CN115746460A - 一种波纹管用复合改性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波纹管用复合改性材料及其制备方法，属于波纹管技术领域，包括以下质量份原料：玻璃纤维珠10‑20份、改性PP树脂50‑60份、改性尼龙10‑20份、超细活化滑石粉5‑10份、超细活化碳酸钙5‑10份、马来酸酐接枝P0E弹性体3‑5份、色母料2‑4和塑料相容剂1‑5份。其制备方法包括如下步骤：步骤S1、制备改性PP树脂和改性尼龙；步骤S2、将改性PP树脂和改性尼龙共混，用马来酸酐接枝POE弹性体做增韧剂得到复合改性材料，制备的复合改性材料用于生产双壁波纹管，可以有效提高波纹管的阻燃性和抗拉伸强度。
Description
技术领域
本发明属于波纹管技术领域，具体涉及一种波纹管用复合改性材料及其制备方法。
背景技术
波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。波纹管主要包括金属波纹管，广泛应用于石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等行业。但由于金属管的密封性、耐酸碱性、耐候性等的限制，使得非金属材质的波纹管在介质输送、电力穿线、机床、家电等领域有着不可替代的作用。
现代非金属材质的波纹管一般采用塑料波纹管，例如PVC管抗腐蚀能力强、易于粘接、价格低、质地坚硬，但是由于有单体和添加剂渗出，其环保以及耐热、密封性能方面较差，使其在高精密行业的发展受到限制。PE波纹管施工工艺简单且有一定的柔韧性，但其力学性能差、不能裸露于空气中阳光下、对化学物品敏感且容易造成污染。另外一般塑料材质的波纹管的阻燃性能差，因此，亟需针对现有技术的缺陷，提供一种可克服现有的塑料波纹管的缺点，同时具有很好的性价比的波纹管用复合改性材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波纹管用复合改性材料及其制备方法，以解决现有技术中塑料波纹管力学性能差、阻燃性能差的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种波纹管用复合改性材料，按质量份计，包括以下原料：玻璃纤维珠10-20份、改性PP树脂50-60份、改性尼龙10-20份、分散剂2-5份、超细活化滑石粉5-10份、超细活化碳酸钙5-10份、马来酸酐接枝P0E弹性体3-5份、色母料2-4份和塑料相容剂1-5份。
进一步地，步骤S1中所述改性尼龙包括以下步骤制得：将抗氧剂1098、抗氧剂168、乙撑双硬脂酰胺、聚氨酯弹性体和尼龙混合搅拌均匀，将混好的物料倒入挤出机主喂料斗，挤出得到改性尼龙。
进一步地，所述抗氧剂1098、抗氧剂168、乙撑双硬脂酰胺、聚氨酯弹性体和尼龙的质量比为0.1-0.3：0.1-0.5：0.1-0.5：20-30：70-80。
进一步地，所述聚氨酯弹性体包括以下步骤制得：先将己内酰胺、己二酸、水在氮气氛围下220-250℃反应3-5h,然后加入聚四氢呋喃和钛酸四丁酯继续反应2-4h，得到聚氨酯弹性体，由聚酰胺刚性链段和聚四氢呋喃柔性链段交替组成，其微相分离结构分为硬相区和软相区，硬相区为物理交联点，在加热过程中容易被破坏，当分子间相互作用程度较低时，聚氨酯弹性体具有很高的形状恢复性能，而物理或化学交联点的存在，可以防止链间滑移造成塑性形变，冷却以后分子链又可以结晶和无定形态折叠排列，所以制得的聚氨酯弹性体具备热塑性；
其中己内酰胺、己二酸、水、聚四氢呋喃和钛酸四丁酯的质量比为10-20：10-20：0.3-0.6：10-20：0.12-0.24。
进一步地，步骤S1中所述改性PP树脂包括以下步骤制得：将聚丙烯、红磷、2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪和季戊四醇在双辊混炼机中混炼10-15mi n，将混炼均匀的改性材料粉碎后，得到改性PP树脂，红磷在聚合物中可以形成磷酸、聚磷酸和聚偏磷酸，可以在燃烧物表面形成高粘度的熔融玻璃质和致密的碳化层，碳化层的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导，另外2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪将碳源、酸源和气源有机结合在一起，相互协同，具有很高的热稳定性和良好的阻燃性能。
进一步地，所述聚丙烯、红磷、2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪和季戊四醇的质量比为70-80：16.6-18.7：6.3-8.4：1.2-3.2。
进一步地，所述2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪包括以下步骤制得：
先向新戊二醇的氯仿溶液中滴加三氯氧磷的四氯化碳溶液，50-65℃下反应2-5h,新戊二醇的两个羟基可以与三氯氧磷的卤素原子反应生成取代的磷酸酯，然后加入三聚氯氰和氨水溶液，继续反应2-5h,三聚氯氰中的氯原子可以与氨水反应，进而氯原子被氨基取代，氨基再与磷酸酯中磷原子上的氯原子反应得到2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪；
其中新戊二醇的氯仿溶液、三氯氧磷的四氯化碳溶液、三聚氯氰和氨水溶液的质量比为1-1.5：1-1.2：1-1.3：3-5，新戊二醇的氯仿溶液的质量分数为30-35％，三氯氧磷的四氯化碳溶液的质量分数为30-35％，氨水溶液的质量分数为40-45％。
进一步地，所述分散剂为氧化钙和抗氧化剂1010按照质量比为1-1.2：1.5-2混合得到，所述塑料相容剂为均聚PP。
一种波纹管用复合改性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将改性尼龙和改性PP树脂共混，加入超细活化碳酸钙和分散剂，超细活化碳酸钙在分散剂的作用下均匀分散在聚合物材料中，得到共混物；
步骤S2、向共混物中加入马来酸酐接枝POE弹性体、玻璃纤维珠、超细活化滑石粉、塑料相容剂和色母料并搅拌均匀，然后置于真空干燥箱85-95℃中干燥10-12h，去除表面的水分，经双螺杆挤出机熔融挤出，得到波纹管用复合改性材料。
本发明的有益效果：
本发明先通过用红磷和2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪对聚丙烯进行改性，红磷在聚合物中可以形成磷酸、聚磷酸和聚偏磷酸，可以在燃烧物表面形成高粘度的熔融玻璃质和致密的碳化层，碳化层的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导，另外2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪将碳源、酸源和气源有机结合在一起，相互协同，具有很高的热稳定性和良好的阻燃性能，因而得到的改性PP树脂具有良好的阻燃性，再通过抗氧剂1098、抗氧剂168、乙撑双硬脂酰胺、聚氨酯弹性体对尼龙进行改性，其中乙撑双硬脂酰胺可以作为润滑剂，而聚氨酯弹性体作为增韧剂，由于聚氨酯弹性体中含有一部分尼龙链段，因此聚氨酯弹性体与尼龙的相容性较强，另外由于聚氨酯弹性体具有良好的力学性能和耐热性，因此改性之后可以得到力学性能增强的改性尼龙，最后通过将改性PP树脂和改性尼龙共混，而马来酸酐接枝POE弹性体作为增韧剂和增容剂加入到反应体系中，制得的复合改性材料可以用于生产双壁波纹管，可有效提高波纹管的阻燃性和力学性能。
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
一种改性PP树脂的制备方法，包括以下步骤：
将70份聚丙烯、16.6份红磷、7.3份2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪和1.2份季戊四醇PER混合均匀，然后加入双辊混炼机中155℃混炼8mi n，将混炼均匀的改性材料粉碎后，挤出得到改性PP树脂。
实施例2
一种改性PP树脂的制备方法，包括以下步骤：
将75份聚丙烯、17.6份红磷、6.3份2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪和2.2份季戊四醇PER混合均匀，然后加入双辊混炼机中160℃混炼10mi n，将混炼均匀的改性材料粉碎后，挤出得到改性PP树脂。
实施例3
一种改性PP树脂的制备方法，包括以下步骤：
将80份聚丙烯、18.7份红磷、8.4份2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪和3.2份季戊四醇PER混合均匀，然后加入双辊混炼机中165℃混炼12mi n，将混炼均匀的改性材料粉碎后，挤出得到改性PP树脂。
实施例4
一种改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：
将0.1份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.1份乙撑双硬脂酰胺、20份聚氨酯弹性体和70份尼龙混合搅拌均匀，将混好的物料倒入挤出机主喂料斗，挤出切粒，得到改性尼龙。
实施例5
一种改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：
将0.2份抗氧剂1098、0.3份抗氧剂168、0.3份乙撑双硬脂酰胺、25份聚氨酯弹性体和75份尼龙混合搅拌均匀，将混好的物料倒入挤出机主喂料斗，挤出切粒，得到改性尼龙。
实施例6
一种改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：
将0.3份抗氧剂1098、0.5份抗氧剂168、0.5份乙撑双硬脂酰胺、30份聚氨酯弹性体和80份尼龙混合搅拌均匀，将混好的物料倒入挤出机主喂料斗，挤出切粒，得到改性尼龙。
实施例7
一种波纹管用复合改性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将10份实施例4中制备的改性尼龙和50份实施例1中制备的改性PP树脂共混，加入5份超细活化碳酸钙和2份分散剂，混合均匀得到共混物；
步骤S2、向共混物中加入5份马来酸酐接枝POE弹性体、10份玻璃纤维珠、5份超细活化滑石粉、1份塑料相容剂和2份色母料并搅拌均匀，然后置于真空干燥箱85℃中干燥10h，去除表面的水分，经双螺杆挤出机熔融挤出成型得到波纹管用复合改性材料。
实施例8
一种波纹管用复合改性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将15份实施例5中制备的改性尼龙和55份实施例2中制备的改性PP树脂共混，加入7份超细活化碳酸钙和3.5份分散剂，混合均匀得到共混物；
步骤S2、向共混物中加入6.5份马来酸酐接枝POE弹性体、15份玻璃纤维珠、7.5份超细活化滑石粉、3份塑料相容剂和3份色母料并搅拌均匀，然后置于真空干燥箱90℃中干燥11h，去除表面的水分，经双螺杆挤出机熔融挤出成型得到波纹管用复合改性材料。
实施例9
一种波纹管用复合改性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将20份实施例3中制备的改性尼龙和60份实施例6中制备的改性PP树脂共混，加入10份超细活化碳酸钙和5份分散剂，混合均匀得到共混物；
步骤S2、向共混物中加入8份马来酸酐接枝POE弹性体、20份玻璃纤维珠、10份超细活化滑石粉、5份塑料相容剂和4份色母料并搅拌均匀，然后置于真空干燥箱95℃中干燥12h，去除表面的水分，经双螺杆挤出机熔融挤出成型得到波纹管用复合改性材料。
对比例1
本对比例与实施例7相比，仅将“改性尼龙”替换为“市售尼龙树脂”，其余原料配方和制备步骤均相同，本对比例不再重复赘述，最终得到波纹管用复合改性材料。
对比例2
本对比例与实施例8相比，仅将“改性PP树脂”替换为“市售PP树脂”，其余原料配方和制备步骤均相同，本对比例不再重复赘述，最终得到波纹管用复合改性材料。
根据标准GB/T1040.1-2018塑料拉伸性能的测定和标准UL94对实施例7-9和对比例1-2中所制备的五组波纹管用复合改性材料进行抗拉伸强度和阻燃性能进行测试，结果如表1所示：
表1
| 项目 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 对比例1 | 对比例2 |
| 抗拉伸强度/MPa | 203 | 198 | 201 | 98 | 197 |
| 阻燃等级 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-1 |
由表1可以看出，实施例7-9所制备的波纹管用复合改性材料由于加入了增韧的改性尼龙和具有阻燃性的改性PP树脂，因此具有良好的抗拉伸强度和阻燃性能，对比例1中未加入改性尼龙，因此抗拉伸强度较差，而对比例2中由于未加入改性PP树脂，因此阻燃等级较低。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种波纹管用复合改性材料，其特征在于：按质量份计，包括以下原料：玻璃纤维珠10-20份、改性PP树脂50-60份、改性尼龙10-20份、分散剂2-5份、超细活化滑石粉5-10份、超细活化碳酸钙5-10份、马来酸酐接枝P0E弹性体3-5份、色母料2-4份和塑料相容剂1-5份；
所述改性PP树脂包括以下步骤制得：将聚丙烯、红磷、2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪和季戊四醇在双辊混炼机中混炼10-15min，将混炼均匀的改性材料粉碎后，挤出造粒得到改性PP树脂。
2.根据权利要求1所述的一种波纹管用复合改性材料，其特征在于：所述聚丙烯、红磷、2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪和季戊四醇的质量比为70-80：16.6-18.7：6.3-8.4：1.2-3.2。
3.根据权利要求1所述的一种波纹管用复合改性材料，其特征在于：所述2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪包括以下步骤制得：
先向新戊二醇的氯仿溶液中滴加三氯氧磷的四氯化碳溶液，50-65℃下反应2-5h，再加入三聚氯氰和氨水溶液，继续反应2-5h，得到2-氯-4-新戊二醇氨基磷酸酯-6-氨基-1，3，5-三嗪；
其中新戊二醇的氯仿溶液、三氯氧磷的四氯化碳溶液、三聚氯氰和氨水溶液的质量比为1-1.5：1-1.2：1-1.3：1-1.5，新戊二醇的氯仿溶液的质量分数为30-35％，三氯氧磷的四氯化碳溶液的质量分数为30-35％，氨水溶液的质量分数为40-45％。
4.根据权利要求1所述的一种波纹管用复合改性材料，其特征在于：所述改性尼龙包括以下步骤制得：将抗氧剂1098、抗氧剂168、乙撑双硬脂酰胺、聚氨酯弹性体和尼龙混合，然后将混好的物料倒入挤出机挤出成型得到改性尼龙。
5.根据权利要求4所述的一种波纹管用复合改性材料，其特征在于：所述抗氧剂1098、抗氧剂168、乙撑双硬脂酰胺、聚氨酯弹性体和尼龙的质量比为0.1-0.3：0.1-0.5：0.1-0.5：20-30：70-80。
6.根据权利要求4所述的一种波纹管用复合改性材料，其特征在于：所述聚氨酯弹性体包括以下步骤制得：
先将己内酰胺、己二酸、水在氮气氛围下220-250℃反应3-5h,然后加入聚四氢呋喃和钛酸四丁酯继续反应2-4h，得到聚氨酯弹性体；
其中己内酰胺、己二酸、水、聚四氢呋喃和钛酸四丁酯的质量比为10-20：10-20：0.3-0.6：10-20：0.12-0.24。
7.根据权利要求1所述的一种波纹管用复合改性材料，其特征在于：所述分散剂为氧化钙和抗氧化剂1010按照质量比为1-1.2：1.5-2混合得到，所述塑料相容剂为均聚PP。
8.根据权利要求1所述的一种波纹管用复合改性材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、将改性尼龙和改性PP树脂共混，加入超细活化碳酸钙和分散剂，得到共混物；
步骤S2、向共混物中加入马来酸酐接枝POE弹性体、玻璃纤维珠、超细活化滑石粉、塑料相容剂、色母料并搅拌均匀，得到波纹管用复合改性材料。
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