CN115418050B - 一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管及其制备方法 - Google Patents

一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管及其制备方法,属于克拉管制备技术领域,包括以下重量份原料:均聚聚丙烯50‑70份、嵌段共聚聚丙烯15‑20份、玻璃纤维5‑8份、无机矿粉5‑10份、多聚磷酸铵1‑3份、相容剂5‑10份、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂0.65‑0.9份、抗氧剂0.5‑1份、紫外线吸收剂0.1‑0.5份;本发明在基料中引入自制的相容剂,该相容剂与聚丙烯基质相容好,且分子链上有酸酐基团、含磷单体、含硅单体,不仅与无机矿粉发生作用还能够作为阻燃因子,提高材料的阻燃性能,非常适用于制备克拉管的内部支撑构件。

Description

一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管及其制备方法
技术领域
本发明属于克拉管制备技术领域,具体地,涉及一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管及其制备方法。
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,其中聚丙烯单壁波纹管因被用作支撑件要求具有更好的抗冲击性能。
由于聚丙烯材料的低弹性,其承载压力的能力相对较低,抗冲击性能较弱,而玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,种类繁多,优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高,将玻璃纤维作为补强剂改性聚丙烯单壁波纹管已经是比较常见的技术手段,但是均面临同样难题,玻璃纤维和聚丙烯之间的极性差异较大,两者相容性较差,容易造成浮纤等负面影响,并且克拉管由于应用广泛,会面临特殊情况下阻燃性差的问题,因此,提供一种阻燃、抗冲击性能高的用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管是目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题,本发明提供一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,包括以下重量份原料:均聚聚丙烯50-70份、嵌段共聚聚丙烯15-20份、玻璃纤维5-8份、无机矿粉5-10份、多聚磷酸铵1-3份、相容剂5-10份、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂0.65-0.9份、抗氧剂0.5-1份、紫外线吸收剂0.1-0.5份;
该用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管由以下步骤制成:
第一步、将均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、玻璃纤维、无机矿粉和多聚磷酸铵烘干去除水分,按照配比加入高速混合机中混合,转速300-600r/min搅拌混合25-30min,得到基料;
第二步、向基料中加入相容剂、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂、抗氧剂和紫外线吸收剂,继续搅拌10-15min,然后转移至双螺杆挤出机中挤出造粒得到专用料粒,将专用料粒加入挤出成型机中,经过挤出成型、定径拉伸,得到用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管。
优选地,相容剂由以下步骤制成:
将聚丙烯加入二甲苯中,然后加入马来酸酐、含硅单体、含磷单体,搅拌反应0.5h,加入过氧化二异丙苯,在搅拌条件下,125-128℃下搅拌反应3-4h,反应结束后,减压蒸馏去除二甲苯,得到相容剂,聚丙烯、马来酸酐、含硅单体、含磷单体、过氧化二异丙苯质量比为5:1.2-1.6:0.6-0.8:0.5-1.0:0.05-0.08,在引发剂的作用下,使聚丙烯分子链上接枝马来酸酐、含硅单体和含磷单体。
含硅单体由以下步骤制成:
向三口烧瓶中加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和三甲基氯硅烷,100r/min条件下缓慢加入氯化铝乙醇溶液,50℃下反应14-16h,反应结束后,用去离子水洗涤至洗涤液呈中性,脱除水分,得到含硅单体;
其中,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷和氯化铝乙醇溶液的用量比为24.8g:48g:30mL,氯化铝乙醇溶液由氯化铝和无水乙醇按照4.5g:30mL组成,利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和三甲基氯硅烷发生接枝反应,得到含多个-Si-O-Si-的含硅单体。
含磷单体由以下步骤制成:
向三口烧瓶中加入二氯甲烷和三氯氧磷,0℃搅拌下滴加混合液a,滴加结束后搅拌反应5-7h,反应结束后,再滴加混合液b,继续搅拌反应4-6h,反应结束后,抽滤,用1wt%盐酸溶液、5wt%氢氧化钠溶液和饱和食盐水溶液洗涤滤液,分液,将下层溶液减压蒸馏去除二氯甲烷,得到含磷单体;
其中,二氯甲烷、三氯氧磷、混合液a和混合液b的用量比为50-60mL:0.12mol:23.7g:33.5g,混合液a由丙烯酸羟乙酯和三乙胺按照摩尔比0.1:0.12组成,混合液b由无水乙醇和三乙胺按照摩尔比0.2:0.24组成,以三氯氧磷、丙烯酸羟乙酯和乙醇为原料,合成端不饱和双键的磷酸酯类化合物,即含磷单体。
优选地,无机矿粉的平均粒径为2000-2500目,具体为硅灰石、膨润土、高岭土、硅藻土、滑石粉和碳酸钙中的一种或多种按照任意比例混合。
优选地,均聚聚丙烯为MFR:0.3-0.8g/10min、弯曲模量≥1600MPa、冲击强度(23℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥30MPa的管材级粉料,嵌段共聚聚丙烯为MFR:0.3-1.0g/10min、弯曲模量≥1200MPa、缺口冲击强度(-20℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥25MPa的粉料,以高分子聚合物为基体材料,为专用料的强度和低温韧性奠定了基础。
优选地,抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照质量比1:0.4-0.7组成。
优选地,紫外线吸收剂为UV-531。
优选地,双杆挤出机加工温度为160-205℃,转速为200-300rpm。
本发明的有益效果:
本发明提供一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,在基料中引入玻璃纤维、无机矿粉作为补强材料,并且以高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂为加工助剂,该树脂是一种具有高度支化的三维球状结构的超支化聚合物,分子链中的“空穴”结构利用链段运动,能够改善聚丙烯熔体的流动性,使无机矿粉、多聚磷酸铵、玻璃纤维在聚丙烯基料中均匀分散,玻璃纤维在聚丙烯基体中形成三维骨架结构,小尺寸的无机矿粉分布在三维骨架结构中,使得形成的三维骨架结构更加稳定,起到承担应力的作用,提高单壁波纹管的强度,并且引入了自制的相容剂,该相容剂由于含有聚丙烯的高分子链与聚丙烯基质相容好,并且分子链上引入有酸酐基团,能够与玻璃纤维、无机矿粉表面的极性基团发生化学反应,将两者通过化学键“锚固”于聚丙烯基料中,发挥增强增韧作用,分子链上引入的含磷单体、含硅单体,能够作为阻燃因子,与玻璃纤维、无机矿物、多聚磷酸铵共同提高材料的阻燃性能,综上,本发明制备的玻纤增强改性单壁波纹管具有高强度和高阻燃特性,非常适用于制备克拉管的内部支撑构件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,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,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种相容剂,由以下步骤制成:
将5g聚丙烯加入60mL二甲苯中,然后加入1.2g马来酸酐、0.6g含硅单体、0.5g含磷单体,搅拌反应0.5h,加入0.05g过氧化二异丙苯,在搅拌条件下,125℃下搅拌反应3h,反应结束后,减压蒸馏去除二甲苯,得到相容剂。
含硅单体由以下步骤制成:
向三口烧瓶中加入24.8gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和48g三甲基氯硅烷,100r/min条件下缓慢加入氯化铝乙醇溶液,50℃下反应14h,反应结束后,用去离子水洗涤至洗涤液呈中性,脱除水分,得到含硅单体,氯化铝乙醇溶液由氯化铝和无水乙醇按照4.5g:30mL组成。
含磷单体由以下步骤制成:
向三口烧瓶中加入50mL二氯甲烷和0.12mol三氯氧磷,0℃搅拌下滴加混合液a,滴加结束后搅拌反应5h,反应结束后,再滴加混合液b,继续搅拌反应4h,反应结束后,抽滤,用1wt%盐酸溶液、5wt%氢氧化钠溶液和饱和食盐水溶液洗涤滤液,分液,将下层溶液减压蒸馏去除二氯甲烷,得到含磷单体,混合液a由丙烯酸羟乙酯和三乙胺按照摩尔比0.1mol:0.12mol组成,混合液b由无水乙醇和三乙胺按照摩尔比0.2mol:0.24mol组成。
实施例2
本实施例提供一种相容剂,由以下步骤制成:
将5g聚丙烯加入60mL二甲苯中,然后加入1.6g马来酸酐、0.8g含硅单体、1.0g含磷单体,搅拌反应0.5h,加入0.08g过氧化二异丙苯,在搅拌条件下,128℃下搅拌反应4h,反应结束后,减压蒸馏去除二甲苯,得到相容剂。
含硅单体由以下步骤制成:
向三口烧瓶中加入24.8gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和48g三甲基氯硅烷,100r/min条件下缓慢加入氯化铝乙醇溶液,50℃下反应16h,反应结束后,用去离子水洗涤至洗涤液呈中性,脱除水分,得到含硅单体,氯化铝乙醇溶液由氯化铝和无水乙醇按照4.5g:30mL组成。
含磷单体由以下步骤制成:
向三口烧瓶中加入60mL二氯甲烷和0.12mol三氯氧磷,0℃搅拌下滴加混合液a,滴加结束后搅拌反应7h,反应结束后,再滴加混合液b,继续搅拌反应6h,反应结束后,抽滤,用1wt%盐酸溶液、5wt%氢氧化钠溶液和饱和食盐水溶液洗涤滤液,分液,将下层溶液减压蒸馏去除二氯甲烷,得到含磷单体,混合液a由丙烯酸羟乙酯和三乙胺按照摩尔比0.1mol:0.12mol组成,混合液b由无水乙醇和三乙胺按照摩尔比0.2mol:0.24mol组成。
对比例1
将实施例1中含磷单体去除,其余原料及制备过程同实施例1。
对比例2
本对比例为马来酸酐接枝聚丙烯。
实施例3
一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,包括以下重量份原料:均聚聚丙烯50份、嵌段共聚聚丙烯15份、玻璃纤维5份、无机矿粉5份、多聚磷酸铵1份、实施例1相容剂5份、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂0.65份、抗氧剂0.5份、紫外线吸收剂UV-531 0.3份;
该用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管由以下步骤制成:
第一步、将均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、玻璃纤维、无机矿粉和多聚磷酸铵烘干去除水分,按照配比加入高速混合机中混合,转速500r/min搅拌混合25min,得到基料;
第二步、向基料中加入相容剂、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂、抗氧剂和紫外线吸收剂,继续搅拌10min,然后转移至双螺杆挤出机中挤出造粒得到专用料粒,将专用料粒加入挤出成型机中,经过挤出成型、定径拉伸,得到用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管。
其中,无机矿粉的平均粒径为2000-2500目,具体为硅灰石和膨润土按照质量比1:1组成,均聚聚丙烯为MFR:0.3-0.8g/10min、弯曲模量≥1600MPa、冲击强度(23℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥30MPa的管材级粉料,嵌段共聚聚丙烯为MFR:0.3-1.0g/10min、弯曲模量≥1200MPa、缺口冲击强度(-20℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥25MPa的粉料,抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照质量比1:0.4组成,双杆挤出机加工温度为160-205℃,转速为200rpm。
实施例4
一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,包括以下重量份原料:均聚聚丙烯60份、嵌段共聚聚丙烯18份、玻璃纤维7份、无机矿粉8份、多聚磷酸铵2份、实施例2相容剂6份、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂0.8份、抗氧剂0.6份、紫外线吸收剂UV-531 0.4份;
该用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管由以下步骤制成:
第一步、将均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、玻璃纤维、无机矿粉和多聚磷酸铵烘干去除水分,按照配比加入高速混合机中混合,转速400r/min搅拌混合28min,得到基料;
第二步、向基料中加入相容剂、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂、抗氧剂和紫外线吸收剂,继续搅拌12min,然后转移至双螺杆挤出机中挤出造粒得到专用料粒,将专用料粒加入挤出成型机中,经过挤出成型、定径拉伸,得到用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管。
其中,无机矿粉的平均粒径为2000-2500目,具体为硅灰石、膨润土、高岭土按照质量比1:1:1组成,均聚聚丙烯为MFR:0.3-0.8g/10min、弯曲模量≥1600MPa、冲击强度(23℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥30MPa的管材级粉料,嵌段共聚聚丙烯为MFR:0.3-1.0g/10min、弯曲模量≥1200MPa、缺口冲击强度(-20℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥25MPa的粉料,高分聚合物为基体材料,为专用料的强度和低温韧性奠定了基础,抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照质量比1:0.7组成,双杆挤出机加工温度为160-205℃,转速为200-300rpm。
实施例5
一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,包括以下重量份原料:均聚聚丙烯70份、嵌段共聚聚丙烯20份、玻璃纤维8份、无机矿粉10份、多聚磷酸铵3份、实施例1相容剂10份、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂0.9份、抗氧剂1份、紫外线吸收剂UV-531 0.5份;
该用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管由以下步骤制成:
第一步、将均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、玻璃纤维、无机矿粉和多聚磷酸铵烘干去除水分,按照配比加入高速混合机中混合,转速600r/min搅拌混合30min,得到基料;
第二步、向基料中加入相容剂、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂、抗氧剂和紫外线吸收剂,继续搅拌15min,然后转移至双螺杆挤出机中挤出造粒得到专用料粒,将专用料粒加入挤出成型机中,经过挤出成型、定径拉伸,得到用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管。
其中,无机矿粉的平均粒径为2000-2500目,具体为硅灰石、膨润土、高岭土、硅藻土、滑石粉和碳酸钙按照质量比1:1:1:1:1:1,均聚聚丙烯为MFR:0.3-0.8g/10min、弯曲模量≥1600MPa、冲击强度(23℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥30MPa的管材级粉料,嵌段共聚聚丙烯为MFR:0.3-1.0g/10min、弯曲模量≥1200MPa、缺口冲击强度(-20℃)≥15kJ/m2、拉伸强度≥25MPa的粉料,抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照质量比1:0.7组成,双杆挤出机加工温度为160-205℃,转速为300rpm。
对比例3
将实施例3中相容剂替换成对比例1中物质,其余原料及制备过程同实施例3。
对比例4
将实施例4中相容剂替换成对比例2中物质,其余原料及制备过程同实施例4。
对比例5
将实施例3中高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂替换成硅酮粉,其余原料及制备过程同实施例3。
将实施例3-5和对比例3-5所制备的单壁波纹管进行测试,阻燃性能:按GB/T2406.2-2009进行测试极限氧指数(%),冲击性能测试根据GB/T1843-2008塑料的冲击试验方法,测试结果如表1所示:
表1
由表1可以看出,相比于对比例3-5,实施例3-5所制备的单壁波纹管具有更高的阻燃性能和耐冲击性能。
在说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,其特征在于,包括以下重量份原料:均聚聚丙烯50-70份、嵌段共聚聚丙烯15-20份、玻璃纤维5-8份、无机矿粉5-10份、多聚磷酸铵1-3份、相容剂5-10份、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂0.65-0.9份、抗氧剂0.5-1份、紫外线吸收剂0.1-0.5份;
相容剂由以下步骤制成:
将聚丙烯加入二甲苯中,加入马来酸酐、含硅单体、含磷单体,搅拌反应0.5h,加入过氧化二异丙苯,在搅拌条件下,125-128℃下搅拌反应3-4h,反应结束后,减压蒸馏去除二甲苯,得到相容剂;
含硅单体由以下步骤制成:
将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和三甲基氯硅烷混合,加入氯化铝乙醇溶液,50℃下反应14-16h,反应结束后,用去离子水洗涤,脱除水分,得到含硅单体;
含磷单体由以下步骤制成:
将二氯甲烷和三氯氧磷混合,0℃搅拌下滴加混合液a,滴加结束后搅拌反应5-7h,反应结束后,再滴加混合液b,继续搅拌反应4-6h,反应结束后,抽滤,洗涤滤液,分液,将下层溶液减压蒸馏去除二氯甲烷,得到含磷单体;
混合液a由丙烯酸羟乙酯和三乙胺按照摩尔比0.1:0.12组成,混合液b由无水乙醇和三乙胺按照摩尔比0.2:0.24组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,其特征在于,聚丙烯、马来酸酐、含硅单体、含磷单体、过氧化二异丙苯质量比为5:1.2-1.6:0.6-0.8:0.5-1.0:0.05-0.08。
3.根据权利要求1所述的一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,其特征在于,氯化铝乙醇溶液由氯化铝和无水乙醇按照4.5g:30mL组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管,其特征在于,无机矿粉的平均粒径为2000-2500目。
5.根据权利要求1所述的一种用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、将均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、玻璃纤维、无机矿粉和多聚磷酸铵烘干,混合,得到基料;
第二步、向基料中加入相容剂、高效防浮纤润滑剂HyPer C181树脂、抗氧剂和紫外线吸收剂,搅拌后挤出造粒得到专用料粒,经过挤出成型、定径拉伸,得到用于克拉管的玻纤增强改性单壁波纹管。
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