CN116677830A - 耐磨聚乙烯管及其制备方法和应用 - Google Patents

耐磨聚乙烯管及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨聚乙烯管及其制备方法和应用，涉及塑料管道技术领域。包括耐磨内层和外层。通过设计两层聚乙烯管结构，可以根据每层结构的不同需求设计管道的原料组成，能够在获得优异性能的前提下，降低管道成本。此外，耐磨内层通过加入解缠剂在一定程度上降低了超高分子量聚乙烯大分子间的缠结，使得耐磨改性料更容易分散至基体中，发挥其良好的耐磨性能，从而获得内层强耐磨能力，且超高分子量聚乙烯连接良好的管道。外层通过加入硅烷偶联剂有利于玻璃短切纤维在高密度聚乙烯中均匀分散，提高管道的成型加工性能和管道的力学性能，同时内层和外层中均以高密度聚乙烯为基体，因此内外两层的管道连接性好，不会分层，管道的整体性能佳。

Description

耐磨聚乙烯管及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及塑料管道技术领域，具体而言，涉及一种耐磨聚乙烯管及其制备方法和应用。
背景技术
聚乙烯(PE)材料由于其抗腐蚀、无毒、综合性能优异等特点，被广泛应用于给水管制造领域。相比于金属管道，PE给水管施工便捷、工程造价低且不会生锈，是替代金属管道的理想管材。在用于气力、泵送浆体和砂浆等磨蚀性物料输送时，由于输送介质普遍具有硬度高，流速快，流量大等特点，并在输送过程中长期持续对管壁产生冲击、磨损、腐蚀等作用，因此，对聚乙烯管的力学性能提出了更高的要求。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种黏均分子量超过150万的热塑性工程塑料，因其极高的分子量和高度缠结的分子结构，赋予了其一般工程塑料无法比拟的优异性能，其耐磨能力是一般工程塑料的4～10倍，普通碳钢管的4～6倍，但也是因为其分子量太大，导致加工成型困难，难以制备出力学性能较佳的聚乙烯管。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨聚乙烯管及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种耐磨聚乙烯管，包括耐磨内层和外层。
耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、耐磨改性料、解缠剂和无机填料，耐磨改性料包括氮化硅、氮化钛、氮化铝、碳化硼和碳化硅中的至少一种。
外层的材料包括高密度聚乙烯、玻璃短切纤维和硅烷偶联剂。
在可选的实施方式中，按重量份计，耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯40～70份、高密度聚乙烯20～50份、耐磨改性料3～8份、解缠剂80～140份和无机填料1～10份。
优选地，耐磨改性料的粒径为0.5～5μm。
优选地，高密度聚乙烯的熔融指数为2～15g/10min，超高分子量聚乙烯的分子量为200～250万。
优选地，解缠剂包括工业白油、白色矿物油中的任一种，更优选为工业白油。
优选地，无机填料包括碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石中的至少一种。
在可选的实施方式中，耐磨内层的材料还包括抗氧剂和润滑剂。
优选地，按重量份计，耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯40～70份、高密度聚乙烯20～50份、耐磨改性料3～8份、解缠剂80～140份、无机填料1～10份、抗氧剂0.1～1份和润滑剂2～5份。
优选地，润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯中的任一种，更优选为聚乙烯蜡。
优选地，抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的至少一种。
在可选的实施方式中，按重量份计，外层的材料包括高密度聚乙烯40～85份、玻璃短切纤维15～40份和硅烷偶联剂1～4份。
优选地，玻璃短切纤维的直径为10～15μm，玻璃短切纤维的长度为50～500μm。
优选地，高密度聚乙烯的熔融指数为2～15g/10min。
在可选的实施方式中，还包括抗氧剂和炭黑。
优选地，按重量份计，外层的材料包括高密度聚乙烯40～85份、玻璃短切纤维15～40份、硅烷偶联剂1～4份、抗氧剂0.1～1份和炭黑1～5份。
优选地，抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的耐磨聚乙烯管的制备方法，包括将耐磨内层的材料按比例混合均匀后制得内层材料组合物，将外层的材料按比例混合均匀后制得外层材料组合物，将内层材料组合物和外层材料组合物分别送入两台双螺杆挤出机中共挤出制得。
在可选的实施方式中，内层材料组合物的制备包括将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料按比例混合均匀，再加入解缠剂加热混合后高温溶胀，制得溶胀组合物，去除溶胀组合物中的解缠剂后对溶胀组合物进行冷却，再与耐磨内层的剩余材料混合后，送入双螺杆挤出机中熔融共混制得。
优选地，超高分子量聚乙烯与解缠剂的质量比为1：1.5～2.5。
优选地，高温溶胀包括将混合物置于烘箱内溶胀，烘箱温度为140～150℃，溶胀时间1～3h。
优选地，加入解缠剂加热混合的加热温度为140～150℃，混合时间0.5～1.5h。
优选地，超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料的混合时间为5～20min。
优选地，溶胀组合物与剩余材料混合的时间为5～20min。
优选地，去除所述溶胀组合物中的解缠剂包括采用索氏抽提器去除。
优选地，索氏抽提器使用正己烷抽提15～24h，抽提后冷却8～12h，冷却采用风干冷却。
优选地，耐磨内层的材料在进行熔融共混时，双螺杆挤出机的参数包括：挤出温度200～260℃，螺杆转速100～200rpm。
在可选的实施方式中，外层材料组合物的制备包括将外层的材料按比例混合后送入双螺杆挤出机中熔融共混。
优选地，外层的材料在进行熔融共混时，双螺杆挤出机的参数包括：挤出温度180～250℃，螺杆转速20～200rpm。
在可选的实施方式中，共挤出时，挤出内层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度200～240℃，螺杆转速40～80rpm。
优选地，共挤出时，挤出外层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度190～230℃，螺杆转速80～120rpm。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的耐磨聚乙烯管或如前述实施方式任一项的制备方法制得的耐磨聚乙烯管在工业或机械设备中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种耐磨聚乙烯管及其制备方法和应用，通过将聚乙烯管设计成两层结构，可以根据每层结构的不同需求设计管道的原料组成，能够在获得优异性能的前提下，降低管道成本。此外，耐磨内层通过加入解缠剂在一定程度上降低了超高分子量聚乙烯大分子间的缠结，使得耐磨改性料更容易分散至基体中，发挥其良好的耐磨性能，从而获得内层强耐磨能力，且超高分子量聚乙烯连接良好的管道。外层通过加入硅烷偶联剂有利于玻璃短切纤维在高密度聚乙烯中均匀分散，提高管道的成型加工性能和管道的力学性能，同时内层和外层中均以高密度聚乙烯为基体，因此内外两层的管道连接性好，不会分层，管道的整体性能佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的耐磨聚乙烯管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
第一方面，本发明提供一种耐磨聚乙烯管，如图1所示，耐磨聚乙烯管包括两层管道结构，由内到外依次为耐磨内层和外层。
耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、耐磨改性料、解缠剂和无机填料，耐磨改性料包括氮化硅、氮化钛、氮化铝、碳化硼和碳化硅中的至少一种。
外层的材料包括高密度聚乙烯、玻璃短切纤维和硅烷偶联剂。由于耐磨内层和外层都是以高密度聚乙烯作为基体，无需在两场管道之间使用热熔胶，二者本身就具有良好的相容能力，可以有效避免双层的管道因相容性差而在使用过程中发生界面分离现象。
通过将聚乙烯管设计成两层结构，可以根据每层结构的不同需求设计管道的原料组成，能够在获得优异性能的前提下，降低管道成本。此外，耐磨内层通过加入解缠剂在一定程度上降低了超高分子量聚乙烯大分子间的缠结，使得耐磨改性料更容易分散至基体中，发挥其良好的耐磨性能，从而获得内层强耐磨能力，且超高分子量聚乙烯连接良好的管道。外层通过加入硅烷偶联剂有利于玻璃短切纤维在高密度聚乙烯中均匀分散，提高管道的成型加工性能和管道的力学性能，同时内层和外层中均以高密度聚乙烯为基体，因此内外两层的管道连接性好，不会分层，管道的整体性能佳。本发明提供的耐磨聚乙烯管，具有强度高、耐磨擦性能优良的优势，能够适用于气力、泵送浆体和砂浆等磨蚀性物料输送的应用场合。
在可选的实施方式中，按重量份计，耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯40～70份、高密度聚乙烯20～50份、耐磨改性料3～8份、解缠剂80～140份和无机填料1～10份。通过控制耐磨内层的材料在上述范围内可以改善超高分子量聚乙烯的加工性能，使其可以通过挤出成型的方式制造管材；而上述配比使得耐磨改性料和无机填料能够在超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯之间发挥协同作用，共同提升管道的耐磨性。
优选地，耐磨改性料的粒径为0.5～5μm，例如可以是0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm。
优选地，高密度聚乙烯的熔融指数为2～15g/10min，超高分子量聚乙烯的分子量为200～250万。
优选地，解缠剂包括工业白油、白色矿物油中的任一种。解缠剂能够降低超高分子量聚乙烯大分子间的缠结，使超高分子量聚乙烯与耐磨改性料共混均匀。
优选地，无机填料包括碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石中的至少一种。
在可选的实施方式中，耐磨内层的材料还包括抗氧剂和润滑剂。
优选地，按重量份计，耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯40～70份、高密度聚乙烯20～50份、耐磨改性料3～8份、解缠剂80～140份、无机填料1～10份、抗氧剂0.1～1份和润滑剂2～5份。
优选地，润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯中的任一种，更优选为聚乙烯蜡。
优选地，抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的至少一种。
在可选的实施方式中，按重量份计，外层的材料包括高密度聚乙烯40～85份、玻璃短切纤维15～40份和硅烷偶联剂1～4份。由于外层的管道不会与内部流体直接接触，对于管道的耐磨性要求不高，因此采用玻璃短切纤维增强高密度聚乙烯，其加工性能优良，有利于管道的成型加工，且成本更低，经济性高。经过硅烷偶联剂表面改性后的玻璃短切纤维和无机填料在高密度聚乙烯内分散性良好，大幅增强了聚乙烯管的力学性能，满足恶劣工况环境对聚乙烯管的性能要求，扩大了聚乙烯管的应用范围。
优选地，玻璃短切纤维的直径为10～15μm，玻璃短切纤维的长度为50～500μm。
优选地，高密度聚乙烯的熔融指数为2～15g/10min。
在可选的实施方式中，还包括抗氧剂和炭黑。
优选地，按重量份计，外层的材料包括高密度聚乙烯40～85份、玻璃短切纤维15～40份、硅烷偶联剂1～4份、抗氧剂0.1～1份和炭黑1～5份。
优选地，抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的耐磨聚乙烯管的制备方法，包括将耐磨内层的材料按比例混合均匀后制得内层材料组合物，将外层的材料按比例混合均匀后制得外层材料组合物，将内层材料组合物和外层材料组合物分别送入两台双螺杆挤出机中共挤出制得。通过将内层材料组合物和外层材料组合物共挤出，其中的高密度聚乙烯能够更好地黏合在一起，避免管道分层。
在可选的实施方式中，内层材料组合物的制备包括将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料按比例混合均匀，再加入解缠剂加热混合后高温溶胀，制得溶胀组合物，去除溶胀组合物中的解缠剂后对溶胀组合物进行冷却，再与耐磨内层的剩余材料混合后，送入双螺杆挤出机中熔融共混制得。
优选地，超高分子量聚乙烯与解缠剂的质量比为1：1.5～2.5，更优选为
优选地，高温溶胀包括将混合物置于烘箱内溶胀，烘箱温度为140～150℃，更优选为145℃，溶胀时间1～3h，更优选为2h。
优选地，加入解缠剂加热混合的加热温度为140～150℃，更优选为145℃，混合时间0.5～1.5h，更优选为1h。
优选地，超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料的混合时间为5～20min。
优选地，溶胀组合物与剩余材料混合的时间为5～20min。
优选地，去除溶胀组合物中的解缠剂包括采用索氏抽提器去除。
优选地，索氏抽提器使用正己烷抽提15～24h，抽提后冷却8～12h，冷却采用风干冷却。
优选地，耐磨内层的材料在进行熔融共混时，双螺杆挤出机的参数包括：挤出温度200～260℃，螺杆转速100～200rpm。
在可选的实施方式中，外层材料组合物的制备包括将外层的材料按比例混合后送入双螺杆挤出机中熔融共混。
优选地，外层的材料在进行熔融共混时，双螺杆挤出机的参数包括：挤出温度180～250℃，螺杆转速20～200rpm。
在可选的实施方式中，共挤出时，挤出内层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度200～240℃，更优选为220℃，螺杆转速40～80rpm，更优选为60rpm。
优选地，共挤出时，挤出外层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度190～230℃，更优选为210℃，螺杆转速80～120rpm，更优选为100rpm。
在可选的实施方式中，经过共挤出得到的管道为热管坯，通过将热管坯在真空状态下通过定径、分阶段冷却，制得高耐磨聚乙烯管。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的耐磨聚乙烯管或如前述实施方式任一项的制备方法制得的耐磨聚乙烯管在工业或机械设备中的应用。
实施例1
本实施例提供了一种耐磨聚乙烯管，包括耐磨内层和外层。
其中，耐磨内层的材料按重量份计包括：超高分子量聚乙烯70份、高密度聚乙烯30份、耐磨改性料5份、解缠剂140份、无机填料5份、抗氧剂0.1份和润滑剂3份。
外层的材料按重量份计包括：高密度聚乙烯75份、玻璃短切纤维25份、硅烷偶联剂1.5份、抗氧剂0.1份和炭黑2份。
本实施例采用的超高分子量聚乙烯为燕山石化生产的牌号为GK02的产品，分子量为230万。
高密度聚乙烯为齐鲁石化生产的牌号DGDA6098的产品，熔融指数为11g/10min。
润滑剂为聚乙烯蜡，青岛邦尼化工有限公司的牌号为BN208的产品。
耐磨改性料为碳化硅，碳化硅的平均粒径为1μm。玻璃短切纤维的直径为10μm，长度为50μm。无机填料为滑石粉，抗氧剂为抗氧剂1010，解缠剂为工业白油，硅烷偶联剂为KH-550。
本实施例还提供了一种上述耐磨聚乙烯管的制备方法，包括如下步骤：
S01、制备内层材料组合物
将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料按比例加入到高速混合机中，混合20min，将其混合均匀。再加入解缠剂工业白油，在145℃加热搅拌1h，然后将混合物密封以防止氧化。将混合物置于烘箱中145℃放置2h进行溶胀，制得溶胀组合物，将溶胀组合物通过索氏抽提器使用正己烷抽提24h，将抽提后的组合物风干冷却12h后，与耐磨内层的剩余材料混合20min，混合结束后烘干，送入双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机的挤出温度250℃，螺杆转速100rpm，制得内层材料组合物。
S02、制备外层材料组合物
将高密度聚乙烯、玻璃短切纤维、硅烷偶联剂、抗氧剂和炭黑按比例混合，烘干后送入双螺杆挤出机中熔融共混。双螺杆挤出机的挤出温度220℃，螺杆转速80rpm，制得外层材料组合物。
S03、共挤出
将S01步骤的内层材料组合物和S02步骤的外层材料组合物加入分流喂料设备中，分别通过两台双螺杆挤出机和双层共挤模具，压缩挤出，制得热管坯。
其中，挤出外层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度210℃，螺杆转速100rpm。挤出内层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度220℃，螺杆转速60rpm。
S04、定型
将S03步骤得到的热管坯在真空状态下通过定径、分阶段冷却，制得高耐磨聚乙烯管。
实施例2
本实施例提供了一种耐磨聚乙烯管，包括耐磨内层和外层。
其中，耐磨内层的材料按重量份计包括：超高分子量聚乙烯70份、高密度聚乙烯30份、耐磨改性料8份、解缠剂140份、无机填料10份、抗氧剂0.1份和润滑剂3份。
外层的材料按重量份计包括：高密度聚乙烯75份、玻璃短切纤维25份、硅烷偶联剂1.5份、抗氧剂0.1份和炭黑2份。
本实施例采用的超高分子量聚乙烯为燕山石化生产的牌号为GK02的产品，分子量为230万。
高密度聚乙烯为齐鲁石化生产的牌号DGDA6098的产品，熔融指数为11g/10min。
润滑剂为聚乙烯蜡，青岛邦尼化工有限公司的牌号为BN208的产品。
耐磨改性料为碳化硅，碳化硅的平均粒径为1μm。玻璃短切纤维的直径为10μm，长度为50μm。无机填料为滑石粉，抗氧剂为抗氧剂1010，解缠剂为工业白油，硅烷偶联剂为KH-550。
本实施例还提供了一种上述耐磨聚乙烯管的制备方法，包括如下步骤：
S01、制备内层材料组合物
将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料按比例加入到高速混合机中，混合20min，将其混合均匀。再加入解缠剂工业白油，在145℃加热搅拌1h，然后将混合物密封以防止氧化。将混合物置于烘箱中145℃放置2h进行溶胀，制得溶胀组合物，将溶胀组合物通过索氏抽提器使用正己烷抽提24h，将抽提后的组合物风干冷却12h后，与耐磨内层的剩余材料混合20min，混合结束后烘干，送入双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机的挤出温度250℃，螺杆转速100rpm，制得内层材料组合物。
S02、制备外层材料组合物
将高密度聚乙烯、玻璃短切纤维、硅烷偶联剂、抗氧剂和炭黑按比例混合，烘干后送入双螺杆挤出机中熔融共混。双螺杆挤出机的挤出温度220℃，螺杆转速80rpm，制得外层材料组合物。
S03、共挤出
将S01步骤的内层材料组合物和S02步骤的外层材料组合物加入分流喂料设备中，分别通过两台双螺杆挤出机和双层共挤模具，压缩挤出，制得热管坯。
其中，挤出外层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度210℃，螺杆转速100rpm。挤出内层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度220℃，螺杆转速60rpm。
S04、定型
将S03步骤得到的热管坯在真空状态下通过定径、分阶段冷却，制得高耐磨聚乙烯管。
实施例3
本实施例提供了一种耐磨聚乙烯管，包括耐磨内层和外层。
其中，耐磨内层的材料按重量份计包括：超高分子量聚乙烯70份、高密度聚乙烯30份、耐磨改性料5份、解缠剂140份、无机填料5份、抗氧剂0.1份和润滑剂3份。
外层的材料按重量份计包括：高密度聚乙烯75份、玻璃短切纤维25份、硅烷偶联剂1.5份、抗氧剂0.1份和炭黑2份。
本实施例采用的超高分子量聚乙烯为燕山石化生产的牌号为GK02的产品，分子量为230万。
高密度聚乙烯为齐鲁石化生产的牌号DGDA6098的产品，熔融指数为11g/10min。
润滑剂为聚乙烯蜡，青岛邦尼化工有限公司的牌号为BN208的产品。
耐磨改性料为碳化硅，碳化硅的平均粒径为1μm。玻璃短切纤维的直径为10μm，长度为50μm。无机填料为滑石粉，抗氧剂为抗氧剂1010，解缠剂为工业白油，硅烷偶联剂为KH-550。
本实施例还提供了一种上述耐磨聚乙烯管的制备方法，包括如下步骤：
S01、制备内层材料组合物
将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料按比例加入到高速混合机中，混合15min，将其混合均匀。再加入解缠剂工业白油，在145℃加热搅拌1h，然后将混合物密封以防止氧化。将混合物置于烘箱中145℃放置2h进行溶胀，制得溶胀组合物，将溶胀组合物通过索氏抽提器使用正己烷抽提20h，将抽提后的组合物风干冷却8h后，与耐磨内层的剩余材料混合15min，混合结束后烘干，送入双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机的挤出温度260℃，螺杆转速120rpm，制得内层材料组合物。
S02、制备外层材料组合物
将高密度聚乙烯、玻璃短切纤维、硅烷偶联剂、抗氧剂和炭黑按比例混合，烘干后送入双螺杆挤出机中熔融共混。双螺杆挤出机的挤出温度230℃，螺杆转速150rpm，制得外层材料组合物。
S03、共挤出
将S01步骤的内层材料组合物和S02步骤的外层材料组合物加入分流喂料设备中，分别通过两台双螺杆挤出机和双层共挤模具，压缩挤出，制得热管坯。
其中，挤出外层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度210℃，螺杆转速100rpm。挤出内层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度220℃，螺杆转速60rpm。
S04、定型
将S03步骤得到的热管坯在真空状态下通过定径、分阶段冷却，制得高耐磨聚乙烯管。
对比例1
本对比例提供了一种聚乙烯管，其制备方法与实施例1相同，区别仅在于：不添加耐磨改性料。
对比例2
本对比例提供了一种聚乙烯管，其制备方法与实施例1相同，区别仅在于：耐磨改性料的重量份为10份。
对比例3
本对比例提供了一种聚乙烯管，其制备方法与实施例1相同，区别仅在于：不添加无机填料。
对比例4
本对比例提供了一种聚乙烯管，其原料组成与实施例1相同，区别仅在于：溶胀后未将溶胀组合物通过索氏抽提器进行抽提处理。
试验例1
分别检测传统聚乙烯管、实施例1～2和对比例1～4提供的聚乙烯管的弯曲强度、拉伸强度、膨胀系数、砂浆磨耗率，得到如表1所示结果。
其中，传统聚乙烯管一般是由PE原料、炭黑以及抗氧剂、润滑剂等加工助剂组成。
弯曲强度参照GB/T9341 2008进行测试，拉伸强度按照GB/T1040.1 2006标准进行测试，热膨胀系数通过GB/T36800.2-2018测量，砂浆磨耗率按CJT 537-2019多层钢丝缠绕改性聚乙烯耐磨复合管中附录F砂浆磨耗率试验方法测试。
表1聚乙烯管的性能
由表1可知，本发明实施例提供的耐磨聚乙烯管相较于传统PE管具有更高的弯曲强度和拉伸强度，力学性能更好；且本发明实施例的耐磨聚乙烯管热膨胀系数更低，变形量小，管道更稳定，保证了在恶劣环境中正常使用；砂浆磨耗量小，说明管道的耐磨内层耐磨性能较传统聚乙烯管显著提高。对比例1～3是改变耐磨改性料和无机填料的含量来探讨对管道性能的影响及变化情况。对比例1中未添加耐磨改性料，砂浆磨耗率明显增大，其他力学性能差异不大，说明耐磨改性料的加入可以明显提升管道的耐磨性；对比例2中耐磨改性料的含量提升至10重量份，砂浆磨耗率小幅增大，弯曲强度和拉伸强度小幅降低，说明过量的耐磨改性料的加入会导致管道的耐磨性和力学性能下降；对比例3中未添加无机填料，弯曲强度和拉伸强度明显降低，热膨胀系数和砂浆磨耗率增大，说明无机填料的加入改善了管材的力学性能，管道尺寸更稳定，且与耐磨改性料产生了一定协同作用，进一步提升了管道的耐磨性；对比例4中在制备方法上未将溶胀组合物通过索氏抽提器进行抽提处理，此步骤是为了去除组合物中的工业白油，残留的白油会一定程度上降低管道的力学性能和耐磨性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐磨聚乙烯管，其特征在于，包括耐磨内层和外层；
所述耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、耐磨改性料、解缠剂和无机填料，所述耐磨改性料包括氮化硅、氮化钛、氮化铝、碳化硼和碳化硅中的至少一种；
所述外层的材料包括高密度聚乙烯、玻璃短切纤维和硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯管，其特征在于，按重量份计，所述耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯40～70份、高密度聚乙烯20～50份、耐磨改性料3～8份、解缠剂80～140份和无机填料1～10份；
优选地，所述耐磨改性料的粒径为0.5～5μm；
优选地，所述高密度聚乙烯的熔融指数为2～15g/10min，超高分子量聚乙烯的分子量为200～250万；
优选地，所述解缠剂包括工业白油、白色矿物油中的任一种，更优选为工业白油；
优选地，所述无机填料包括碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨聚乙烯管，其特征在于，所述耐磨内层的材料还包括抗氧剂和润滑剂；
优选地，按重量份计，所述耐磨内层的材料包括超高分子量聚乙烯40～70份、高密度聚乙烯20～50份、耐磨改性料3～8份、解缠剂80～140份、无机填料1～10份、抗氧剂0.1～1份和润滑剂2～5份；
优选地，所述润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯中的任一种，更优选为聚乙烯蜡；
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯管，其特征在于，按重量份计，所述外层的材料包括高密度聚乙烯40～85份、玻璃短切纤维15～40份和硅烷偶联剂1～4份；
优选地，所述玻璃短切纤维的直径为10～15μm，玻璃短切纤维的长度为50～500μm；
优选地，所述高密度聚乙烯的熔融指数为2～15g/10min。
5.根据权利要求4所述的耐磨聚乙烯管，其特征在于，还包括抗氧剂和炭黑；
优选地，按重量份计，所述外层的材料包括高密度聚乙烯40～85份、玻璃短切纤维15～40份、硅烷偶联剂1～4份、抗氧剂0.1～1份和炭黑1～5份；
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的至少一种。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的耐磨聚乙烯管的制备方法，其特征在于，包括将耐磨内层的材料按比例混合均匀后制得内层材料组合物，将外层的材料按比例混合均匀后制得外层材料组合物，将所述内层材料组合物和外层材料组合物分别送入两台双螺杆挤出机中共挤出制得。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述内层材料组合物的制备包括将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料按比例混合均匀，再加入解缠剂加热混合后高温溶胀，制得溶胀组合物，去除所述溶胀组合物中的解缠剂后对溶胀组合物进行冷却，再与耐磨内层的剩余材料混合后，送入双螺杆挤出机中熔融共混制得；
优选地，所述超高分子量聚乙烯与解缠剂的质量比为1：1.5～2.5；
优选地，高温溶胀包括将混合物置于烘箱内溶胀，烘箱温度为140～150℃，溶胀时间1～3h；
优选地，加入解缠剂加热混合的加热温度为140～150℃，混合时间0.5～1.5h；
优选地，超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和耐磨改性料的混合时间为5～20min；
优选地，溶胀组合物与剩余材料混合的时间为5～20min；
优选地，去除所述溶胀组合物中的解缠剂包括采用索氏抽提器去除；
优选地，索氏抽提器使用正己烷抽提15～24h，抽提后冷却8～12h，冷却采用风干冷却；
优选地，耐磨内层的材料在进行熔融共混时，双螺杆挤出机的参数包括：挤出温度200～260℃，螺杆转速100～200rpm。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述外层材料组合物的制备包括将外层的材料按比例混合后送入双螺杆挤出机中熔融共混；
优选地，所述外层的材料在进行熔融共混时，双螺杆挤出机的参数包括：挤出温度180～250℃，螺杆转速20～200rpm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，共挤出时，挤出内层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度200～240℃，螺杆转速40～80rpm；
优选地，共挤出时，挤出外层材料组合物的双螺杆挤出机的挤出参数包括：挤出温度190～230℃，螺杆转速80～120rpm。
10.一种如权利要求1～5任一项所述的耐磨聚乙烯管或如权利要求6～9任一项所述的制备方法制得的所述耐磨聚乙烯管在工业或机械设备中的应用。
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