CN116589771A - 一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，属于波纹管技术领域，包括如下重量份原料：高密度聚乙烯100份、改性玄武岩纤维8‑10份、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物7‑8份、润滑剂1‑2份；本发明通过加入改性玄武岩纤维增强双壁波纹管道的环刚度和环柔性，并通过对玄武岩纤维进行改性，改善材料的加工性能，赋予材料良好的刚性强度和较高弯曲弹性模量，从而也使波纹管具有较高的强度、韧度以及承载能力。以玄武岩纤维负载二氧化钛为原料，用以应对双壁波纹管道的紫外老化情况，而且，选用玄武岩纤维负载二氧化钛作为改性基体，能增大于高密度聚乙烯等原料的接触面积，提高结合强度。

Description

一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道
技术领域
本发明属于波纹管技术领域，具体涉及一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道。
背景技术
双壁波纹管，由外管和内管组成，是一种具有环状结构外壁和平滑内壁的管材。由于高密度聚乙烯(HDPE)是一种具有优异化学稳定性和抗蠕变性能的聚合物，所以，HDPE常作为双壁波纹管的原材料。
HDPE双壁波纹管的外壁呈环形波纹状结构，其可增大管材的环刚度，从而可以增强管道对土壤负荷的抵抗力；但由于聚乙烯的材料特性，其刚性较水泥管差，管材的环刚度和抗蠕变能力较聚氯乙烯(PVC)波纹管差，在长期使用过程中，容易受重力变形，影响产品使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，以解决HDPE双壁波纹管环刚度不足、长期使用过程中，容易受重力变形的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，包括如下重量份原料：高密度聚乙烯100份、改性玄武岩纤维8-10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物7-8份、润滑剂1-2份；
所述改性玄武岩纤维通过如下步骤制备：
将玄武岩纤维负载二氧化钛和水混合，用三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，然后加入多巴胺，设置温度为23-25℃，搅拌反应12h，反应结束后，经过过滤，水洗至中性，100℃真空干燥至恒重，得到预处理纤维；
将预处理纤维加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，加入长链烷基胺，在温度为20℃条件下振荡反应24h，取出后洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。
进一步地，长链烷基胺为十八胺、十六胺和十四胺中的一种。
进一步地，玄武岩纤维负载二氧化钛和水的用量比为0.15kg：1L；玄武岩纤维负载二氧化钛和多巴胺的质量比为50：1-1.2；预处理纤维和长链烷基胺的用量比为50g：0.01mol。
进一步地，所述玄武岩纤维负载二氧化钛通过如下步骤制备：
将玄武岩纤维用无水乙醇洗涤，洗涤后用将玄武岩纤维加入无水乙醇中浸泡，加入氨水搅拌分散后，边搅拌边加入钛酸四丁酯，升温至45℃，搅拌反应24h，陈化2h，用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥至恒重，得到玄武岩纤维负载二氧化钛。
进一步地，玄武岩纤维、无水乙醇、氨水和钛酸四丁酯的用量比为10g：100mL：6mL：10mL。
进一步地，所述高密度聚乙烯的相对密度为0.946-0.976g/cm3，熔点为130℃。所述润滑剂硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸中的一种。
进一步地，所述双壁波纹管道通过如下步骤制备：
按照重量份称取原料，将原料混合后用螺杆式喂料器给料，进入平行同向双螺杆中进行混炼、挤出、再经过冷却、切粒得到用于制备双壁波纹管的复合材料；双螺杆挤出机螺杆长径比为40-48：1，加工温度：170-210℃，双螺杆转速：200-300r/min，高速混合机转速为100-300r/min，混合时间为6-10min；将复合材料输送至挤出机，塑化挤出、模具成型即得双壁波纹管道。
进一步地，所述双壁波纹管道由圆形内壁和外壁构成，外壁包括多边形外壁和过渡外壁，且多边形外壁与过渡交替设置，所述多边形外壁的相邻边之间设置圆弧过渡。
进一步地，所述多边形外壁的截面外形为偶数边。
进一步地，多边形外壁的截面外形为六边形、八边形、十边型、十二边型或十六边型。
本发明的有益效果：
本发明通过加入改性玄武岩纤维增强双壁波纹管道的环刚度和环柔性，并通过对玄武岩纤维进行改性，改善材料的加工性能，赋予材料良好的刚性强度和较高弯曲弹性模量，从而也使波纹管具有较高的强度、韧度以及承载能力。
本发明中使用的改性玄武岩纤维原料为玄武岩纤维负载二氧化钛，二氧化钛作为无机紫外线吸收剂可以更好地屏蔽紫外光，用以应对双壁波纹管道的紫外老化情况，而且，选用玄武岩纤维负载二氧化钛作为改性基体，能增大于与高密度聚乙烯等原料的接触面积，提高结合强度。
为进一步提高改性玄武岩纤维与高密度聚乙烯等原料的结合强度，本发明在玄武岩纤维负载二氧化钛表面增加一层聚多巴胺层，但由于聚多巴胺的引入会增加了纤维表面极性，使得纤维与原料之间的相容性降低，不利于性能的提升；因此本发明中，通过引入长链烷基胺，以聚多巴胺层作为二次功能平台，与长链烷基胺进行反应，降低表面极性，提高纤维与原料之间的相容性，进而改善产品性能。
玄武岩纤维的骨架成分为二氧化硅和氧化铝，多巴胺的结构上含有阻燃元素氮元素，可以与二氧化硅形成氮硅于一体的二元阻燃元素阻燃剂，现有的高密度聚乙烯的氧指数为20左右，本发明中通过引入了改性玄武岩纤维，提高了双壁波纹管道的阻燃氧指数，能更好地应用于波纹管领域。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明实施例3中双壁波纹管道的示意图；
图2是本发明实施例3中双壁波纹管道的截面图。
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。
一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，由圆形内壁和外壁构成，外壁包括多边形外壁和过渡外壁，且多边形外壁与过渡交替设置，多边形外壁的相邻边之间设置圆弧过渡；多边形外壁的截面外形为偶数边。
实施例1
本实施例提供一种改性玄武岩纤维，通过如下步骤制备：
将玄武岩纤维用无水乙醇洗涤，洗涤后用将玄武岩纤维加入无水乙醇中浸泡，加入氨水搅拌分散后，边搅拌边加入钛酸四丁酯，升温至45℃，搅拌反应24h，陈化2h，用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥至恒重，得到玄武岩纤维负载二氧化钛；玄武岩纤维、无水乙醇、氨水和钛酸四丁酯的用量比为10g：100mL：6mL：10mL。
将玄武岩纤维负载二氧化钛和水混合，用三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，然后加入多巴胺，设置温度为23℃，搅拌反应12h，反应结束后，经过过滤，水洗至中性，100℃真空干燥至恒重，得到预处理纤维；
将预处理纤维加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，加入十八胺，在温度为20℃条件下振荡反应24h，取出后洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。玄武岩纤维负载二氧化钛和水的用量比为0.15kg：1L；玄武岩纤维负载二氧化钛和多巴胺的质量比为50：1；预处理纤维和十八胺的用量比为50g：0.01mo l。
实施例2
本实施例提供一种改性玄武岩纤维，通过如下步骤制备：
将玄武岩纤维用无水乙醇洗涤，洗涤后用将玄武岩纤维加入无水乙醇中浸泡，加入氨水搅拌分散后，边搅拌边加入钛酸四丁酯，升温至45℃，搅拌反应24h，陈化2h，用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥至恒重，得到玄武岩纤维负载二氧化钛；玄武岩纤维、无水乙醇、氨水和钛酸四丁酯的用量比为10g：100mL：6mL：10mL。
将玄武岩纤维负载二氧化钛和水混合，用三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，然后加入多巴胺，设置温度为25℃，搅拌反应12h，反应结束后，经过过滤，水洗至中性，100℃真空干燥至恒重，得到预处理纤维；
将预处理纤维加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，加入十六胺，在温度为20℃条件下振荡反应24h，取出后洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。玄武岩纤维负载二氧化钛和水的用量比为0.15kg：1L；玄武岩纤维负载二氧化钛和多巴胺的质量比为50：1.2；预处理纤维和十六胺的用量比为50g：0.01mo l。
对比例1
本对比例提供一种改性玄武岩纤维，通过如下步骤制备：
将玄武岩纤维用无水乙醇洗涤，洗涤后用将玄武岩纤维加入无水乙醇中浸泡，加入氨水搅拌分散后，边搅拌边加入钛酸四丁酯，升温至45℃，搅拌反应24h，陈化2h，用无水乙醇洗涤，60℃真空干燥至恒重，得到玄武岩纤维负载二氧化钛；玄武岩纤维、无水乙醇、氨水和钛酸四丁酯的用量比为10g：100mL：6mL：10mL。
将玄武岩纤维负载二氧化钛和水混合，用三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，然后加入多巴胺，设置温度为25℃，搅拌反应12h，反应结束后，经过过滤，水洗至中性，100℃真空干燥至恒重，得到一种改性玄武岩纤维。
实施例3
本实施例提供一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，通过如下步骤制备：
按照重量份称取高密度聚乙烯100份、实施例1制备的改性玄武岩纤维8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物7份、硬脂酸钙1份；将原料混合后用螺杆式喂料器给料，进入平行同向双螺杆中进行混炼、挤出、再经过冷却、切粒得到用于制备双壁波纹管的复合材料；双螺杆挤出机螺杆长径比为40：1，加工温度：170℃，双螺杆转速：200r/mi n，高速混合机转速为100r/mi n，混合时间为6mi n；将复合材料输送至挤出机，塑化挤出、模具成型即得双壁波纹管道。其中，高密度聚乙烯的相对密度为0.946-0.976g/cm3，熔点为130℃；由圆形内壁和外壁构成，外壁包括多边形外壁和过渡外壁，且多边形外壁与过渡交替设置，多边形外壁的相邻边之间设置圆弧过渡；本实施例中的多边形外壁的截面外形为六边形，参阅图1-图2所示。
实施例4
本实施例提供一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，通过如下步骤制备：
按照重量份称取高密度聚乙烯100份、实施例1制备的改性玄武岩纤维10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物8份、硬脂酸钙2份；将原料混合后用螺杆式喂料器给料，进入平行同向双螺杆中进行混炼、挤出、再经过冷却、切粒得到用于制备双壁波纹管的复合材料；双螺杆挤出机螺杆长径比为48：1，加工温度：210℃，双螺杆转速：300r/mi n，高速混合机转速为300r/mi n，混合时间为10mi n；将复合材料输送至挤出机，塑化挤出、模具成型即得双壁波纹管道。其中，高密度聚乙烯的相对密度为0.946-0.976g/cm3，熔点为130℃；由圆形内壁和外壁构成，外壁包括多边形外壁和过渡外壁，且多边形外壁与过渡交替设置，多边形外壁的相邻边之间设置圆弧过渡；本实施例中的多边形外壁的截面外形为六边形。
实施例5
本实施例提供一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，通过如下步骤制备：
按照重量份称取高密度聚乙烯100份、实施例2制备的改性玄武岩纤维8份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物7份、硬脂酸钙1份；将原料混合后用螺杆式喂料器给料，进入平行同向双螺杆中进行混炼、挤出、再经过冷却、切粒得到用于制备双壁波纹管的复合材料；双螺杆挤出机螺杆长径比为40：1，加工温度：170℃，双螺杆转速：200r/mi n，高速混合机转速为200r/mi n，混合时间为8mi n；将复合材料输送至挤出机，塑化挤出、模具成型即得双壁波纹管道。其中，高密度聚乙烯的相对密度为0.946-0.976g/cm3，熔点为130℃；由圆形内壁和外壁构成，外壁包括多边形外壁和过渡外壁，且多边形外壁与过渡交替设置，多边形外壁的相邻边之间设置圆弧过渡；本实施例中的多边形外壁的截面外形为六边形。
对比例2
本对比例与实施例5相比，将改性玄武岩纤维换成对比例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。其中环刚度按照GB/T9647-2003进行测试，环柔性根据I S013968-1997测试，弯曲模量根据GB/T9341测试；并根据GB 20286-2006测试氧指数，测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，本发明制备的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，通过加入了改性玄武岩纤维进一步提高了双壁波纹管道环刚度，且对于双壁波纹管道的阻燃性能具有一定的提升效果。
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 (9)

1.一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，包括如下重量份原料：高密度聚乙烯100份、改性玄武岩纤维8-10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物7-8份、润滑剂1-2份；
所述改性玄武岩纤维通过如下步骤制备：将玄武岩纤维负载二氧化钛和水混合，用三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，然后加入多巴胺，设置温度为23-25℃，搅拌反应12h，反应结束后，经过过滤，水洗干燥，得到预处理纤维；
将预处理纤维加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH值为8.5，加入长链烷基胺，在温度为20℃条件下振荡反应24h，取出后洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，长链烷基胺为十八胺、十六胺、十四胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，玄武岩纤维负载二氧化钛和水的用量比为0.15kg：1L；玄武岩纤维负载二氧化钛和多巴胺的质量比为50：1-1.2；预处理纤维和长链烷基胺的用量比为50g：0.01mol。
4.根据权利要求1所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，所述玄武岩纤维负载二氧化钛通过如下步骤制备：
将玄武岩纤维用无水乙醇洗涤，洗涤后用将玄武岩纤维加入无水乙醇中浸泡，加入氨水搅拌分散后，边搅拌边加入钛酸四丁酯，升温至45℃，搅拌反应24h，陈化2h后洗涤，干燥，得到玄武岩纤维负载二氧化钛；玄武岩纤维、无水乙醇、氨水和钛酸四丁酯的用量比为10g：100mL：6mL：10mL。
5.根据权利要求1所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，所述高密度聚乙烯的相对密度为0.946-0.976g/cm3，熔点为130℃。
6.根据权利要求1所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，所述双壁波纹管道通过如下步骤制备：
按照重量份称取原料，将原料混合后用螺杆式喂料器给料，进入平行同向双螺杆中进行混炼、挤出、再经过冷却、切粒得到用于制备双壁波纹管的复合材料；双螺杆挤出机螺杆长径比为40-48：1，加工温度：170-210℃，双螺杆转速：200-300r/min，高速混合机转速为100-300r/min，混合时间为6-10min；将复合材料输送至挤出机，塑化挤出、模具成型即得双壁波纹管道。
7.根据权利要求1所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，所述双壁波纹管道由圆形内壁和外壁构成，外壁包括多边形外壁和过渡外壁，且多边形外壁与过渡交替设置，所述多边形外壁的相邻边之间设置圆弧过渡。
8.根据权利要求7所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，所述多边形外壁的截面外形为偶数边。
9.根据权利要求8所述的一种高环刚度和环柔度的双壁波纹管道，其特征在于，多边形外壁的截面外形为六边形、八边形、十边型、十二边型或十六边型。
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