CN116164189A - 一种磷石膏阻燃改性复合管 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及磷石膏回收利用技术领域，具体公开了一种磷石膏阻燃改性复合管，包括经过焊接处理并位于中间层的钢带，在钢带的内层以及外层使用改性的磷石膏聚乙烯作为填料的阻燃层，在阻燃层与钢带之间使用粘胶层进行连接。本专利的目的在于解决磷石膏大量堆放，造成环境污染，将磷石膏改性过后应用到管材领域，不仅能使塑料管材达到阻燃效果，还能增加磷石膏固废利用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及磷石膏回收利用技术领域，特别涉及一种磷石膏阻燃改性复合管。
背景技术
磷石膏是生产磷肥和磷酸过程中产生的一种大宗工业固体废弃物,平均每生产1t湿法磷酸就会产生4.5t-5.5t的磷石膏，其综合利用是一项世界性难题，全球综合利用率不到8％。多年来，巨量磷石膏主要采取堆存方式处理，但是大量堆放的磷石膏对生态环境造成严重污染，为此将废弃磷石膏变身建材产品，是目前消纳磷石膏的主要途径之一。
由于磷石膏具有较好的阻燃性能，现阶段尝试将磷石膏改性用于阻燃管材的生产中，以减少磷石膏堆存带来的土地占用和环境污染，同时将磷石膏改性过后应用到管材领域，不仅能使管材达到阻燃效果，还能提升磷石膏制品的产品附加值，实现工业废渣的高值化应用。
发明内容
针对现有技术不足，本发明是提供一种磷石膏阻燃改性复合管，解决磷石膏大量堆放，造成污染，将磷石膏改性过后应用到管材领域，不仅能使塑料管材达到阻燃效果，还能增加磷石膏固废利用的问题。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种磷石膏阻燃改性复合管，包括经过焊接处理并位于中间层的钢带，在钢带的内层以及外层使用改性的磷石膏聚乙烯作为填料的阻燃层，在阻燃层与钢带之间使用粘胶层进行连接。
本方案的原理是：
将改性后的磷石膏作为填料加入到塑料内，再使用挤出机将钢带的内层以及外层涂覆加入有改性磷石膏的塑料，以达到管材阻燃的目的，改性后的磷石膏管材通过挤出成型的方法复合成一体。
本方案产生的有益效果是：
本申请方案中，通过将磷石膏进行改性，将改性后的磷石膏作为填料添加进阻燃层内，使得阻燃层的阻燃效果大大提升；其次将磷石膏作为填料，应用在复合管材中，大大提升了磷石膏的回收利用。
进一步，所述阻燃层所使用的改性磷石膏为磷酸工业副产的二水磷石膏(CaSO4·2H2O)，二水磷石膏经过脱水改性得到的无水磷石膏粉末，磷石膏的脱水改性采用磷石膏水热脱水方法，具体步骤如下，将常温下经初步水洗过的磷石膏干粉，按固液比1.3放至高压釜中，分别加入水、2％浓度的盐酸、2％浓度的盐酸+2％浓度的NaCl溶液，密封后放入程序控温加热炉中，在160℃的温度环境下进行水热反应60min。水热处理完毕后将浆料自然冷却至室温，经过滤、洗涤、干燥后，用X-荧光光谱仪测定水热产物元素成分含量、用扫描电镜测定水热产物形貌，从电子扫描电镜图分析，随着水热温度的升高、水热时间的延长、固液比下降，所得产品的晶体形状逐渐由无定形变化为比较坚实的板状晶体，进而得出结论在水热时间长、水热温度高、固液比小时，杂质元素含量较小，有利于磷石膏的除杂。
进一步，无水磷石膏脱水后符合满足GB/T23456分级中的一级、二级指标的要求
进一步，阻燃层使用质量30份的线性聚乙烯和质量20份的高密度聚乙烯树脂作为原材料，并加入添加剂，经过改性炼制的交联聚乙烯，添加剂为5份质量的抗氧剂、5份质量的色母、10份质量的相容剂，改性炼制采用密炼机进行密炼，炼制的交联聚乙烯性能符合GB/T18992.1-2003中第五章给出的要求“将交联聚乙烯管用材料制成管材，按照GB/T6111-2003试验方法和GB/T18252-2000的要求在至少四个不同温度下做长期静液压试验。试验数据按照GB/T18252-2000标准方法计算得到不同温度仪、不同时间的бLCL值并做出改材料的蠕变破坏曲线。将材料的入编破坏曲线与本标准附录A中给出的PE-X预测静液压强度参照曲线相比较，试验结果的бLCL的值在全部范围内均应高于参照曲线上的是对应值。”
进一步，粘胶层为乙烯共聚物，粘胶层的密度大于0.915g/cm3，熔点大于120/摄氏度。
进一步，钢带的延伸率为30％～35％，抗拉强度为275MPa～280MPa。
进一步，磷石膏的剥离强度为大于100N/25mm，按照GB/T2790或GB/T2791规定的试验方法进行试验。
进一步，磷石膏的内壁静摩擦系数小于0.35μ，使得线缆在磷石膏复合管内穿束时，线缆传输更为顺畅。
附图说明
图1为本发明复合管结构示意图。
说明书附图中的附图标记包括：
钢带1、焊缝1-1、粘胶层2、阻燃层3。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一基本如附图1所示：
将磷酸工业副产的二水磷石膏经过脱水改性得到无水磷石膏粉末，脱水方法采用水热法，水热法的步骤如下：将常温下经过初步水洗过的磷石膏干粉，按照固液比3:1的比例放置到高压釜中，然后分别加入水、2％浓度的盐酸、2％浓度的盐酸+2％浓度的NaCl溶液，密封后放入程序控温加热炉中，在160℃的温度环境下进行水热反应60min。水热处理完毕后将浆料自然冷却至室温，经过滤、洗涤、干燥后，用X-荧光光谱仪测定水热产物元素成分含量、用扫描电镜测定水热产物形貌，最终从电子扫描电镜图分析，随着水热温度的升高、水热时间的延长、固液比下降，所得产品的晶体形状逐渐由无定形变化为比较坚实的板状晶体，进而进而得出结论在水热时间长、水热温度高、固液比小时，杂质元素含量较小，有利于磷石膏的除杂。
脱水后的磷石膏性能要求如下表所示，满足一级或者二级的指标要求。
将脱水完毕的15份磷石膏粉末加入到30份的线性聚乙烯和20份的高密度聚乙烯树脂内，并添加抗氧剂5份、相容剂10份、色母5份，并加入30份的EVA材料进行混合，并使用密炼机进行密炼，密炼形成交联聚乙烯，将上述材料混合密炼后所生产的复合管经过检测，溶脂性能为0.5，冲击性能为48，拉伸性能为21，阻燃性能为36，综合比对各项数据，阻燃性以及冲击性指标较高，优先选用此比例，交联聚乙烯的性能符合GB/T18992.1-2003中第五章的要求。
交联聚乙烯的性能要求：“将交联聚乙烯管用材料制成管材，按照GB/T6111-2003试验方法和GB/T18252-2000的要求在至少四个不同温度下做长期静液压试验。试验数据按照GB/T18252-2000标准方法计算得到不同温度仪、不同时间的бLCL值并做出改材料的蠕变破坏曲线。将材料的入编破坏曲线与本标准附录A中给出的PE-X预测静液压强度参照曲线相比较，试验结果的бLCL的值在全部范围内均应高于参照曲线上的是对应值。”
在10℃至95℃温度范围内的最小预期静液压强度参照曲线可由于下述方程求出：
式中：
t---破坏时间，单位为小时(h)；
T---温度，单位为开尔文(K)；
σ---管材的静液压应力(环应力)，单位为兆帕(MPa)。
钢带的表面需要进行初步处理，包括酸洗、磷化和喷丸处理，其次将钢带通过钢管成型设备加工成圆形，采用钨极氩弧焊进行焊接，然后由内层的挤出机将交联聚乙烯和粘胶层熔覆到钢管的内壁上，再将外层的交联聚乙烯和粘胶层被挤出机挤压到钢管外壁，随后使用风冷环和水的逐步冷却使连续生产的复合管材被定径。
粘胶层为热熔胶，粘胶层是乙烯共聚物，粘胶层的密度≥0.915g/cm3，粘胶层的熔点≥120℃。熔覆交联聚乙烯的管材内壁静摩擦系数不大于0.35μ，管材的玻璃强度值不小于100N/25mm。
实施例二：将脱水完毕的磷石膏采用20份，EVA采用25份，聚乙烯7042采用15份，聚乙烯8320采用15份，相容剂采用15份，抗氧剂采用15份，色母采用5份，将上述材料混合密炼，所生产的复合管道经过检测，溶脂性能为0.4，冲击性能为40，拉伸性能为19.5，阻燃性能为32，综合比对各项数据，发现复合管合格。
对照试验组：
对照试验一：将脱水完毕的磷石膏采用25份，EVA采用30份，聚乙烯7042采用10份，聚乙烯8320采用10份，相容剂采用10份，抗氧剂采用10份，色母采用5份，将上述总量为100份的材料进行混合，将混合后的用密炼机进行密炼，密炼形成交联聚乙烯，并通过挤出机将密炼后的交联聚乙烯附着在钢管上形成复合管，此时通过检测复合管的的性能，复合管道的溶脂性能为0.4，冲击性能为32，拉伸性能为19，阻燃性能为32，通过上述数据发现冲击性能较低，该材料比例所生产的复合管道不合格。
对照试验二：磷石膏采用20份，EVA采用30份，聚乙烯7042采用10份，聚乙烯8320采用15份，相容剂采用10份，抗氧剂采用10份，色母采用5份，将上述材料混合密炼后所生产的复合管经过检测，溶脂性能为0.5，冲击性能为42，拉伸性能为19，阻燃性能为33，经过数据比对发现，阻燃性指标以及冲击性指标虽然达标，但是拉伸性指数偏低，会导致复合管在使用过程中容易损坏，所以该比例生产的复合管不合格。
表1：阻燃磷石膏改性PE试验
表2：阻燃磷石膏改性PE试验检测指标
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：包括经过焊接处理并位于中间层的钢带，在钢带的内层以及外层使用改性的磷石膏聚乙烯作为填料的阻燃层，在阻燃层与钢带之间使用粘胶层进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：所述阻燃层所使用的磷石膏为磷酸工业副产的二水磷石膏，二水磷石膏经过脱水改性得到的无水磷石膏粉末。
3.根据权利要求2所述的一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：所述无水磷石膏脱水后符合GB/T23456分级中的一级、二级。
4.根据权利要求1所述的一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：所述阻燃层使用质量为15～30份的线性聚乙烯和质量为15～30份的高密度聚乙烯树脂，并加入添加剂，并经过改性炼制的交联聚乙烯，添加剂为5～15份质量的抗氧剂、5～6份质量的色母、10～15份质量的相容剂。
5.根据权利要求1所述的一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：所述粘胶层为乙烯共聚物，粘胶层的密度大于0.915g/cm3，熔点大于120/摄氏度。
6.根据权利要求1所述的一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：所述钢带的延伸率为30％～35％，抗拉强度为275MPa～280MPa。
7.根据权利要求1所述的一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：所述磷石膏的剥离强度为100N/25mm。
8.根据权利要求1所述的一种磷石膏阻燃改性复合管，其特征在于：所述磷石膏的内壁静摩擦系数为0.35μ。
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