CN116120697A - 一种高环刚度缠绕结构壁b型克拉管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管及其制备方法，属于克拉管技术领域，包括基管以及缠绕在基管侧壁的缠绕层；所述基管包括如下重量份原料：改性聚丙烯70‑80份、玻璃纤维微珠15‑20份、超细活性滑石粉15‑20份、超细活性碳酸钙15‑20份、相容剂2‑3份、增韧剂2‑3份、色母0‑10份；所述缠绕层包括如下重量份原料：超高分子量聚乙烯50‑60份、高密度聚乙烯20‑30份、玻璃纤维微珠10‑15份、超细活性滑石粉5‑10份、抗氧剂0.5‑0.8份、相容剂1‑3份、抗冲改性剂1‑3份、色母0‑10份；本发明制备的克拉管具备更高的环刚度，环刚度可以达到40kN/m2以上。

Description

一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管及其制备方法
技术领域
本发明属于克拉管技术领域，具体涉及一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管及其制备方法。
背景技术
B型克拉管即热态缠绕成型高密度聚乙烯(HDPE)缠绕结构壁管。采用无毒无害的高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)波纹管为骨架管的管材，混合一定比例色母料等材料进行科学均匀配比制成具有较高抗外压能力的特殊结构壁管材；其应用领域包括：1)排污系统；2)排水系统；3)储罐与容器；4)管路整修；5)特殊应用，热态缠绕壁缠绕管还可以做特殊的用途像通风，通道等。
目前埋地用B型克拉管，特别是大口径B型克拉管应用的最大问题是环刚度低，抗外压能力差，往往会因外压负载过大而造成管材压曲变形，给很多大中城市应用塑料地下排水管道带来一定的限制，这极大地限制了其应用范围。如何有效提高管材的环刚度，并维持其他性能在合格范围内；是一个亟待考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管及其制备方法，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：
一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，包括基管以及缠绕在基管侧壁的缠绕层；
所述基管包括如下重量份原料：改性聚丙烯70-80份、玻璃纤维微珠15-20份、超细活性滑石粉15-20份、超细活性碳酸钙15-20份、相容剂2-3份、增韧剂2-3份、色母0-10份；
所述缠绕层包括如下重量份原料：超高分子量聚乙烯50-60份、高密度聚乙烯20-30份、玻璃纤维微珠10-15份、超细活性滑石粉5-10份、抗氧剂0.5-0.8份、相容剂1-3份、抗冲改性剂1-3份、色母0-10份；
进一步地，所述玻璃纤维微珠通过如下步骤制备：
步骤一、将空心玻璃微珠和玻璃纤维经过酸化处理，酸化处理后和体积分数95％的乙醇水溶液混合，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至50℃，搅拌反应24h，反应结束后，经过过滤、干燥，得到氨基化填料；空心玻璃微珠和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为5：1；
步骤二、将二乙烯三胺和甲醇混合，在氮气保护、冰水浴条件下，边搅拌边加入丙烯酸甲酯，搅拌反应6h，反应结束后，在60℃、真空条件下旋蒸至质量不变，得到支化中间产物；丙烯酸甲酯、二乙烯三胺和甲醇的用量比为1mo l：1mo l：100mL；
步骤三、将氨基化填料和支化中间产物混合，设置温度为60℃搅拌30mi n，然后升温至100℃搅拌2h，升温至130℃搅拌2h，搅拌结束后，经过过滤、洗涤、干燥，得到玻璃纤维微珠。氨基化填料和支化中间产物的质量比为1：5。玻璃纤维作为强化塑料的补强材料时，最大的特征是抗拉强度大，耐热性能好，但缺点是脆性非常高；玻璃微珠为一种中空密闭的正球形、粉末状轻质填充材料，配合玻璃纤维提高产品性能，同时可以改善玻璃纤维外露的现象，改善流动性能。而玻璃微珠由于粒径较大与基体界面结合力低，在受到外力作用时在应力集中处还未形成微裂纹玻璃微珠就已经从基质中脱落，尤其当分散情况较差，分散界面结合性差，更容易导致其冲击强度大幅度降低。
进一步地，空心玻璃微珠和玻璃纤维的质量比为8：5。
进一步地，酸化处理包括如下步骤：
将空心玻璃微珠和玻璃纤维加入浓度为2mol/L的盐酸水溶液中，设置温度为80℃，搅拌8h，搅拌结束后，加入氢氧化钠水溶液调节pH值为8左右，经过离心分离、烘干即可。
进一步地，所述改性聚丙烯，通过如下步骤制备：
将嵌段共聚聚丙烯颗粒、均聚聚丙烯颗粒和三元乙丙橡胶颗粒加入到球磨罐中，然后用不锈钢磨球，球磨3-5h，得到改性聚丙烯。
进一步地，嵌段共聚聚丙烯颗粒、均聚聚丙烯颗粒和三元乙丙橡胶颗粒的质量比为10：3：1。聚丙烯具有耐热性、耐腐蚀性，但是聚丙烯冲击性差，韧性不够好，通过加入三元乙丙橡胶提高聚丙烯的韧性和耐冲击性。
进一步地，增韧剂为CPE增韧剂；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；色母为黑色色母粒、蓝色色母粒中的一种；所述抗冲改性剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，所述抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
进一步地，所述超细活性滑石粉的粒径≤6.5μm，超细活性碳酸钙的粒径≤6.5μm。
进一步地，超高分子量聚乙烯的分子量为300万，密度为0.94g/cm3，粒度60目；高密度聚乙烯的相对密度为0.94-0.96g/cm3。
一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管的制备方法，包括如下步骤：
第一步、按照重量份称取基管原料：将称好的原料搅拌加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，将成型模具表面温度加热至110-130℃，然后将从螺杆挤出机中挤出的第一混合物缠绕包覆在成型模具表面，冷却放置3-5h；形成基管；
第二步、按照重量份称取缠绕层原料，将称好的原料加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，再次加热成型模具，使得基管表面熔化，然后将从螺杆挤出机中挤出的第二混合物缠绕包覆在基管表面，在基管外部粘接形成包覆层，冷却后得到一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管。
进一步地，第一步中加热混合的温度为200-220℃，第一步中的挤出温度为180-200℃；第二步中加热混合的温度为210-230℃，第二步的挤出温度为150-160℃。
本发明的有益效果：
本发明制备了一种一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，通过对成分进行调节提高产品性能，具体的通过对空心玻璃微珠和玻璃纤维进行处理，提高其在聚合物基体中的分散性，增强界面作用。在基管中玻璃纤维微珠可以提高改性聚丙烯中原料的混合效果，此外，玻璃纤维微珠表面的支化结构可以提高原料之间的交联程度，进一步改善机械性能；玻璃纤维微珠的支化结构与大分子材料的分子链相互缠绕和反应，可以增强界面相互作用；在缠绕层中玻璃纤维微珠作为补强填料，提高抗拉强度，增强克拉管的环刚度。制备的克拉管具备更高的环刚度，环刚度可以达到40kN/m2以上。
玻璃纤维微珠、超细活性滑石粉和超细活性碳酸钙作为填料，可以均匀地分散在有机基体中，形成应力集中点，能够充分地吸收冲击力，使材料在受到外部作用力时不发生结构性破坏，吸收冲击形变能，进而起到明显的增强和增刚作用。
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。
一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，包括基管以及缠绕在基管侧壁的缠绕层。
实施例1
本实施例提供了一种玻璃纤维微珠，通过如下步骤制备：
步骤一、将空心玻璃微珠和玻璃纤维加入浓度为2mo l/L的盐酸水溶液中，设置温度为80℃，搅拌8h，搅拌结束后，加入氢氧化钠水溶液调节pH值为8左右，经过离心分离、烘干即可；将经过酸化处理的空心玻璃微珠和玻璃纤维和体积分数95％的乙醇水溶液混合，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至50℃，搅拌反应24h，反应结束后，经过过滤、干燥，得到氨基化填料；空心玻璃微珠和玻璃纤维的质量比为8：5；空心玻璃微珠和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为5：1
步骤二、将二乙烯三胺和甲醇混合，在氮气保护、冰水浴条件下，边搅拌边加入丙烯酸甲酯，搅拌反应6h，反应结束后，在60℃、真空条件下旋蒸至质量不变，得到支化中间产物；丙烯酸甲酯、二乙烯三胺和甲醇的用量比为1mo l：1mo l：100mL；
步骤三、将氨基化填料和支化中间产物混合，设置温度为60℃搅拌30mi n，然后升温至100℃搅拌2h，升温至130℃搅拌2h，搅拌结束后，经过过滤、洗涤、干燥，得到玻璃纤维微珠。氨基化填料和支化中间产物的质量比为1：5。
对比例1
将空心玻璃微珠和玻璃纤维加入浓度为2mo l/L的盐酸水溶液中，设置温度为80℃，搅拌8h，搅拌结束后，加入氢氧化钠水溶液调节pH值为8左右，经过离心分离、烘干即可；将经过酸化处理的空心玻璃微珠和玻璃纤维和体积分数95％的乙醇水溶液混合，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至50℃，搅拌反应24h，反应结束后，经过过滤、干燥，得到氨基化填料；空心玻璃微珠和玻璃纤维的质量比为8：5；
实施例2
制备改性聚丙烯：
将嵌段共聚聚丙烯颗粒、均聚聚丙烯颗粒和三元乙丙橡胶颗粒加入到球磨罐中，然后用不锈钢磨球，球磨5h，得到改性聚丙烯。嵌段共聚聚丙烯颗粒、均聚聚丙烯颗粒和三元乙丙橡胶颗粒的质量比为10：3：1。
实施例3
一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管的制备方法，包括如下步骤：
第一步、按照重量份称取基管原料：实施例2制备的改性聚丙烯70份、实施例1制备的玻璃纤维微珠15份、超细活性滑石粉15份、超细活性碳酸钙15份、马来酸酐接枝聚丙烯2份、CPE增韧剂2份；将称好的原料搅拌加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，将成型模具表面温度加热至110℃，然后将从螺杆挤出机中挤出的第一混合物缠绕包覆在成型模具表面，冷却放置3h；形成基管；加热混合的温度为200℃；挤出温度为180℃；
第二步、按照重量份称取缠绕层原料，超高分子量聚乙烯50份、高密度聚乙烯20份、玻璃纤维微珠10份、超细活性滑石粉5份、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯0.5份、马来酸酐接枝聚丙烯1份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物1份；将称好的原料加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，再次加热成型模具，使得基管表面熔化，然后将从螺杆挤出机中挤出的第二混合物缠绕包覆在基管表面，在基管外部粘接形成包覆层，冷却后得到一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管。热混合的温度为210℃，挤出温度为150℃。
实施例4
一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管的制备方法，包括如下步骤：
第一步、按照重量份称取基管原料：实施例2制备的改性聚丙烯80份、实施例1制备的玻璃纤维微珠20份、超细活性滑石粉20份、超细活性碳酸钙20份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、CPE增韧剂3份、黑色色母粒10份；将称好的原料搅拌加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，将成型模具表面温度加热至130℃，然后将从螺杆挤出机中挤出的第一混合物缠绕包覆在成型模具表面，冷却放置5h；形成基管；加热混合的温度为220℃；挤出温度为200℃；
第二步、按照重量份称取缠绕层原料，超高分子量聚乙烯60份、高密度聚乙烯30份、玻璃纤维微珠15份、超细活性滑石粉10份、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯0.8份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物3份、黑色色母粒10份；将称好的原料加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，再次加热成型模具，使得基管表面熔化，然后将从螺杆挤出机中挤出的第二混合物缠绕包覆在基管表面，在基管外部粘接形成包覆层，冷却后得到一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管。热混合的温度为230℃，挤出温度为160℃。
实施例5
一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管的制备方法，包括如下步骤：
第一步、按照重量份称取基管原料：实施例2制备的改性聚丙烯80份、实施例1制备的玻璃纤维微珠20份、超细活性滑石粉20份、超细活性碳酸钙20份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、CPE增韧剂3份；将称好的原料搅拌加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，将成型模具表面温度加热至130℃，然后将从螺杆挤出机中挤出的第一混合物缠绕包覆在成型模具表面，冷却放置5h；形成基管；加热混合的温度为220℃；挤出温度为200℃；
第二步、按照重量份称取缠绕层原料，超高分子量聚乙烯60份、高密度聚乙烯30份、玻璃纤维微珠15份、超细活性滑石粉10份、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯0.8份、马来酸酐接枝聚丙烯3份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物3份；将称好的原料加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，再次加热成型模具，使得基管表面熔化，然后将从螺杆挤出机中挤出的第二混合物缠绕包覆在基管表面，在基管外部粘接形成包覆层，冷却后得到一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管。热混合的温度为230℃，挤出温度为160℃。
对比例2
本对比例与实施例5相比，将玻璃纤维微珠替换成对比例1制备的样品，其余原料及制备过程与实施例5保持相同。
对实施例3-实施例5和对比例2进行性能测试，其中，环刚度根据GB/T9647-2015实验方法进行测试；拉伸强度根据GB/T8804.2进行试验；结果如表1所示：
表1
项目 实施例3 实施例4 实施例5 对比例2
<![CDATA[环刚度/(kN/m<sup>2</sup>)]]> 40.3 40.4 40.6 38.4
拉伸强度/MPa 42.8 42.9 43.1 40.5
由表1可以看出，本发明制备的克拉管具备更高的环刚度，环刚度可以达到40kN/m2以上。
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)

1.一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，其特征在于，包括基管以及缠绕在基管侧壁的缠绕层；
所述基管包括如下重量份原料：改性聚丙烯70-80份、玻璃纤维微珠15-20份、超细活性滑石粉15-20份、超细活性碳酸钙15-20份、相容剂2-3份、增韧剂2-3份、色母0-10份；
所述缠绕层包括如下重量份原料：超高分子量聚乙烯50-60份、高密度聚乙烯20-30份、玻璃纤维微珠10-15份、超细活性滑石粉5-10份、抗氧剂0.5-0.8份、相容剂1-3份、抗冲改性剂1-3份、色母0-10份；
所述玻璃纤维微珠通过如下步骤制备：
步骤一、将空心玻璃微珠和玻璃纤维经过酸化处理，酸化处理后和体积分数95％的乙醇水溶液混合，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至50℃，搅拌反应24h，得到氨基化填料；
步骤二、将二乙烯三胺和甲醇混合，在氮气保护、冰水浴条件下，边搅拌边加入丙烯酸甲酯，搅拌反应6h，得到支化中间产物；
步骤三、将氨基化填料和支化中间产物混合，设置温度为60℃搅拌30min，然后升温至100℃搅拌2h，升温至130℃搅拌2h，得到玻璃纤维微珠。
2.根据权利要求1所述的一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，其特征在于，空心玻璃微珠和玻璃纤维的质量比为8：5。
3.根据权利要求1所述的一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，其特征在于，所述改性聚丙烯，通过如下步骤制备：
将嵌段共聚聚丙烯颗粒、均聚聚丙烯颗粒和三元乙丙橡胶颗粒加入到球磨罐中，然后用不锈钢磨球，球磨3-5h，得到改性聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，其特征在于，增韧剂为CPE增韧剂；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；色母为黑色色母粒、蓝色色母粒中的一种；所述抗冲改性剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，所述抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
5.根据权利要求1所述的一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，其特征在于，所述超细活性滑石粉的粒径≤6.5μm，超细活性碳酸钙的粒径≤6.5μm。
6.根据权利要求1所述的一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管，其特征在于，超高分子量聚乙烯的分子量为300万，密度为0.94g/cm3，粒度60目；高密度聚乙烯的相对密度为0.94-0.96g/cm3。
7.根据权利要求1所述的一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、按照重量份称取基管原料：将称好的原料搅拌加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，将成型模具表面温度加热至110-130℃，然后将从螺杆挤出机中挤出的第一混合物缠绕包覆在成型模具表面，冷却放置3-5h；形成基管；
第二步、按照重量份称取缠绕层原料，将称好的原料加热混合，混合好后投入螺杆挤出机中，再次加热成型模具，使得基管表面熔化，然后将从螺杆挤出机中挤出的第二混合物缠绕包覆在基管表面，在基管外部粘接形成包覆层，冷却后得到一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管。
8.根据权利要求7所述的一种高环刚度缠绕结构壁B型克拉管的制备方法，其特征在于，第一步中加热混合的温度为200-220℃，第一步中的挤出温度为180-200℃；第二步中加热混合的温度为210-230℃，第二步的挤出温度为150-160℃。
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