯穿胶黏剂模具中心且被胶黏剂均匀覆盖在外圆，胶黏剂层的厚度要求为0.1mm～0.15mm；

(3)已涂胶黏剂的内层管在牵引机的牵引作用下途径牵引机，牵引机上下缸压力为0.02MPa；同时，按照聚乙烯发泡塑料的配方将原料组分混合均匀，熔融混炼后加入挤出机中，挤出机内螺筒的温度区间分为五区，分别为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区190℃、五区195℃，后接模具处温度为195℃，挤出形成圆筒状的保温层，已涂胶黏剂的内层管贯穿保温层模具中心且被保温层均匀覆盖在外圆；

(4)按照高密度聚乙烯材料的配方将原料组分混合均匀，然后加入挤出机中，挤出机内螺筒的温度区间分为三区，分别为：一区170℃、二区180℃、三区190℃，后接模具处温度为195℃，挤出形成圆筒状的防腐外层并覆盖在保温层的外表面上，然后途径吹风机冷却定型，制得所述PB复合管。

实施例2

实施例2提供了一种PB复合管，其为三层复合结构，从外至内依次为防腐外层A、保温层B和工作内层C，防腐外层的壁厚为0.8mm，保温层的壁厚为10mm，工作内层的壁厚为2.8mm，防腐外层与保温层之间通过覆膜工艺粘接，保温层和工作内层之间通过胶黏剂粘接，胶黏剂的厚度与实施例1相同。

具体地，防腐外层由高密度聚乙烯材料制成。高密度聚乙烯材料由如下重量份的组分组成：HDPE(HDPE 6100M)90份、抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份、紫外线吸收剂770 0.1份、紫外线吸收剂944 0.1份、分散剂0.2份、低温抗冲击剂3份、大蒜素4份、辣椒素10份和荧光剂0.2份。

具体地，保温层由聚乙烯发泡塑料制成。聚乙烯发泡塑料由如下重量份的组分组成：聚乙烯85份、偶氮二甲酰胺(发泡剂)7份、碳酸氢钙7份、氧化石墨烯10份、改性添加剂5份和硅烷偶联剂3份。改性添加剂由(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯和二茂铁在600rpm转速下搅拌混合30min制成，而且，(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯与二茂铁的质量比为2.5:0.5:0.4:0.1。

具体地，工作内层由聚丁烯材料制成。聚丁烯材料由如下重量份的组分组成：：PB80份、玻璃纤维10份、硅烷偶联剂0.1份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.1份、润滑剂0.1份和硅酮母粒3份。

实施例2的PB复合管的制备方法参考实施例1的制备方法。

实施例3

实施例3提供了一种PB复合管，其为三层复合结构，从外至内依次为防腐外层A、保温层B和工作内层C，防腐外层的壁厚为0.6mm，保温层的壁厚为8mm，工作内层的壁厚为3mm，防腐外层与保温层之间通过覆膜工艺粘接，保温层和工作内层之间通过胶黏剂粘接，胶黏剂的厚度与实施例1相同。

具体地，防腐外层由高密度聚乙烯材料制成。高密度聚乙烯材料由如下重量份的组分组成：HDPE(HDPE 6100M)100份、抗氧剂1010 0.3份、抗氧剂168 0.2份、紫外线吸收剂770 0.3份、紫外线吸收剂944 0.2份、分散剂0.5份、低温抗冲击剂8份、大蒜素8份、辣椒素1份和荧光剂0.2份。

具体地，保温层由聚乙烯发泡塑料制成。聚乙烯发泡塑料由如下重量份的组分组成：聚乙烯95份、偶氮二甲酰胺(发泡剂)12份、碳酸氢钙12份、氧化石墨烯20份、改性添加剂10份和硅烷偶联剂8份。改性添加剂由(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯和二茂铁在600rpm转速下搅拌混合30min制成，而且，(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯与二茂铁的质量比为3.5:1.5:0.6:0.3。

具体地，工作内层由聚丁烯材料制成。聚丁烯材料由如下重量份的组分组成：：PB90份、玻璃纤维15份、硅烷偶联剂0.5份、抗氧剂1010 0.3份、抗氧剂168 0.2份、润滑剂0.5份和硅酮母粒5份。

实施例3的PB复合管的制备方法参考实施例1的制备方法。

实施例4

实施例4提供了一种PB复合管，其与实施例1的区别仅在于防腐外层、保温层和工作内层的壁厚比例不同，但防腐外层、保温层和工作内层的总厚度相同。

实施例4中，防腐外层的壁厚为0.3mm，保温层的壁厚为9.3mm，工作内层的壁厚为2mm。

实施例5

实施例5提供了一种PB复合管，其与实施例1的区别仅在于防腐外层、保温层和工作内层的壁厚比例不同，但防腐外层、保温层和工作内层的总厚度相同。

实施例5中，防腐外层的壁厚为1mm，保温层的壁厚为5.6mm，工作内层的壁厚为5mm。

对比例1

对比例1提供了一种PB复合管，其为双层复合结构，从外至内依次为防腐外层和工作内层，且防腐外层与工作内层的壁厚比例为0.5:3.1，防腐外层与工作内层的总厚度为11.6mm，防腐外层和工作内层之间通过胶黏剂粘接，胶黏剂层的厚度与实施例1相同。对比例1的防腐外层由实施例1的高密度聚乙烯材料制成，对比例1的工作内层由实施例1的聚丁烯材料制成。

对比例2

对比例2提供了一种PB复合管，其为三层复合结构，从外至内依次为防腐外层、保温层和防腐内层，防腐外层的壁厚为0.5mm，保温层的壁厚为8mm，防腐内层的壁厚为3.1mm，防腐外层、保温层和防腐内层之间的粘接方式与实施例1相同。

具体地，防腐外层和防腐内层分别由实施例1的高密度聚乙烯材料制成，保温层由实施例1的聚乙烯发泡塑料制成。

对比例2的PB复合管的制备方法参考实施例1的制备方法。

对比例3

对比例3提供了一种PB复合管，其为三层复合结构，从外至内依次为工作外层、保温层和工作内层，工作外层的壁厚为0.5mm，保温层的壁厚为8mm，工作内层的壁厚为3.1mm，工作外层、保温层和工作内层之间的粘接方式与实施例1相同。

具体地，工作外层和工作内层分别由实施例1的聚丁烯材料制成，保温层由实施例1的聚乙烯发泡塑料制成。

对比例3的PB复合管的制备方法参考实施例1的制备方法。

性能测试：

对实施例1～5和对比例1～3制备的PB复合管进行性能测试。

测试项目如下：

1、保温性能：采用CD-DR3030型导热系数测定仪测试试样的导热系数，导热系数越小，保温效果越好。

2、静液压测试：GB/T 19473.2-2020冷热水用聚丁烯(PB)管道系统第2部分，测试条件：静液压强度6.0MPa、95℃、1000h，无破裂无渗漏即为合格。

3、拉伸强度：采用电子拉力机进行测定(加载速率为100mm/min)。

4、抗老化性能：按照GB/T 16422.3-2014进行测试，试验后，要求试样外观无黄变、无裂纹等老化现象。

测试结果如下表所示。

管材	导热系数,W/(m·K)	静液压测试	拉伸强度,MPa	抗老化测试
					实施例1	0.002	合格	28	无黄变、无裂纹
实施例2	0.002	合格	25	无黄变、无裂纹
					实施例3	0.002	合格	26	无黄变、无裂纹
实施例4	0.004	合格	22	无黄变、无裂纹
					实施例5	0.004	合格	21	无黄变、无裂纹
对比例1	0.230	不合格	15	无黄变、无裂纹
					对比例2	0.004	不合格	18	无黄变、无裂纹
对比例3	0.005	不合格	20	出现黄变、裂纹

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种PB复合管，其特征在于，从外至内依次包括防腐外层、保温层和工作内层，所述工作内层由聚丁烯材料制成，所述保温层由聚乙烯发泡塑料制成，所述防腐外层由高密度聚乙烯材料制成；所述高密度聚乙烯材料包括如下重量份的组分：HDPE 90～100份、抗氧剂0.1～0.5份、紫外线吸收剂0.1～0.5份、分散剂0.1～0.5份、抗冲击剂3～8份、大蒜素4～8份、辣椒素1～10份和荧光剂0.05～0.2份。

2.如权利要求1所述的PB复合管，其特征在于，所述聚丁烯材料包括如下重量份的组分：PB 80～90份、玻璃纤维10～15份、硅烷偶联剂0.1～0.5份、抗氧剂0.1～0.5份、润滑剂0.1～0.5份和硅酮母粒1～5份。

3.如权利要求1所述的PB复合管，其特征在于，所述聚乙烯发泡塑料包括如下重量份的组分：聚乙烯85～95份、发泡剂7～12份、碳酸氢钙7～12份、氧化石墨烯10～20份、改性添加剂5～10份和硅烷偶联剂3～8份。

4.如权利要求3所述的PB复合管，其特征在于，所述改性添加剂由(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯和二茂铁制成。

5.如权利要求4所述的PB复合管，其特征在于，所述改性添加剂中，(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺、聚乙二醇酸酯、对二氯苯与二茂铁的质量比为(2.5～3.5):(0.5～1.5):(0.4～0.6):(0.1～0.3)。

6.如权利要求1～5任一项所述的PB复合管，其特征在于，所述PB复合管中，防腐外层与保温层之间通过覆膜工艺粘接，保温层和工作内层之间通过胶黏剂粘接。

7.如权利要求1～5任一项所述的PB复合管，其特征在于，所述PB复合管中，防腐外层的壁厚为0.5～0.8mm，保温层的壁厚为8～10mm，工作内层的壁厚为2.8～3.1mm。

8.一种如权利要求1～7任一项所述的PB复合管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按照聚丁烯材料的配方将原料组分混合均匀，然后加入挤出机中，挤出形成初形内层管，挤出机的工作温度为140～170℃，真空冷却定径，得到内层管；

(2)在内层管的外表面均匀覆盖一层胶黏剂；

(3)按照聚乙烯发泡塑料的配方将原料组分混合均匀，熔融混炼后加入挤出机中，挤出形成圆筒状的保温层并覆盖在已涂胶黏剂的内层管的外表面上，挤出机的工作温度为160～195℃；

(4)按照高密度聚乙烯材料的配方将原料组分混合均匀，然后加入挤出机中，挤出形成圆筒状的防腐外层并覆盖在保温层的外表面上，挤出机的工作温度为170～195℃，冷却定型，制得所述PB复合管。

9.如权利要求1～7任一项所述的PB复合管在温泉输送中的应用。

10.一种温泉输送管，其特征在于，包括采用如权利要求1～7任一项所述的PB复合管制成。

Images