CN115027119A - 一种新型抗冲复合管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型抗冲复合管及其制备方法，该复合管从内到外依次是主体内层、增强层、过渡层和UHMWPE保护层，所述主体内层包括如下重量份的组分：聚丙烯为70‑90份，HDPE为10‑20份，增韧剂为5‑15份，UHMWPE为0‑5份，相容剂为0‑8份，交联剂为1‑5份，DCP为0.001‑0.02份。本发明在传统增韧的基础上，提出了添加HDPE、UHMWPE协效增强，同时还引入交联剂，相容剂，使主体材料形成网络结构，进一步提高基体材料的整体强度及力学稳定性，制备得到的复合管防冲击能力强，受到撞击时不产生碎片。
Description
技术领域
本发明属于复合管制备技术领域，具体涉及一种新型抗冲复合管及其制备方法。
背景技术
为切实解决安全生产、安全运输，安全防护的需求在不断扩大。传统的防护栏为钢制材料，一次性投入小，形式多样且灵活，但工艺粗糙，稳定性差，且发生事故时，还容易造成人员伤害，当前情况下已无法跟上国家关于安全标准化建设要求的步伐。因此，开发新型安全的复合材料防护栏产品势在必行。
聚丙烯作为五大通用塑料之一，具有较高的强度及力学稳定性，但其存在一定的脆性问题，限制了聚丙烯抗冲领域的应用。通过选用高抗冲聚丙烯以及添加增韧剂，提高其韧性，同时进行交联处理，可以一定程度上解决其抗冲问题。进一步的，通过复合化结构设计，以抗冲改性材料作为主体材料，同时复合增强纤维，以达到整体强度要求。
另外，传统抗冲产品容易造成二次损伤的主要原因是在其受到撞击时破坏，造成碎片飞溅，对周围的人员、设施造成损害。因此，保证抗冲产品在受到撞击时不产生碎片，也是产品开发的重点。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有极高的抗冲性能，因此将其复合在产品结构中，可以有效解决碎片飞溅的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种新型抗冲复合管及其制备方法。
为达到上述目的，提出以下技术方案：
一种新型抗冲复合管，从内到外依次是主体内层、增强层、过渡层和UHMWPE保护层，所述主体内层包括如下重量份的组分：聚丙烯为70-90份，HDPE（高密度聚乙烯）为10-20份，增韧剂为5-15份，UHMWPE为0-5份，相容剂为0-8份，交联剂为1-5份，DCP（过氧化二异丙苯）为0.001-0.02份；在传统增韧的基础上，提出了添加HDPE、UHMWPE协效增强，同时还引入交联剂，相容剂，使主体材料形成网络结构，进一步提高基体材料的整体强度及力学稳定性。
进一步地，增强层的原料组分为玻璃纤维、聚酯纤维、超高聚乙烯纤维、碳纤维中的一种。
进一步地，所述过渡层的原料组分为LDPE（低密度聚乙烯）、MDPE（中密度聚乙烯）、HDPE、UHMWPE中的一种或者几种混合物。
进一步地，UHMWPE保护层中的原料组分UHMWPE的分子量大于300万，引入超高分子量聚乙烯作为外部保护层，该材料由于其超高分子量，支链少，其链结构为球状聚集态，具有高抗冲，自润滑功能，一方面可以有效防止复合管在受到撞击时产生碎片飞溅，同时可以达到一定的表面自润滑防污效果。
进一步地，增韧剂为POE、EPDM、SBS、SEBS中的一种或者几种混合物，相容剂为MPP（改性聚丙烯），交联剂为八乙烯基-POSS。
一种新型抗冲复合管的制备方法，包括如下步骤：通过单螺杆挤出机挤出主体内层，定径冷却后，进行增强层的缠绕，每缠绕一层，需进行红外加热，缠绕完成后，再通过单螺杆挤出机模头进行过渡层包覆，然后表面经过等离子处理后进行UHMWPE保护层的包覆，由于超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有较高的自润滑性能，在缠绕纤维后，很难实现外层共挤，因此引入过渡层，同时在表面进行等离子体处理，在表面形成一定的粗糙度，便于UHMWPE包覆；此外，由于等离子体处理，表面还会形成一定量自由基，当熔融态UHMMPE包覆时，还可以与UHMWPE链段形成键合，进一步提高过渡层与超高分子量聚乙烯的结合力。
进一步地，增强层与主体内层之间通过粘结材料粘结，所述粘结材料为OBC（乙烯-1-辛烯嵌段共聚物）、LDPE、PP（聚丙烯）共混物接枝马来酸酐制得。
进一步地，UHMWPE保护层通过拉伸流变挤出机挤出，可以保证挤出的UHMWPE保护层与主体管道保持相同的挤出速度。
本发明的有益效果在于：
1）本发明制备得到的复合管防冲击能力强，受到撞击时不产生碎片；
2）本发明制备得到的复合管的稳定性好，强度高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、主体内层；2、增强层；3、过渡层；4、UHMWPE保护层。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步地说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
如图1所示，一种新型抗冲复合管，从内到外依次是主体内层1、增强层2、过渡层3和UHMWPE保护层4。
实施例1
主体内层1的原料组分为聚丙烯80份，HDPE为10份，POE为5份，相容剂4份，八乙烯基-POSS为1份，DCP为0.002份；
增强层2为玻璃纤维预制带，粘结材料采用OBC、LDPE、PP共混物接枝马来酸酐制得，添加比例为6%；
过渡层3的原料组分为HDPE和UHMWPE，HDPE与UHMWPE的质量比为5:5；
UHMWPE保护层4的原料组分为UHMWPE，UHMWPE的分子量为300万。
通过单螺杆挤出机挤出主体内层1的原料组分，主体内层1的外径为63mm，厚度为5.8mm，定径冷却后，进行增强层1的缠绕，每缠绕一层需进行红外加热，将预浸带内的粘结材料进行熔化，加热温度为220℃，共缠绕4层，缠绕完成后再通过单螺杆挤出机模头进行过渡层3的包覆，在挤出冷却后，进行等离子体处理，形成粗糙表面，最后进行UHMWPE保护层4的包覆，制备得到复合管，四层结构壁厚由内至外控制在3:1:1:0.8。
制备得到的复合管按照GB/T 14152—2001规定进行耐外冲击性能试验，截取10组管材样品，长度为（200±10）mm，选用锤头d90，16kg的落锤，从2m高处落下对管材进行冲击，测试测试结果为25个点都不破坏。
实施例2
主体内层1的原料组分为聚丙烯75份，HDPE为10份，POE为10份，相容剂4份，八乙烯基-POSS为1份，DCP为0.001份；
增强层2为玻璃纤维预制带，粘结材料采用OBC、LDPE、PP共混物接枝马来酸酐制得，添加比例为8%；
过渡层3的原料组分为HDPE和UHMWPE，HDPE与UHMWPE的质量比为6:4；
UHMWPE保护层4的原料组分为UHMWPE，UHMWPE的分子量为300万。
通过单螺杆挤出机挤出主体内层1的原料组分，主体内层1的外径为90mm，厚度为8.2mm，定径冷却后，进行增强层1的缠绕，每缠绕一层需进行红外加热，将预浸带内的粘结材料进行熔化，加热温度为200℃，共缠绕4层，缠绕完成后再通过单螺杆挤出机模头进行过渡层3的包覆，在挤出冷却后，进行等离子体处理，形成粗糙表面，最后进行UHMWPE保护层4的包覆，制备得到复合管。四层结构壁厚由内至外控制在4:2:2:1.2。
制备得到的复合管按照GB/T 14152—2001规定进行耐外冲击性能试验，截取10组管材样品，长度为（200±10）mm，选用锤头d90，16kg的落锤，从2m高处落下对管材进行冲击，测试测试结果为25个测试点都不破坏。
实施例3
主体内层1的原料组分为聚丙烯70份，HDPE为15份，POE为8份，相容剂6份，八乙烯基-POSS为1份，DCP为0.005份；
增强层2为玻璃纤维预制带，粘结材料采用OBC、LDPE、PP共混物接枝马来酸酐制得，添加比例为8%；
过渡层3的原料组分为HDPE和UHMWPE，HDPE与UHMWPE的质量比为7:3；
UHMWPE保护层4的原料组分为UHMWPE，UHMWPE的分子量为400万。
通过单螺杆挤出机挤出主体内层1的原料组分，主体内层1的外径为125mm，厚度为14mm，定径冷却后，进行增强层1的缠绕，每缠绕一层需进行红外加热，将预浸带内的粘结材料进行熔化，加热温度为220℃，共缠绕4层，缠绕完成后再通过单螺杆挤出机模头进行过渡层3的包覆，在挤出冷却后，进行等离子体处理，形成粗糙表面，最后进行UHMWPE保护层4的包覆，制备得到复合管。四层结构壁厚由内到外控制在7:3:2:2。
制备得到的复合管按照GB/T 14152—2001规定进行耐外冲击性能试验，截取10组管材样品，长度为（200±10）mm，选用锤头d90，16kg的落锤，从2m高处落下对管材进行冲击，测试测试结果为25个测试点都不破坏。
Claims (8)
1.一种新型抗冲复合管，其特征在于从内到外依次是主体内层（1）、增强层（2）、过渡层（3）和UHMWPE保护层（4），所述主体内层（1）包括如下重量份的组分：聚丙烯为70-90份，HDPE为10-20份，增韧剂为5-15份，UHMWPE为0-5份，相容剂为0-8份，交联剂为1-5份，DCP为0.001-0.02份。
2.如权利要求1所述的一种新型抗冲复合管，其特征在于增强层（2）的原料组分为玻璃纤维、聚酯纤维、超高聚乙烯纤维、碳纤维中的一种。
3.如权利要求1所述的一种新型抗冲复合管，其特征在于所述过渡层（3）的原料组分为LDPE、MDPE、HDPE、UHMWPE中的一种或者几种混合物。
4.如权利要求1所述的一种新型抗冲复合管，其特征在于UHMWPE保护层（4）中的原料组分UHMWPE的分子量大于300万。
5.如权利要求1所述的一种新型抗冲复合管，其特征在于增韧剂为POE、EPDM、SBS、SEBS中的一种或者几种混合物，相容剂为MPP，交联剂为八乙烯基-POSS。
6.一种如权利要求1所述的新型抗冲复合管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：通过单螺杆挤出机挤出主体内层（1），定径冷却后，进行增强层（2）的缠绕，每缠绕一层，需进行红外加热，缠绕完成后，再通过单螺杆挤出机模头进行过渡层（3）包覆，然后表面经过等离子处理后进行UHMWPE保护层（4）的包覆。
7.如权利要求6所述的新型抗冲复合管的制备方法，其特征在于增强层（2）与主体内层（1）之间通过粘结材料粘结，所述粘结材料为OBC、LDPE、PP共混物接枝马来酸酐制得。
8.如权利要求6所述的新型抗冲复合管的制备方法，其特征在于UHMWPE保护层（4）通过专用拉伸流变挤出机进行挤出包覆。
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