CN115819871A - 一种板材缠绕成型结构壁a型管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板材缠绕成型结构壁A型管材及其制备方法，属于管材技术领域，包括以下重量份原料：超高分子量聚乙烯60‑70份、超细活化滑石粉10‑15份、高密度聚乙烯30‑40份、玻璃纤维微珠5‑10份、增韧剂2‑3份、相容剂2‑3份、抗氧剂0.5‑1份，色母粒2‑5份和加工助剂1份；制备步骤如下：将上述原料混合后经过双螺杆挤出机中挤出得到颗粒料，之后利用板材形成设备制成相应宽度的板材，先经过急冷再缓慢冷后风干，最后经过缠绕形成即可，本发明管材具有成型效率高，是传统缠绕成型的4倍以上，具有更高的环刚度，优良的耐热性和耐环境应力开裂性能，并具有优异的防污性能。
Description
技术领域
本发明涉及管材技术领域，具体涉及一种板材缠绕成型结构壁A型管材及其制备方法。
背景技术
结构壁管是一种以高密度聚乙烯(HDPE)为原料，采用模压成型或热态缠绕成型工艺制成的结构壁管材。在应用中，同等条件下使用结构壁管工程的可靠性与传统管材相比都有明显提高，综合效益明显，特别是在施工场地狭窄、建筑密集、地下管线复杂和交通繁忙路段以及在酸碱性土壤铺设时，更具优越性。
传统的埋地用聚乙烯结构壁管材包括双壁波纹管和缠绕结构壁管两种类型。其中，双壁波纹管材以及缠绕结构壁管材的B、C型管其外表面均为不规则外形，搬运时易导致管材外壁波纹出现破洞和凹陷，施工时存在难以填实波纹腹部的缺陷。
而缠绕结构壁管材的A型管具有光滑的内外表面，可以解决以上问题，但具有材料消耗大、环刚度较低等缺陷，将其应用于地下作为排污管使用时，因长期遭受无水的侵蚀，容易出现开裂现象，严重影响其使用寿命，因此，有必要提供一种耐候性强的板材缠绕成型结构壁A型管材及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种板材缠绕成型结构壁A型管材及其制备方法，以解决背景技术中的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种板材缠绕成型结构壁A型管材，包括以下重量份原料：超高分子量聚乙烯60-70份、超细活化滑石粉10-15份、高密度聚乙烯30-40份、玻璃纤维微珠5-10份、增韧剂2-3份、相容剂2-3份、抗氧剂0.5-1份、色母粒2-5份和加工助剂1份；
该板材缠绕成型结构壁A型管材通过以下步骤制成：
将超高分子量聚乙烯、超细活化滑石粉、高密度聚乙烯、玻璃纤维微珠、增韧剂、相容剂、抗氧剂、色母粒和加工助剂加入混合机中混合30-40min，置于双螺杆挤出机中加温、加压塑化呈熔融状态挤出得到颗粒料，然后利用板材形成设备制成相应宽度的板材，先经过急冷再缓慢冷后风干，最后经过缠绕形成，得到板材缠绕成型结构壁A型管材。
作为本发明进一步的方案，超细活化滑石粉通过以下步骤制成：
步骤一、将超细滑石粉在105-110℃下干燥2h去除滑石粉表面的水分，加入无水乙醇中分散均匀，然后加入偶联剂KH-550的水解液，升温至45-60℃，保温反应4-5h，反应结束后，冷却至室温后抽滤，滤饼用去离子水洗涤后，干燥，得到氨基化滑石粉；
其中，超细滑石粉、无水乙醇和偶联剂KH-550的水解液的用量比为5-6g：50-60mL：10-15mL，偶联剂KH-550的水解液由KH-550、无水乙醇和去离子水按照0.1g：5mL：5mL组成；
步骤二、将氨基化滑石粉超声分散于甲苯中，加入全氟辛基磺酸氯，升温至45-55℃，保温反应6-8h，反应结束后，冷却至室温后抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤后，干燥，得到超细活化滑石粉；
其中，氨基化滑石粉、甲苯和全氟辛基磺酸氯的质量比为100：140-250：4。
作为本发明进一步的方案，所述超细滑石粉粒径≤6.5μm。
作为本发明进一步的方案，所述急冷再缓慢冷后风干具体条件为：板材成型后立即置于5℃环境中冷却5-8min，然后自然冷却至室温，并在室温下静置3天。
作为本发明进一步的方案，所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量为800-1100万。
作为本发明进一步的方案，所述的玻璃纤维微珠由玻璃纤维和玻璃微珠按照质量比1：1组成。
作为本发明进一步的方案，所述加工助剂由纳米碳酸钙和纳米硫酸钡按照质量比2-5：1复配而成。
本发明选择加工助剂复配，可以获得更佳的内润滑效果，进而辅助分散剂与颜料表面发生物理结合或化学键合，并形成偶联层，进一步巩固颜料在载体色母中稳定分散。
作为本发明进一步的方案，所述相容剂为马来酸酐或马来酸酐接枝聚乙烯。
作为本发明进一步的方案，所述增韧剂为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种。
作为本发明进一步的方案，抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种。
本发明的有益效果：
1、本发明以超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯为树脂原料，以超细活化滑石粉、玻璃纤维微珠为填料，制备出一种板材缠绕成型结构壁A型管材，具有成型效率高，是传统缠绕成型的4倍以上；因拥有更好的惯性矩，同样材料具有更高的环刚度；板材宽度远远大于传统方管宽度，熔胶材料大幅减少，更节约材料等优点。
2、本发明以超细滑石粉为原料、偶联剂KH-550为改性剂，对超细滑石粉表面进行改性，KH-550水解产生的硅羟基与超细滑石粉表面羟基发生缩合反应，得到氨基化滑石粉，改善超细滑石粉的疏水性，并且为后续反应奠定基础，之后利用全氟辛基磺酸氯的酰氯基团与氨基发生消去HCl反应，得到超细活化滑石粉，最后将超细活化滑石粉加入管材基料中，超细活化滑石粉与聚乙烯基料共混，使得到的结构壁A型管材具有耐热性能优良且耐环境应力开裂性能好以及疏水憎油的优点。
3、本发明以超细活化滑石粉为功能助剂，将其添加在高密度聚乙烯材料中，与聚乙烯发生物理和化学结合，增强氟改性和聚乙烯之间的界面黏结，有利于提升聚乙烯的强度，本发明以KH-550对超细滑石粉进行改性，有效增加超细滑石粉在聚乙烯中的分散性，超细活化滑石粉表面的全氟烷烃不仅赋予聚乙烯材料防污性能，而且全氟烷烃与聚乙烯链段的缠绕，形成物理交联，形成超细活化滑石粉和聚乙烯良好的界面结合，起到化学交联点的作用，随着超细活化滑石粉的加入，交联密度增大，玻璃化温度升高，提高聚乙烯的耐热性；且超细活化滑石粉起到异相成核剂的作用，在聚乙烯中高度分散均匀的超细活化滑石粉使球晶尺寸变小，晶核密度增加，在材料受到应力形变时，小尺寸球晶产生多处微裂纹便能很好地吸收冲技能，提高聚乙烯材料的韧性，有利于提高聚乙烯材料的耐环境应力开裂性能。
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
本实施例提供一种超细活化滑石粉，通过以下步骤制成：
步骤一、将5g超细滑石粉在105℃下干燥2h去除滑石粉表面的水分，加入50mL无水乙醇中分散均匀，然后加入10mL偶联剂KH-550的水解液，升温至45℃，保温反应4h，反应结束后，冷却至室温后抽滤，滤饼用去离子水洗涤后，干燥，得到氨基化滑石粉，超细滑石粉粒径≤6.5μm，偶联剂KH-550的水解液由KH-550、无水乙醇和去离子水按照0.1g：5mL：5mL组成；
步骤二、将100g氨基化滑石粉超声分散于140mL甲苯中，加入4g全氟辛基磺酸氯，升温至45℃，保温反应6h，反应结束后，冷却至室温后抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤后，干燥，得到超细活化滑石粉。
实施例2
本实施例提供一种超细活化滑石粉，通过以下步骤制成：
步骤一、将6g超细滑石粉在110℃下干燥2h去除滑石粉表面的水分，加入60mL无水乙醇中分散均匀，然后加入15mL偶联剂KH-550的水解液，升温至60℃，保温反应5h，反应结束后，冷却至室温后抽滤，滤饼用去离子水洗涤后，干燥，得到氨基化滑石粉，超细滑石粉粒径≤6.5μm，偶联剂KH-550的水解液由KH-550、无水乙醇和去离子水按照0.1g：5mL：5mL组成；
步骤二、将100g氨基化滑石粉超声分散于250mL甲苯中，加入4g全氟辛基磺酸氯，升温至55℃，保温反应8h，反应结束后，冷却至室温后抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤后，干燥，得到超细活化滑石粉。
对比例1
本对比例为实施例1步骤一所得的氨基化滑石粉。
对比例2
本对比例为市售超细滑石粉(粒径≤6.5μm)。
实施例3
一种板材缠绕成型结构壁A型管材，包括以下重量份原料：超高分子量聚乙烯60份、实施例1的超细活化滑石粉10份、高密度聚乙烯30份、玻璃纤维微珠5份、二元乙丙橡胶2份、马来酸酐2份、抗氧剂CA 0.5份、色母粒2份和加工助剂1份；
该板材缠绕成型结构壁A型管材通过以下步骤制成：
将超高分子量聚乙烯、超细活化滑石粉、高密度聚乙烯、玻璃纤维微珠、二元乙丙橡胶、马来酸酐、抗氧剂CA、色母粒和加工助剂加入混合机中混合30min，置于双螺杆挤出机中加温、加压塑化呈熔融状态挤出得到颗粒料，然后利用板材形成设备制成相应宽度的板材，先经过急冷再缓慢冷后风干，最后经过缠绕形成，得到板材缠绕成型结构壁A型管材。
所述急冷再缓慢冷后风干具体条件为：板材成型后立即置于5℃环境中冷却5min，然后自然冷却至室温，并在室温下静置3天。
所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量为800-1100万。
所述加工助剂由纳米碳酸钙和纳米硫酸钡按照质量比2：1复配而成，玻璃纤维微珠由玻璃纤维和玻璃微珠按照质量比1：1组成。
实施例4
一种板材缠绕成型结构壁A型管材，包括以下重量份原料：超高分子量聚乙烯65份、实施例2的超细活化滑石粉12份、高密度聚乙烯35份、玻璃纤维微珠6份、三元乙丙橡胶2.5份、马来酸酐接枝聚乙烯2.5份、抗氧剂1010 0.8份、色母粒4份和加工助剂1份；
该板材缠绕成型结构壁A型管材通过以下步骤制成：
将超高分子量聚乙烯、超细活化滑石粉、高密度聚乙烯、玻璃纤维微珠、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂1010、色母粒和加工助剂加入混合机中混合35min，置于双螺杆挤出机中加温、加压塑化呈熔融状态挤出得到颗粒料，然后利用板材形成设备制成相应宽度的板材，先经过急冷再缓慢冷后风干，最后经过缠绕形成，得到板材缠绕成型结构壁A型管材。
所述急冷再缓慢冷后风干具体条件为：板材成型后立即置于5℃环境中冷却7min，然后自然冷却至室温，并在室温下静置3天。
所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量为800-1100万。
所述加工助剂由纳米碳酸钙和纳米硫酸钡按照质量比4：1复配而成，玻璃纤维微珠由玻璃纤维和玻璃微珠按照质量比1：1组成。
实施例5
一种板材缠绕成型结构壁A型管材，包括以下重量份原料：超高分子量聚乙烯70份、实施例2的超细活化滑石粉15份、高密度聚乙烯40份、玻璃纤维微珠10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物3份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、抗氧剂168 1份、色母粒5份和加工助剂1份；
该板材缠绕成型结构壁A型管材通过以下步骤制成：
将超高分子量聚乙烯、超细活化滑石粉、高密度聚乙烯、玻璃纤维微珠、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂168、色母粒和加工助剂加入混合机中混合40min，置于双螺杆挤出机中加温、加压塑化呈熔融状态挤出得到颗粒料，然后利用板材形成设备制成相应宽度的板材，先经过急冷再缓慢冷后风干，最后经过缠绕形成，得到板材缠绕成型结构壁A型管材。
所述急冷再缓慢冷后风干具体条件为：板材成型后立即置于5℃环境中冷却8min，然后自然冷却至室温，并在室温下静置3天。
所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量为800-1100万。
所述加工助剂由纳米碳酸钙和纳米硫酸钡按照质量比5：1复配而成，玻璃纤维微珠由玻璃纤维和玻璃微珠按照质量比1：1组成。
对比例3
与实施例4相比，将实施例4中的超细活化滑石粉替换成对比例1中物质，其余原料及制备过程同实施例4。
对比例4
与实施例4相比，将实施例4中的超细活化滑石粉替换成对比例2中物质，其余原料及制备过程同实施例4。
对实施例3-5和对比例3-4所得板材缠绕成型结构壁A型管材进行性能测试，测试项目如下：
(1)耐热性能
将各组管材分别在70℃和100℃下热处理60min，热处理后，自然冷却至室温。
(2)耐环境应力开裂性能
按照ASTM D1693-2008和GB/T1842-2008制成测试耐环境应力开裂(ESCR)试样，将试样置于试样保持架上，保持架放入已盛有预热到50℃、重量浓度为20％的仲辛基苯基一聚氧乙烯醚溶液的试管中，当试样发生破损,记录破损时间和破损数，求得破损率为50％的时间F50，即为该试样在介质中的耐环境应力开裂时间。
(3)防污性能
将各组管材热压成型得到3cm×3cm×1mm的薄片，在干燥器中冷却至室温，在110℃下烘烤60min，利用注射器将蒸馏水滴在薄片表面，用接触角测定仪测量接触角。
结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，相比于对比例3-4，实施例3-5所制备的板材缠绕成型结构壁A型管材具有优良的耐热性和耐环境应力开裂性能，并具有优异的防污性能。
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)
1.一种板材缠绕成型结构壁A型管材，其特征在于，包括以下重量份原料：超高分子量聚乙烯60-70份、超细活化滑石粉10-15份、高密度聚乙烯30-40份、玻璃纤维微珠5-10份、增韧剂2-3份、相容剂2-3份、抗氧剂0.5-1份、色母粒2-5份和加工助剂1份；
超细活化滑石粉通过以下步骤制成：
将氨基化滑石粉超声分散于甲苯中，加入全氟辛基磺酸氯，升温至45-55℃，保温反应6-8h，得到超细活化滑石粉。
2.根据权利要求1所述的一种板材缠绕成型结构壁A型管材，其特征在于，氨基化滑石粉、甲苯和全氟辛基磺酸氯质量比为100：140-250：4。
3.根据权利要求1所述的一种板材缠绕成型结构壁A型管材，其特征在于，氨基化滑石粉通过以下步骤制成：
将超细滑石粉在105-110℃下干燥2h，加入无水乙醇中分散均匀，然后加入偶联剂KH-550的水解液，升温至45-60℃，保温反应4-5h，得到氨基化滑石粉。
4.根据权利要求3所述的一种板材缠绕成型结构壁A型管材，其特征在于，超细滑石粉、无水乙醇和偶联剂KH-550的水解液的用量比为5-6g：50-60mL：10-15mL。
5.根据权利要求4所述的一种板材缠绕成型结构壁A型管材，其特征在于，偶联剂KH-550的水解液由KH-550、无水乙醇和去离子水按照0.1g：5mL：5mL组成。
6.根据权利要求1所述的一种板材缠绕成型结构壁A型管材，其特征在于，超细滑石粉粒径≤6.5μm。
7.根据权利要求1所述的一种板材缠绕成型结构壁A型管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将超高分子量聚乙烯、超细活化滑石粉、高密度聚乙烯、玻璃纤维微珠、增韧剂、相容剂、抗氧剂、色母粒和加工助剂混合，置于双螺杆挤出机中挤出得到颗粒料，利用板材形成设备制成板材，先经过急冷再缓慢冷后风干，最后经过缠绕形成，得到板材缠绕成型结构壁A型管材。
8.根据权利要求7所述的一种板材缠绕成型结构壁A型管材的制备方法，其特征在于，急冷再缓慢冷后风干具体条件为：板材成型后立即置于5℃环境中冷却5-8min，然后自然冷却至室温，并在室温下静置3天。
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