CN116006789A - 一种高强韧聚烯烃管材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强韧聚烯烃管材及其制备方法，所述高强韧聚烯烃管材主要由三层管材卷制而成，其中从外至内依次为外保护层、保温层、以及聚乙烯管层构成；所述外保护层为改性后的长度为3‑6mm的玻璃纤维，所述保温层包括如下组分：以质量份数计，火山灰5‑10份、玉米芯3‑5份、竹纤维1‑2份；所述聚乙烯管层主要由以下组分制得：以质量份数计，PE‑RT II型材料30‑50份、改性剂3‑5份、热稳定剂5‑6份、偶联剂1‑2份，所述改性剂为自然硅烷交联剂。本发明制备得到的聚烯烃管材具有超高的韧性。

Description

一种高强韧聚烯烃管材及其制备方法

技术领域

本发明聚烯烃管材制备领域，具体而言，涉及一种高强韧聚烯烃管材及其制备方法。

背景技术

聚合物管道随着应用领域的不断扩大，其生产制备技术获得快速的发展和推广应用。尤其是在市政管网领域，聚合物管道逐步替代了传统的铸铁管、钢筋混凝土管，具有成本低、可以快速定制化生产的特点，对城镇化快速发展具有重要贡献。随着聚合物管道朝着高性能化、高价值化、绿色可持续、快速低成本的方向发展，应用领域对新型聚合物管道的技术要求越来越高。

市政供热供气管网系统中，管道需要能够输送高温高压介质且保持良好的气密性能，因此，要求管道具有较高的耐高温刚性、韧性和耐候性。然而在实际的高压管道生产过程中，聚烯烃管道专用料刚性和韧性难以兼顾且大口径产品生产，废品率比较高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种高强韧聚烯烃管材，该高强韧聚烯烃管材具有三层结构，通过三层结构的组合提高了管道本身的韧性，并且同时提高了管道的密封性、耐腐蚀性等一系列性能，因此该方法值得广泛推广进行应用。

本发明的第二目的在于提供上述高强韧聚烯烃管材的制备方法，该制备方法通过特定的操作步骤使得制备得到的管材具有优异的性能。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种高强韧聚烯烃管材，主要由三层管材卷制而成，其中从外至内依次为外保护层、保温层、以及聚乙烯管层构成；

所述外保护层为改性后的长度为3-6mm的玻璃纤维，所述保温层包括如下组分：以质量份数计，火山灰5-10份、玉米芯3-5份、竹纤维1-2份；

所述聚乙烯管层主要由以下组分制得：以质量份数计，PE-RT II型材料30-50份、改性剂3-5份、热稳定剂5-6份、偶联剂1-2份，所述改性剂为自然硅烷交联剂。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述热稳定剂为硬脂酸钙与亚磷酸脂的混合物，两者之间的质量比为1:1。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述偶联剂为硅烷交联助剂。

在本发明的方案中，高强韧聚烯烃管材主要由三层管材卷制而成，其中聚乙烯管层通过添加了改性剂对聚乙烯材料进行改性之后，并配合热稳定剂、偶联剂的添加提高管材的性能。以往的聚烯烃管材由于原料之间相容性较差，制备得到的管材韧性也较低，本发明通过添加了改性剂以及偶联剂增加了链段之间的相容性，并通过添加了热稳定剂进一步提高了材料的稳定性，进而使得管材的性能得到了良好的改善。

尤其是热稳定剂采用的是复合型的，并不是单一的剂型，因为通过实践发现通过采用两种复配的热稳定剂，能够切实提高改性的性能。

当然，从本发明的聚乙烯管层的制备原料中可以看出，各个组分是需要控制在适宜的范围内的，因为在整个过程中是需要产生化学作用的，所以为了保证制备得到的材料的性能，需要各个组分用量适宜。

另外，对于本发明的保温层而言，是将火山灰、玉米芯以及竹纤维以一定的比例进行伍配之后得到，这几种物质本身比较环保，而且配合后制备得到的保温层稳定性好，保温效果优异，且能够与其他两层相互配合共同达到提高整体韧性以及强度的效果。

本发明提供了上述高强韧聚烯烃管材的制备方法，包括如下步骤：

制备得到外保护层、保温层、以及聚乙烯管层，然后按照聚乙烯管层、保温层以及外保护层的顺序进行组合得到管材。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述外保护层的制备方法包括：将玻璃纤维浸泡在葡萄糖与多巴胺盐酸的混合溶液中，然后用去离子水洗净，采用硅烷偶联剂处理后得到改性后的玻璃纤维。

优选地，作为进一步可实施的方案，葡萄糖的质量百分比浓度为40-50％，所述多巴胺盐酸的浓度为70-80％。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述外保护层的制备方法包括：玻璃纤维浸泡的时间为2-3h。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述聚乙烯管层的制备方法包括：将PE-RT II型材料、改性剂在高转速700-850rpm的转速下混合，再加入热稳定剂以及偶联剂继续混合。

优选地，作为进一步可实施的方案，加入热稳定剂以及偶联剂继续混合的时间为5-10min。

优选地，作为进一步可实施的方案，所述保温层的制备方法包括：将火山灰、玉米芯以及竹纤维搅拌混合。

本发明的高强韧聚烯烃管材的制备方法中，外保护层是采用的改性后的长度为3-6mm的玻璃纤维，因为长玻璃纤维本身能够增加管道本身的强度，但是由于后续制作成管道后挤压会导致纤维的变形，可能其达不到理想的应用效果，本发明通过对长玻璃纤维进行改性，能够切实提高其强度，从而提高材料后续应用的稳定性。尤其在对长玻璃纤维进行浸泡的过程中，所采用的是葡萄糖与多巴胺盐酸的混合溶液，从而增强各个基团之间的结合力，尤其葡萄糖与多巴胺盐酸最好都控制在适宜的浓度范围内，从而能够提高浸渍效果，使得浸渍液充分发挥作用。通过实践发现只是采用单一类型的浸渍溶液其效果并不能达到最佳，因此需要将葡萄糖与多巴胺盐酸配合共同对长玻璃纤维进行浸渍，才能达到理想的效果。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

高强韧管材的制备方法包括如下步骤：

1)制备外保护层的材料：配制葡萄糖与多巴胺盐酸的混合溶液，该混合溶液中，葡萄糖的质量百分比浓度为40％，多巴胺盐酸的质量百分比浓度为80％，然后将长度为3-6mm的玻璃纤维浸泡到上述混合溶液中，浸泡2h之后采用去离子水洗净玻璃纤维，最后置于质量百分比浓度为1.5％的硅烷偶联剂KH550的水溶液中浸泡2h，置于70℃烘箱中进行烘干，得到改性后的玻璃纤维。

2)制备聚乙烯管层的材料：称取原料PE-RT II型材料30kg、改性剂5kg、热稳定剂5kg、偶联剂1kg，改性剂为自然硅烷交联剂，热稳定剂为质量比为1:1的硬脂酸钙与亚磷酸脂的混合物，偶联剂为硅烷交联助剂；

将PE-RT II型材料、改性剂在高混机700rpm的转速下混合，再加入热稳定剂以及偶联剂继续混合得到聚合混料。

3)制备保温层的材料：称取原料火山灰5kg、玉米芯5kg、竹纤维1kg，放入搅拌罐中进行破碎搅拌，挤压成型。

4)按照上述得到的聚乙烯管层的材料、保温层的材料以及外保护层的材料，按照从里到外的顺序进行组合挤压卷制得到成品。

实施例2

高强韧管材的制备方法包括如下步骤：

1)制备外保护层的材料：配制葡萄糖与多巴胺盐酸的混合溶液，该混合溶液中，葡萄糖的质量百分比浓度为50％，多巴胺盐酸的质量百分比浓度为70％，然后将长度为3-6mm的玻璃纤维浸泡到上述混合溶液中，浸泡3h之后采用去离子水洗净玻璃纤维，最后置于质量百分比浓度为1.5％的硅烷偶联剂KH550的水溶液中浸泡2h，置于70℃烘箱中进行烘干，得到改性后的玻璃纤维。

2)制备聚乙烯管层的材料：称取原料PE-RT II型材料50kg、改性剂3kg、热稳定剂6kg、偶联剂2kg，改性剂为自然硅烷交联剂，热稳定剂为质量比为1:1的硬脂酸钙与亚磷酸脂的混合物，偶联剂为硅烷交联助剂；

将PE-RT II型材料、改性剂在高混机850rpm的转速下混合，再加入热稳定剂以及偶联剂继续混合得到聚合混料。

3)制备保温层的材料：称取原料火山灰10kg、玉米芯3kg、竹纤维2kg，放入搅拌罐中进行破碎搅拌，挤压成型。

4)按照上述得到的聚乙烯管层的材料、保温层的材料以及外保护层的材料，按照从里到外的顺序进行组合挤压卷制得到成品。

实施例3

高强韧管材的制备方法包括如下步骤：

1)制备外保护层的材料：配制葡萄糖与多巴胺盐酸的混合溶液，该混合溶液中，葡萄糖的质量百分比浓度为45％，多巴胺盐酸的质量百分比浓度为75％，然后将长度为3-6mm的玻璃纤维浸泡到上述混合溶液中，浸泡3h之后采用去离子水洗净玻璃纤维，最后置于质量百分比浓度为1.5％的硅烷偶联剂KH550的水溶液中浸泡2h，置于70℃烘箱中进行烘干，得到改性后的玻璃纤维。

2)制备聚乙烯管层的材料：称取原料PE-RT II型材料40kg、改性剂4kg、热稳定剂5.5kg、偶联剂1.5kg，改性剂为自然硅烷交联剂，热稳定剂为质量比为1:1的硬脂酸钙与亚磷酸脂的混合物，偶联剂为硅烷交联助剂；

将PE-RT II型材料、改性剂在高混机800rpm的转速下混合，再加入热稳定剂以及偶联剂继续混合得到聚合混料。

3)制备保温层的材料：称取原料火山灰8kg、玉米芯4kg、竹纤维1.5kg，放入搅拌罐中进行破碎搅拌，挤压成型。

4)按照上述得到的聚乙烯管层的材料、保温层的材料以及外保护层的材料，按照从里到外的顺序进行组合挤压卷制得到成品。

实施例4

具体操作步骤与实施例3一致，只是步骤1)中采用只含有葡萄糖的浸渍溶液进行浸渍。

实施例5

具体操作步骤与实施例3一致，只是步骤2)中热稳定剂为单一的硬脂酸钙。

实施例6

具体操作步骤与实施例3一致，只是步骤2)中偶联剂为钛酸酯偶联剂。

比较例1

具体操作步骤与实施例3一致，只是步骤2)中改性剂为钛酸酯交联剂比较例2

具体操作步骤与实施例3一致，只是步骤3)中不添加火山灰。

比较例3

具体操作步骤与实施例3一致，只是改性剂的添加量为8kg。

实验例1

将上述实施例与比较例制备得到的高强韧聚烯烃的管材的性能进行对比。

表1实验结果

从上述结果可以看出，本发明实施例1-3的聚烯烃管材的强度和韧度均能达到比较优异的水平，然而实施例4-6以及比较例1-3在制作管材的工艺中由于没有将各个参数控制在适宜的范围内，其强度和韧度会受到一定的影响。实施例5以及实施例6由于采用并不是本发明的偶联剂以及改性剂，对于其制备得到的管材的强度以及稳定性都会受到一定的影响。比较例1-比较例3也是由于改性剂以及制备保温层没有采用本发明特定的配方进行配合制备，所以其最终的保温性能以及管材的其他机械性能也不能达到最为优异的水平。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种高强韧聚烯烃管材，其特征在于，主要由三层管材卷制而成，其中从外至内依次为外保护层、保温层、以及聚乙烯管层构成；

所述外保护层为改性后的长度为3-6mm的玻璃纤维，所述保温层包括如下组分：以质量份数计，火山灰5-10份、玉米芯3-5份、竹纤维1-2份；

所述聚乙烯管层主要由以下组分制得：以质量份数计，PE-RT II型材料30-50份、改性剂3-5份、热稳定剂5-6份、偶联剂1-2份，所述改性剂为自然硅烷交联剂。

2.根据权利要求1所述的高强韧聚烯烃管材，其特征在于，所述热稳定剂为硬脂酸钙与亚磷酸脂的混合物，两者之间的质量比为1:1。

3.根据权利要求1所述的高强韧聚烯烃管材，其特征在于，所述偶联剂为硅烷交联助剂。

4.权利要求1-3任一项所述的高强韧聚烯烃管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备得到外保护层、保温层、以及聚乙烯管层，然后按照聚乙烯管层、保温层以及外保护层的顺序进行组合得到管材。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述外保护层的制备方法包括：将玻璃纤维浸泡在葡萄糖与多巴胺盐酸的混合溶液中，然后用去离子水洗净，采用硅烷偶联剂处理后得到改性后的玻璃纤维。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，葡萄糖的质量百分比浓度为40-50％，所述多巴胺盐酸的浓度为70-80％。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述外保护层的制备方法包括：玻璃纤维浸泡的时间为2-3h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯管层的制备方法包括：将PE-RT II型材料、改性剂在高转速700-850rpm的转速下混合，再加入热稳定剂以及偶联剂继续混合。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，加入热稳定剂以及偶联剂继续混合的时间为5-10min。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保温层的制备方法包括：将火山灰、玉米芯以及竹纤维搅拌混合。