CN116333404B - 一种高强度抗撞击hdpe电缆保护管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管及其制备方法，属于电缆保护管领域。本发明在制备HDPE电缆保护管的过程中加入了费托蜡、碳纤维和马来酸酐接枝乙烯‑辛烯共聚物，碳纤维嵌入HDPE基体中与其进行混合，有效增强复合材料的拉伸性能；而费托蜡在共混过程中易填充到纤维内部、纤维与基体之间的缝隙，使得HDPE分子链与碳纤维两者的界面结合处具有较大的范德华力与机械嵌合力，而加入的马来酸酐接枝乙烯‑辛烯共聚物可以起到引发和终止银纹的作用，进而吸收大量的能量，三种共同作用，提高了HDPE电缆保护管的抗拉伸性能和抗冲击性能。本发明还添加了三聚氰胺氰脲酸盐和云母粉增强了HDPE电缆保护管的断裂伸长率。
Description
技术领域
本发明属于电缆保护管领域，具体地，涉及一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管及其制备方法。
背景技术
HDPE(高密度聚乙烯)为白色粉末或颗粒状树脂，具有很好的耐磨性、电绝缘性、韧性、耐寒性以及抗老化性能等优点，可用做电缆绝缘材料，电力电缆保护管为采用特殊配方和加工工艺制造的新型塑料管道，以HDPE制备的电缆子管是设于电缆的外层的，具有保护电缆、防止电缆受到损伤、穿放电缆容易、施工简便、节省费用等一系列的作用，它极度符合现代城市的发展要求。随着城市大规模建设，电力资源需求越来越大，电缆在城市早已经从空中建设进化到了道路埋设，而且电缆的埋设必须要有电缆管道的铺设为基础工程，电力导管主要用作电缆护套，保护电缆不受外界损坏，确保用电安全。埋设在地下的电缆保护管既要承受地面上重物的压力和碰撞，又要防断裂，若电缆保护管其性能不佳，极易引发安全事故，造成不必要的人身及财产损失，因此对电缆保护管其性能进行严格把控，尤以提高其抗撞击性能便显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管及其制备方法，在制备HDPE电缆保护管的过程中加入了费托蜡、碳纤维和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，碳纤维嵌入HDPE基体中与其进行混合，有效增强复合材料的拉伸性能；而费托蜡在共混过程中易填充到纤维内部、纤维与基体之间的缝隙，使得HDPE分子链与碳纤维两者的界面结合处具有较大的范德华力与机械嵌合力，而加入的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物可以起到引发和终止银纹的作用，进而吸收大量的能量，三种共同作用，提高了HDPE电缆保护管的抗拉伸性能和抗冲击性能。本发明还添加了三聚氰胺氰脲酸盐和云母粉增强了HDPE电缆保护管的断裂伸长率，解决了现有技术中存在的HDPE电缆保护管抗冲击性能弱的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，所述HDPE电缆保护管包括如下重量份原料：
作为本发明的一种优选方案，所述HDPE电缆保护管的制备方法包括如下步骤：
S10、对碳纤维和云母粉进行预处理，得到预处理碳纤维和预处理混料；
S20、将HDPE、预处理碳纤维、费托蜡、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、预处理混料和十八烷酸混合均匀，挤出成型，得到HDPE电缆保护管。
作为本发明的一种优选方案，步骤S10中所述对碳纤维和云母粉进行预处理的步骤为：
S11、将碳纤维于丙酮溶液中浸泡，浸泡完成后用去离子水冲洗，接着控温烘干，将烘干后碳纤维和3-氨基丙基三乙氧基硅烷超声分散，分散完成后再控温烘干，得到预处理碳纤维，备用；
S12、将云母粉控温烘干，得到烘干后云母粉，备用；将三聚氰胺氰脲酸盐溶于无水乙醇并搅拌均匀，搅拌均匀后控速搅拌并少量多次加入烘干后云母粉，加完后继续搅拌，然后再控温烘干，得到预处理混料，备用。
作为本发明的一种优选方案，步骤S11中所述丙酮溶液的量为刚好没过碳纤维表面；所述浸泡的时间为1-1.5h；所述去离子水冲洗次数为4-5次。
作为本发明的一种优选方案，步骤S11中所述控温烘干的温度为60-65℃、时间为1.5-2h。
作为本发明的一种优选方案，步骤S11中所述超声分散条件为于20kHz下超声分散10-15mi n；所述再控温烘干的温度为60-65℃、时间为2-3h。
作为本发明的一种优选方案，步骤S12中所述控温烘干的温度为100-120℃、时间为22-24h；所述无水乙醇的用量为刚好将云母粉溶解。
作为本发明的一种优选方案，步骤S12中所述控速搅拌的速度为850-950rpm；所述继续搅拌的时间为10-15mi n。
作为本发明的一种优选方案，步骤S12中所述再控温烘干的温度为80-82℃、时间为0.5-1h。
作为本发明的一种优选方案，步骤S20中所述挤出成型的条件为：进料段温度为160-180℃，压缩段温度为200-220℃，塑化段温度为220-230℃，均化段温度为200-210℃，模具温度为180-200℃，冷却水温度为15-20℃，冷却定型真空度为0.3-0.4MPa。
本发明的有益效果：
(1)本发明加入了费托蜡、碳纤维和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，使制得的HDPE电缆保护管抗拉伸性能和抗冲击性能优异。这是因为，碳纤维嵌入HDPE基体中与其进行混合，会形成HDPE包裹碳纤维的结构，由于碳纤维具有较大长径比、较强的抗拉伸性能，当碳纤维与HDPE进行复合，可以通过两者的界面结合有效抵抗一部分外界应力，从而有效增强复合材料的拉伸性能；
同时，添加的费托蜡在复合材料结构中起粘连与填充作用，有助于使碳纤维在HDPE基体中分散更加均匀、复合材料结构更加紧密稳定，并且，费托蜡在共混过程中易填充到纤维内部、纤维与基体之间的缝隙，有效减少纤维与基体之间的缺陷，进一步改善碳纤维与基体界面，使得HDPE分子链与碳纤维两者的界面结合处具有较大的范德华力与机械嵌合力，而机械嵌合力能有效使一部分外界能量转化为热量，使材料内部的振动效应降低，此外，加入的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物可以起到引发和终止银纹的作用，进而吸收大量的能量，因此，在转化热量和吸收能量同时作用下，材料的阻尼系数会增大，阻尼系数越大减振性能就越大，同时，抗冲击强度也得到了提高。
(2)本发明加入了三聚氰胺氰脲酸盐和云母粉，三聚氰胺氰脲酸盐具有的反应基团活性好，易于与云母粉表面活性基团紧密结合，形成单分子活性层，此外，三聚氰胺氰脲酸盐的长端基与HDPE具有较好的相容性，可与HDPE分子链发生缠结，当缠结的聚合物受到外力拉伸时，HDPE体系中的应力会通过致密的缠结传递到其他分子链上起到分散效果，从而增强了HDPE电缆保护管的断裂伸长率。
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。
本发明所用的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物采购于绵阳金发科技股份有限公司，后续不做赘述。
实施例1
一种HDPE电缆保护管，包括如下重量份原料：
所述HDPE电缆保护管的制备方法包括如下步骤：
S10、称取上述重量份原料，并对碳纤维和云母粉进行预处理：
S11、将碳纤维于刚好没过碳纤维表面的丙酮溶液中浸泡1h，浸泡完成后用去离子水冲洗5次，接着控温60℃烘干1.5h，将烘干后碳纤维和3-氨基丙基三乙氧基硅烷于20kHz下超声分散15mi n，分散完成后再控温60℃烘干2h，得到预处理碳纤维，备用；
S12、将云母粉控温110℃烘干24h，得到烘干后云母粉，备用；向三聚氰胺氰脲酸盐中加入无水乙醇并搅拌均匀使其刚好溶解，搅拌均匀后控速850rpm搅拌，并少量多次加入烘干后云母粉，加完后继续搅拌10mi n，然后再控温81℃烘干1h，得到预处理混料，备用；
S20、将HDPE、预处理碳纤维、费托蜡、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、预处理混料和十八烷酸混合均匀，调控进料段温度为160℃，压缩段温度为220℃，塑化段温度为220℃，均化段温度为210℃，模具温度为200℃，冷却水温度为15℃，冷却定型真空度为0.3MPa，挤出成型，得到HDPE电缆保护管。
实施例2
一种HDPE电缆保护管，包括如下重量份原料：
所述HDPE电缆保护管的制备方法包括如下步骤：
S10、称取上述重量份原料，并对碳纤维和云母粉进行预处理：
S11、将碳纤维于刚好没过碳纤维表面的丙酮溶液中浸泡1h，浸泡完成后用去离子水冲洗4次，接着控温63℃烘干2h，将烘干后碳纤维和3-氨基丙基三乙氧基硅烷于20kHz下超声分散10mi n，分散完成后再控温65℃烘干2.5，得到预处理碳纤维，备用；
S12、将云母粉控温120℃烘干23h，得到烘干后云母粉，备用；向三聚氰胺氰脲酸盐中加入无水乙醇并搅拌均匀使其刚好溶解，搅拌均匀后控速900rpm搅拌，并少量多次加入烘干后云母粉，加完后继续搅拌13mi n，然后再控温80℃烘干1h，得到预处理混料，备用；
S20、将HDPE、预处理碳纤维、费托蜡、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、预处理混料和十八烷酸混合均匀，调控进料段温度为170℃，压缩段温度为200℃，塑化段温度为230℃，均化段温度为200℃，模具温度为180℃，冷却水温度为18℃，冷却定型真空度为0.4MPa，挤出成型，得到HDPE电缆保护管。
实施例3
一种HDPE电缆保护管，包括如下重量份原料：
所述HDPE电缆保护管的制备方法包括如下步骤：
S10、称取上述重量份原料，并对碳纤维和云母粉进行预处理：
S11、将碳纤维于刚好没过碳纤维表面的丙酮溶液中浸泡1.5h，浸泡完成后用去离子水冲洗5次，接着控温65℃烘干2h，将烘干后碳纤维和3-氨基丙基三乙氧基硅烷于20kHz下超声分散12mi n，分散完成后再控温60℃烘干3h，得到预处理碳纤维，备用；
S12、将云母粉控温100℃烘干22h，得到烘干后云母粉，备用；向三聚氰胺氰脲酸盐中加入无水乙醇并搅拌均匀使其刚好溶解，搅拌均匀后控速950rpm搅拌，并少量多次加入烘干后云母粉，加完后继续搅拌15mi n，然后再控温82℃烘干0.5h，得到预处理混料，备用；
S20、将HDPE、预处理碳纤维、费托蜡、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、预处理混料和十八烷酸混合均匀，调控进料段温度为180℃，压缩段温度为210℃，塑化段温度为230℃，均化段温度205℃，模具温度为190℃，冷却水温度为20℃，冷却定型真空度为0.4MPa，挤出成型，得到HDPE电缆保护管。
对比例1-6
与实施例3相比，对比例1-6中费托蜡、碳纤维和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物添加的重量份如表1所示，其余操作步骤和参数均不变。
表1
对比例7
与实施例3相比，对比例7中三聚氰胺氰脲酸盐烷添加的重量份为0.7，其余操作步骤和参数均不变。
对比例8
与实施例3相比，对比例8中三聚氰胺氰脲酸盐烷添加的重量份为1.5，其余操作步骤和参数均不变。
对比例9
与实施例3相比，对比例9中云母粉添加的重量份为8，其余操作步骤和参数均不变。
对比例10
与实施例3相比，对比例10中云母粉添加的重量份为14，其余操作步骤和参数均不变。
性能检测
(1)根据GB/T 1843-2008，对实施例1-3和对比例1-6制得的HDPE电缆保护管进行缺口冲击强度检测，其结果如表2所示。
(2)根据GB/T 1040-2006，对实施例1-3和对比例1-6制得的HDPE电缆保护管进行拉伸性能测试，其结果如表2所示。
(3)根据GB/T 8804.3-2003，对实施例1-3和对比例7-10制得的HDPE电缆保护管进行断裂伸长率测试，其结果如表3所示。
表2
| 缺口冲击强度(J/m) | 拉伸性能(MPa) | |
| 实施例1 | 50.1 | 31.8 |
| 实施例2 | 50.2 | 32.0 |
| 实施例3 | 50.5 | 32.1 |
| 对比例1 | 47.1 | 30.6 |
| 对比例2 | 47.3 | 30.8 |
| 对比例3 | 45.4 | 28.5 |
| 对比例4 | 45.9 | 28.7 |
| 对比例5 | 47.8 | 30.6 |
| 对比例6 | 47.7 | 30.9 |
表3
由表2所示，本发明制得的HDPE电缆保护管抗拉伸性能和抗冲击性能优异。这是因为，本发明加入了费托蜡、碳纤维和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，碳纤维嵌入HDPE基体中与其进行混合，会形成HDPE包裹碳纤维的结构，由于碳纤维具有较大长径比、较强的抗拉伸性能，当碳纤维与HDPE进行复合，可以通过两者的界面结合有效抵抗一部分外界应力，从而有效增强复合材料的拉伸性能；而费托蜡能有效减少纤维与基体之间的缺陷，进一步改善碳纤维与基体界面，使得HDPE分子链与碳纤维两者的界面结合处具有较大的范德华力与机械嵌合力，此外，加入的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物可以起到引发和终止银纹的作用，进而吸收大量的能量，三种共同作用，提高了HDPE电缆保护管的抗拉伸性能和抗冲击性能。
由表3所示，本发明制得的HDPE电缆保护管断裂伸长率突出，本发明加入了三聚氰胺氰脲酸盐和云母粉，三聚氰胺氰脲酸盐具有的反应基团活性好，易于与云母粉表面活性基团紧密结合，形成单分子活性层，此外，三聚氰胺氰脲酸盐的长端基与HDPE具有较好的相容性，可与HDPE分子链发生缠结，当缠结的聚合物受到外力拉伸时，HDPE体系中的应力会通过致密的缠结传递到其他分子链上起到分散效果，从而增强了HDPE的断裂伸长率。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，其特征在于，所述HDPE电缆保护管包括如下重量份原料：
所述HDPE电缆保护管的制备方法包括如下步骤：
S10、对碳纤维和云母粉进行预处理，得到预处理碳纤维和预处理混料；
S20、将HDPE、预处理碳纤维、费托蜡、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、预处理混料和十八烷酸混合均匀，挤出成型，得到HDPE电缆保护管；
步骤S10中所述对碳纤维和云母粉进行预处理的步骤为：
S11、将碳纤维于丙酮溶液中浸泡，浸泡完成后用去离子水冲洗，接着控温烘干，将烘干后碳纤维和3-氨基丙基三乙氧基硅烷超声分散，分散完成后再控温烘干，得到预处理碳纤维，备用；
所述丙酮溶液的量为刚好没过碳纤维表面；所述超声分散条件为于20kHz下超声分散10-15min；
S12、将云母粉控温烘干，得到烘干后云母粉，备用；将三聚氰胺氰脲酸盐溶于无水乙醇并搅拌均匀，搅拌均匀后控速搅拌并加入烘干后云母粉，加完后继续搅拌，然后再控温烘干，得到预处理混料，备用；
步骤S20中所述挤出成型的条件为：进料段温度为160-180℃，压缩段温度为200-220℃，塑化段温度为220-230℃，均化段温度为200-210℃，模具温度为180-200℃，冷却水温度为15-20℃，冷却定型真空度为0.3-0.4MPa。
2.根据权利要求1所述的一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，其特征在于，步骤S11中所述浸泡的时间为1-1.5h；所述去离子水冲洗次数为4-5次。
3.根据权利要求1所述的一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，其特征在于，步骤S11中所述控温烘干的温度为60-65℃、时间为1.5-2h。
4.根据权利要求1所述的一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，其特征在于，步骤S11中所述再控温烘干的温度为60-65℃、时间为2-3h。
5.根据权利要求1所述的一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，其特征在于，步骤S12中所述控温烘干的温度为100-120℃、时间为22-24h；所述无水乙醇的用量为刚好将云母粉溶解。
6.根据权利要求1所述的一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，其特征在于，步骤S12中所述控速搅拌的速度为850-950rpm；所述继续搅拌的时间为10-15min。
7.根据权利要求1所述的一种高强度抗撞击HDPE电缆保护管，其特征在于，步骤S12中所述再控温烘干的温度为80-82℃、时间为0.5-1h。
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