CN117511037A - 一种多层复合pe导管及其制备方法 - Google Patents

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CN117511037A CN202311556248.1A CN202311556248A CN117511037A CN 117511037 A CN117511037 A CN 117511037A CN 202311556248 A CN202311556248 A CN 202311556248A CN 117511037 A CN117511037 A CN 117511037A
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Abstract

本申请涉及电力电缆附件制备领域，具体公开了一种多层复合PE导管及其制备方法。一种多层复合PE导管包括耐磨外层以及与耐磨外层一体成型的加固内层，耐磨外层包括有低缠结超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、催化剂、碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙；加固内层包括有高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、交联剂、稀土稳定剂、辅助稳定剂、改性氧化石墨纳米颗粒。其制备方法，包括耐磨外层塑炼、混料、辐照、退火、加固内层塑炼、加入填料、挤出成型等步骤。耐磨外层与加固内层一体成型，本申请的多层复合PE导管抗冲击性能和耐磨性好，适用于采用不开挖的方式敷设于地下。

Description

一种多层复合PE导管及其制备方法
技术领域
本申请涉及电力电缆附件制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种多层复合PE导管及其制备方法。
背景技术
在城市建设工程中，电力电缆管线铺设是极其重要的一部分，牵涉到城市的正常运行，是城市电力安全运行的重要保障。由于城市电力工程中的管线铺设环境复杂、管线众多等情况，对电力电缆导管的品质和性能有很高的要求。
PE导管具有重量轻、绝缘性好、耐腐蚀强的优点，因而广泛应用于建筑物内部以及交通基础设施的电力布线系统。用于交通基础设施的电力布线系统时，常常需要将PE导管敷设于地下。在某些特殊地段施工时，为了不破坏路面，需要选择不开挖的方式施工，此时需要将从泥土中顶出PE导管或牵引PE导管。此时，PE导管外会受到较大的冲击力、压力、以及摩擦力。
然而，现有的PE导管抗冲击能力以及耐磨性还不够好，不适用于采用不开挖的方式敷设于地下。
发明内容
为了提高PE导管抗冲击能力以及耐磨性，使得PE导管适用于采用不开挖的方式敷设于地下，本申请提供一种多层复合PE导管及其制备方法。
本申请提供的一种多层复合PE导管采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种多层复合PE导管，采用如下的技术方案：
一种多层复合PE导管，包括耐磨外层以及与耐磨外层一体成型的加固内层，所述耐磨外层，按重量份数，包括有以下组分：低缠结超高分子量聚乙烯90-110份、高密度聚乙烯10-20份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5-8份、二缩三丙二醇二丙烯酸酯6-9份、催化剂2-4份、碳化硅晶须10-20份、纳米级竹粉10-35份、硬脂酸钙1-3份；所述加固内层，按重量份数，包括有以下组分：高密度聚乙烯90-110份、低密度聚乙烯80-90份、聚丙烯20-40份、交联剂5-9份、稀土稳定剂4-6份、辅助稳定剂1-3份、改性氧化石墨纳米颗粒5-10份。
通过采用上述技术方案，耐磨外层中，低缠结超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯在催化剂催化的作用下以及三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯的作用下，低缠结超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯被三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯改性并交联成网状结构。选用低缠结超高分子量聚乙烯，低缠结超高分子量聚乙烯在导管成型过程中，熔体粘度更低，更容易剪切取向成纤维束，这种取向的低缠结超高分子量聚乙烯能与高密度聚乙烯形成更为致密的网络结构，进而提高了导管的抗冲击力、强度等力学性能。碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙起到协同增效的作用，碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙在提高导管硬度的同时具有较好的润滑效果，明显提高了导管的耐磨性，使得导管在摩擦过程中摩擦系数降低，降低了导管的磨损。加固内层中，交联剂使高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯交联成致密的网状结构，稀土稳定剂和辅助稳定剂使得致密的网状结构更稳定，改性氧化石墨纳米颗粒与高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯相容性好，填充于致密的网状结构之中，进一步提高了导管的力学性能，尤其是抗冲击力。耐磨外层与加固内层相容性好，一体成型，进一步提高了导管的力学性能，使得本申请的多层复合PE导管适用于采用不开挖的方式敷设于地下。
可选的，所述催化剂采用茂金属催化剂。
通过采用上述技术方案，催化剂采用茂金属催化剂，催化的效果好，耐磨外层的力学性能和耐磨性好。
可选的，所述交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二异丙苯中的一种或多种的组合。
通过采用上述技术方案，交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二异丙苯中的一种或多种的组合，使得低缠结超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯交联效果好。
可选的，所述交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的比例为1:(2-5)。
试验发现，交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的比例为1:(2-5)，交联效果更好。
可选的，所述稀土稳定剂选用乙酰丙酮镧、乙酰丙酮铈中的一种或多种的组合。
通过采用上述技术方案，乙酰丙酮镧、乙酰丙酮铈的热稳定性好，能改善加固内层的抗冲击性能。
可选的，所述辅助稳定剂选用亚磷酸三正己酯、三(4-壬苯基)亚磷酸酯、亚磷酸二乙酯中的一种或多种的组合。
通过采用上述技术方案，亚磷酸三正己酯、三(4-壬苯基)亚磷酸酯、亚磷酸二乙酯中的一种或多种的组合，与稀土稳定剂能很好地配合，使得加固内层的结构更稳定，从而提高加固内层的抗冲击性能。
可选的，所述改性氧化石墨纳米颗粒制备方法，包括有以下步骤：
配料：按重量份数，准确称取石墨粉末10-12份、高锰酸钾90-100份，备用；将浓硫酸和浓磷酸按1:(9-20)的比例混合，得到混合酸液，备用；将冰和水按1:(2-5)的比例混合，得到冰水混合物，备用；将乙醇和水按1:(2-3)的比例混合均匀，得到乙醇水溶液，备用；氧化石墨：将石墨粉末和高锰酸钾加入到1000-2000份的混合酸液中，然后在48-52℃的水中稳定，搅拌11-13小时使石墨粉末充分氧化，静置12-14小时，静置后加入1200-1400份的冰水混合物，冷却至室温，加入15-20份30％双氧水，使得反应物变成金黄色，静置12-14h，过滤，先用3％盐酸清洗试样3-5次，再用去离子水清洗7-10次，pH达到中性，离心，得到氧化石墨溶液，在60-70℃烘箱中烘干，最终得到氧化石墨粉末；
硅烷改性：将氧化石墨粉末分散在800-900份乙醇水溶液中，超声30-60分钟，使氧化石墨粉末分散均匀，然后加入13-18份硅烷偶联剂，在65-80℃的水浴下，搅拌5-7小时，抽滤，采用相同比例的水和乙醇的混合溶液清洗3次，在烘箱中烘干，烘箱温度为60-65℃，烘干后，采用纳米研磨机研磨2-4小时，得到改性石墨纳米颗粒。
通过采用上述技术方案，上述步骤制得的改性石墨纳米颗粒经过高锰酸钾、混合酸液、双氧水氧化，再经过硅烷偶联剂改性，与高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯的致密网络结构的相容性更好。
可选的，所述硅烷偶联剂选用γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的组合。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂选用γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的组合，对氧化石墨的改性效果更好，最后制得的改性石墨纳米颗粒与高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯的致密网络结构的相容性更好。
第二方面，本申请提供一种多层复合PE导管的制备方法，采用如下的技术方案：
一种上述的一种多层复合PE导管的制备方法，包括有以下步骤：
耐磨外层塑炼：将低缠结超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、催化剂在炼塑机中共混，炼塑温度为220-290℃，炼塑时间为0.5-4h，得到耐磨外层塑炼料；
混料：将耐磨外层塑炼料降温至135-145℃，加入碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙，充分搅拌0.5-1.5h，混合均匀，得到耐磨外层混料；
辐照：在惰性气体的保护下，将耐磨外层混料在钴源产生的γ射线下，辐照2-4小时；
退火：辐照后，升温至160-180℃，静置1-2小时，在室温下缓慢降温2-4h，得到耐磨外层料，备用；
加固内层塑炼：在惰性气体的保护下，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯份、交联剂、稀土稳定剂、辅助稳定剂在炼塑机中共混，炼塑温度为180-210℃，炼塑时间为1-3h,得到加固内层塑炼料；
加入填料：降温至145-165℃，加入改性石墨纳米颗粒，充分搅拌1-2h，混合均匀，在室温下缓慢降温0.5-1.5h，得到加固内层料；
挤出成型：使用双层管挤出设备，采用双层共挤的方式，将耐磨外层料和加固内层料在180-210℃的温度下同时挤出，得到具备耐磨外层和加固内层的双层管，即多层复合PE导管。
通过采用上述技术方案，经过耐磨外层塑炼、混料、辐照、退火、加固内层塑炼、加入填料、挤出成型等步骤制得的多层复合PE导管提高了抗冲击性和耐磨性，使得本申请的多层复合PE导管适用于采用不开挖的方式敷设于地下。在耐磨外层塑炼后混料，碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙在耐磨外层中的分散性更好，有利于提高耐磨外层的耐磨性和力学性能。耐磨外层辐照和退火步骤使得耐磨外层交联更为紧密，进一步提高了耐磨外层的耐磨性和力学性能。加固内层的改性石墨纳米颗粒经过加固内层塑炼后加入，使得改性石墨纳米颗粒在加固内层中的分散性更好，进一步提高了双层管的抗冲击性能。挤出成型步骤采用采用双层共挤的方式，耐磨外层与加固内层一体成型，相容性好，加固内层更好地支撑耐磨外层，当耐磨外层受到冲击力时，为耐磨外层提供缓冲，进而进一步提高了本申请的多层复合PE导管的抗冲击性能。
可选的，所述辐照强度为60-90kGy。
通过采用上述技术方案，辐照强度为60-90kGy时，耐磨外层的交联效果好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用耐磨外层与加固内层一体成型，碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙起到协同增效的作用，碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙在提高导管硬度的同时具有较好的润滑效果，明显提高了导管的耐磨性，改性氧化石墨纳米颗粒与高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯相容性好，填充于致密的网状结构之中，进一步提高了导管的力学性能，尤其是抗冲击力，提高了导管的抗冲击性能和耐磨性，使得本申请的多层复合PE导管适用于采用不开挖的方式敷设于地下。
2、本申请中的改性石墨纳米颗粒经过高锰酸钾、混合酸液、双氧水氧化，再经过硅烷偶联剂改性，与高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯的致密网络结构的相容性更好，提高了加固内层的力学性能。
3、本申请的制备方法，经过耐磨外层塑炼、混料、辐照、退火、加固内层塑炼、加入填料、挤出成型等步骤制得的多层复合PE导管提高了抗冲击性和耐磨性，使得本申请的多层复合PE导管适用于采用不开挖的方式敷设于地下。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
原料介绍
实施例1-9以及对比例1-6的原料介绍见下表：
实施例
实施例1
一种多层复合PE导管，包括耐磨外层以及与耐磨外层一体成型的加固内层。
耐磨外层，按重量份数，包括有以下组分：低缠结超高分子量聚乙烯90份、高密度聚乙烯20份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5份、二缩三丙二醇二丙烯酸酯9份、催化剂2份、碳化硅晶须20份、纳米级竹粉10份、硬脂酸钙3份，催化剂采用茂金属催化剂；
加固内层，按重量份数，包括有以下组分：高密度聚乙烯90份、低密度聚乙烯90份、聚丙烯20份、交联剂9份、稀土稳定剂4份、辅助稳定剂3份、改性氧化石墨纳米颗粒5份，交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二异丙苯中的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二异丙苯的比例为1:2:3，稀土稳定剂选用乙酰丙酮镧，辅助稳定剂选用亚磷酸三正己酯、三(4-壬苯基)亚磷酸酯、亚磷酸二乙酯中的的组合，亚磷酸三正己酯、三(4-壬苯基)亚磷酸酯、亚磷酸二乙酯的比例为1:0.5:2。
改性氧化石墨纳米颗粒制备方法，包括有以下步骤：
配料：按重量份数，准确称取石墨粉末10份、高锰酸钾100份，备用；将浓硫酸和浓磷酸按1:9的比例混合，得到混合酸液，备用；将冰和水按1:5的比例混合，得到冰水混合物，备用；将乙醇和水按1:2的比例混合均匀，得到乙醇水溶液，备用；
氧化石墨：将石墨粉末和高锰酸钾加入到2000份的混合酸液中，然后在48℃的水中稳定，搅拌13小时使石墨粉末充分氧化，静置12小时，静置后加入1400份的冰水混合物，冷却至室温，加入15份30％双氧水，使得反应物变成金黄色，静置14h，过滤，先用3％盐酸清洗试样3次，再用去离子水清洗10次，pH达到中性，离心，得到氧化石墨溶液，在60℃烘箱中烘干，最终得到氧化石墨粉末；
硅烷改性：将氧化石墨粉末分散在900份乙醇水溶液中，超声30分钟，使氧化石墨粉末分散均匀，然后加入18份硅烷偶联剂，硅烷偶联剂选用γ―氨丙基三甲氧基硅烷。在65℃的水浴下，搅拌7小时，抽滤，采用相同比例的水和乙醇的混合溶液清洗3次，在烘箱中烘干，烘箱温度为60℃，烘干后，采用纳米研磨机研磨4小时，得到改性石墨纳米颗粒。
一种多层复合PE导管的制备方法包括有以下步骤：
耐磨外层塑炼：将低缠结超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、催化剂在炼塑机中共混，炼塑温度为220℃，炼塑时间为4h，得到耐磨外层塑炼料；
混料：将耐磨外层塑炼料降温至135℃，加入碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙，充分搅拌1.5h，混合均匀，得到耐磨外层混料；
辐照：在惰性气体的保护下，将耐磨外层混料在钴源产生的γ射线下，辐照强度为100kGy，辐照2小时；
退火：辐照后，升温至160℃，静置2小时，在室温下缓慢降温2h，得到耐磨外层料，备用；
加固内层塑炼：在惰性气体的保护下，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯份、交联剂、稀土稳定剂、辅助稳定剂在炼塑机中共混，炼塑温度为210℃，炼塑时间为1h,得到加固内层塑炼料；
加入填料：降温至165℃，加入改性石墨纳米颗粒，充分搅拌1h，混合均匀，在室温下缓慢降温1.5h，得到加固内层料；
挤出成型：使用双层管挤出设备，采用双层共挤的方式，将耐磨外层料和加固内层料在180℃的温度下同时挤出，得到具备耐磨外层和加固内层的双层管，即多层复合PE导管。
实施例2
一种多层复合PE导管，包括耐磨外层以及与耐磨外层一体成型的加固内层。
耐磨外层，按重量份数，包括有以下组分：低缠结超高分子量聚乙烯110份、高密度聚乙烯10份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯8份、二缩三丙二醇二丙烯酸酯6份、茂金属催化剂4份、碳化硅晶须10份、纳米级竹粉35份、硬脂酸钙1份；
加固内层，按重量份数，包括有以下组分：高密度聚乙烯110份、低密度聚乙烯80份、聚丙烯40份、交联剂5份、稀土稳定剂6份、辅助稳定剂1份、改性氧化石墨纳米颗粒10份，交联剂选用过氧化二异丙苯，稀土稳定剂选用乙酰丙酮镧、乙酰丙酮铈中的组合，乙酰丙酮镧、乙酰丙酮铈的比例为1:2，辅助稳定剂选用三(4-壬苯基)亚磷酸酯。
改性氧化石墨纳米颗粒制备方法，包括有以下步骤：
配料：按重量份数，准确称取石墨粉末12份、高锰酸钾90份，备用；将浓硫酸和浓磷酸按1:20的比例混合，得到混合酸液，备用；将冰和水按1:5的比例混合，得到冰水混合物，备用；将乙醇和水按1:3的比例混合均匀，得到乙醇水溶液，备用；
氧化石墨：将石墨粉末和高锰酸钾加入到1000份的混合酸液中，然后在52℃的水中稳定，搅拌11小时使石墨粉末充分氧化，静置14小时，静置后加入1200份的冰水混合物，冷却至室温，加入20份30％双氧水，使得反应物变成金黄色，静置12h，过滤，先用3％盐酸清洗试样5次，再用去离子水清洗7次，pH达到中性，离心，得到氧化石墨溶液，在70℃烘箱中烘干，最终得到氧化石墨粉末；
硅烷改性：将氧化石墨粉末分散在800份乙醇水溶液中，超声60分钟，使氧化石墨粉末分散均匀，然后加入13份硅烷偶联剂，硅烷偶联剂选用γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的组合，γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的比例为1:1:1。在80℃的水浴下，搅拌5小时，抽滤，采用相同比例的水和乙醇的混合溶液清洗3次，在烘箱中烘干，烘箱温度为65℃，烘干后，采用纳米研磨机研磨2小时，得到改性石墨纳米颗粒。
一种多层复合PE导管的制备方法包括有以下步骤：
耐磨外层塑炼：将低缠结超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、催化剂在炼塑机中共混，炼塑温度为290℃，炼塑时间为0.5h，得到耐磨外层塑炼料；
混料：将耐磨外层塑炼料降温至145℃，加入碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙，充分搅拌0.5h，混合均匀，得到耐磨外层混料；
辐照：在惰性气体的保护下，将耐磨外层混料在钴源产生的γ射线下，辐照强度为50kGy，
辐照4小时；
退火：辐照后，升温至180℃，静置1小时，在室温下缓慢降温4h，得到耐磨外层料，备用；
加固内层塑炼：在惰性气体的保护下，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯份、交联剂、稀土稳定剂、辅助稳定剂在炼塑机中共混，炼塑温度为180℃，炼塑时间为3h,得到加固内层塑炼料；
加入填料：降温至145℃，加入改性石墨纳米颗粒，充分搅拌2h，混合均匀，在室温下缓慢降温0.5h，得到加固内层料；
挤出成型：使用双层管挤出设备，采用双层共挤的方式，将耐磨外层料和加固内层料在210℃的温度下同时挤出，得到具备耐磨外层和加固内层的双层管，即多层复合PE导管。
实施例3
一种多层复合PE导管，包括耐磨外层以及与耐磨外层一体成型的加固内层。
耐磨外层，按重量份数，包括有以下组分：低缠结超高分子量聚乙烯100份、高密度聚乙烯15份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯6份、二缩三丙二醇二丙烯酸酯7.5份、茂金属催化剂3份、碳化硅晶须15份、纳米级竹粉22.5份、硬脂酸钙2份；
加固内层，按重量份数，包括有以下组分：高密度聚乙烯100份、低密度聚乙烯85份、聚丙烯30份、交联剂7份、稀土稳定剂5份、辅助稳定剂2份、改性氧化石墨纳米颗粒8份，交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰的比例为1:0.5，稀土稳定剂选用乙酰丙酮镧、乙酰丙酮铈的组合，乙酰丙酮镧、乙酰丙酮铈的比例为1:1，辅助稳定剂选用亚磷酸三正己酯、亚磷酸二乙酯的组合，亚磷酸三正己酯、亚磷酸二乙酯的比例为1:1。
改性氧化石墨纳米颗粒制备方法，包括有以下步骤：
配料：按重量份数，准确称取石墨粉末11份、高锰酸钾95份，备用；将浓硫酸和浓磷酸按1:15的比例混合，得到混合酸液，备用；将冰和水按1:3.5的比例混合，得到冰水混合物，备用；将乙醇和水按1:2.5的比例混合均匀，得到乙醇水溶液，备用；
氧化石墨：将石墨粉末和高锰酸钾加入到1500份的混合酸液中，然后在50℃的水中稳定，搅拌12小时使石墨粉末充分氧化，静置13小时，静置后加入1300份的冰水混合物，冷却至室温，加入18份30％双氧水，使得反应物变成金黄色，静置13h，过滤，先用3％盐酸清洗试样4次，再用去离子水清洗9次，pH达到中性，离心，得到氧化石墨溶液，在65℃烘箱中烘干，最终得到氧化石墨粉末；
硅烷改性：将氧化石墨粉末分散在850份乙醇水溶液中，超声45分钟，使氧化石墨粉末分散均匀，然后加入15份硅烷偶联剂，硅烷偶联剂选用N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。在73℃的水浴下，搅拌6小时，抽滤，采用相同比例的水和乙醇的混合溶液清洗3次，在烘箱中烘干，烘箱温度为63℃，烘干后，采用纳米研磨机研磨3小时，得到改性石墨纳米颗粒。
一种多层复合PE导管的制备方法包括有以下步骤：
耐磨外层塑炼：将低缠结超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、催化剂在炼塑机中共混，炼塑温度为255℃，炼塑时间为2.5h，得到耐磨外层塑炼料；
混料：将耐磨外层塑炼料降温至140℃，加入碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙，充分搅拌1h，混合均匀，得到耐磨外层混料；
辐照：在惰性气体的保护下，将耐磨外层混料在钴源产生的γ射线下，辐照强度为110kGy，辐照3小时；
退火：辐照后，升温至170℃，静置1.5小时，在室温下缓慢降温3h，得到耐磨外层料，备用；
加固内层塑炼：在惰性气体的保护下，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯份、交联剂、稀土稳定剂、辅助稳定剂在炼塑机中共混，炼塑温度为190℃，炼塑时间为2h,得到加固内层塑炼料；
加入填料：降温至155℃，加入改性石墨纳米颗粒，充分搅拌1.5h，混合均匀，在室温下缓慢降温1h，得到加固内层料；
挤出成型：使用双层管挤出设备，采用双层共挤的方式，将耐磨外层料和加固内层料在190℃的温度下同时挤出，得到具备耐磨外层和加固内层的双层管，即多层复合PE导管。
实施例4
实施例4与实施例3的区别在于：一种多层复合PE导管的加固内层，交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的比例为1:2。
实施例5
实施例5与实施例3的区别在于：一种多层复合PE导管的加固内层，交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的比例为1:5。
实施例6
实施例6与实施例3的区别在于：一种多层复合PE导管的加固内层，交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的比例为1:3。
实施例7
实施例7与实施例6的区别在于：一种多层复合PE导管的制备方法中，辐照步骤中，辐照强度为60kGy。
实施例8
实施例8与实施例6的区别在于：一种多层复合PE导管的制备方法中，辐照步骤中，辐照强度为90kGy。
实施例9
实施例9与实施例6的区别在于：一种多层复合PE导管的制备方法中，辐照步骤中，辐照强度为75kGy。
对比例
对比例1
市售PE导管。
对比例2
对比例2与实施例9的区别在于：一种多层复合PE导管的耐磨外层，不添加碳化硅晶须。
对比例3
对比例3与实施例9的区别在于：一种多层复合PE导管的耐磨外层，不添加纳米级竹粉。
对比例4
对比例4与实施例9的区别在于：一种多层复合PE导管的耐磨外层，不添加硬脂酸钙。
对比例5
对比例5与实施例9的区别在于：一种多层复合PE导管的耐磨外层，不添加碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙。
对比例6
对比例6与实施例9的区别在于：一种多层复合PE导管的加固内层，不添加改性氧化石墨纳米颗粒。
性能检测
对实施例1-9以及对比例1-6的PE导管进行耐磨性检测、力学检测。
耐磨性检测：采用管材耐磨损性试验机，参照QB/T5101-2017《塑料管材耐磨损性试验方法，测定摇摆100万次卷芯管的壁厚磨损量。
力学性能检测：力学性能检测包括冲击强度检测、拉伸性能检测。
冲击强度检测：参考GB/T1842-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》检测悬臂梁缺口冲击强度。
拉伸性能检测：采用电子万能拉力试验机，参考GB/T8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定第3部分聚烯烃管材》测定卷芯管的拉伸屈服强度、断裂伸长率。
检测结果如下：
对比实施例1-9与对比例1，实施例1-9的壁厚磨损量均小于0.4mm，而对比例的壁厚磨损量明显大于0.4mm,说明本申请的一种多层复合PE导管的耐磨性明显优于市售PE导管。实施例1-9的缺口冲击强度明显大于对比例1，说明本申请的一种多层复合PE导管的抗冲击性能明显优于市售PE导管。另外，实施例1-9的拉伸屈服强度均大于对比例1的拉伸屈服强度，实施例1-9的断裂伸长率均大于对比例1的拉伸屈服强度，说明本申请的一种多层复合PE导管的基本力学性能也有所提成，明显优于市售PE导管。
对比实施例1-9与对比例2，实施例1-9的耐磨性、力学性能，尤其是缺口冲击强度明显优于对比例2，说明碳化硅晶须对PE导管的耐磨性和抗冲击性能均有重要影响。
对比实施例1-9与对比例3，实施例1-9的耐磨性、力学性能，尤其是缺口冲击强度明显优于对比例3，说明纳米级竹粉对PE导管的耐磨性和抗冲击性能均有重要影响。
对比实施例1-9与对比例4，实施例1-9的耐磨性、力学性能，尤其是缺口冲击强度明显优于对比例4，说明硬脂酸钙对PE导管的耐磨性和抗冲击性能均有重要影响。
对比实施例1-9与对比例5，实施例1-9的耐磨性、力学性能，尤其是缺口冲击强度明显优于对比例5，说明碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙对PE导管的耐磨性和抗冲击性能起到了协同增效的作用。
对比实施例1-9与对比例6，实施例1-9的力学性能，尤其是缺口冲击强度明显优于对比例6，说明改性氧化石墨纳米颗粒对PE导管的和抗冲击性能起到了重要作用。
上述具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本申请做出没有创造性贡献的修改，但均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层复合PE导管，其特征在于，包括耐磨外层以及与耐磨外层一体成型的加固内层，所述耐磨外层，按重量份数，包括有以下组分：低缠结超高分子量聚乙烯90-110份、高密度聚乙烯10-20份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5-8份、二缩三丙二醇二丙烯酸酯6-9份、催化剂2-4份、碳化硅晶须10-20份、纳米级竹粉10-35份、硬脂酸钙1-3份；所述加固内层，按重量份数，包括有以下组分：高密度聚乙烯90-110份、低密度聚乙烯80-90份、聚丙烯20-40份、交联剂5-9份、稀土稳定剂4-6份、辅助稳定剂1-3份、改性氧化石墨纳米颗粒5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种多层复合PE导管，其特征在于：所述催化剂采用茂金属催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种多层复合PE导管，其特征在于：所述交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二异丙苯中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求3所述的一种多层复合PE导管，其特征在于：所述交联剂选用过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的组合，过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯的比例为1:(2-5)。
5.根据权利要求1所述的一种多层复合PE导管，其特征在于：所述稀土稳定剂选用乙酰丙酮镧、乙酰丙酮铈中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种多层复合PE导管，其特征在于：所述辅助稳定剂选用亚磷酸三正己酯、三(4-壬苯基)亚磷酸酯、亚磷酸二乙酯中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种多层复合PE导管，其特征在于：所述改性氧化石墨纳米颗粒制备方法，包括有以下步骤：
配料：按重量份数，准确称取石墨粉末10-12份、高锰酸钾90-100份，备用；将浓硫酸和浓磷酸按1:（9-20）的比例混合，得到混合酸液，备用；将冰和水按1:（2-5）的比例混合，得到冰水混合物，备用；将乙醇和水按1:（2-3）的比例混合均匀，得到乙醇水溶液，备用；
氧化石墨：将石墨粉末和高锰酸钾加入到1000-2000份的混合酸液中，然后在48-52℃的水中稳定，搅拌11-13小时使石墨粉末充分氧化，静置12-14小时，静置后加入1200-1400份的冰水混合物，冷却至室温，加入15-20份30%双氧水，使得反应物变成金黄色，静置12-14h，过滤，先用3%盐酸清洗试样3-5次，再用去离子水清洗7-10次，pH达到中性，离心，得到氧化石墨溶液，在60-70℃烘箱中烘干，最终
得到氧化石墨粉末；
硅烷改性：将氧化石墨粉末分散在800-900份乙醇水溶液中，超声30-60分钟，使氧化石墨粉末分散均匀，然后加入13-18份硅烷偶联剂，在65-80℃的水浴下，搅拌5-7小时，抽滤，采用相同比例的水和乙醇的混合溶液清洗3次，在烘箱中烘干，烘箱温度为60-65℃，烘干后，采用纳米研磨机研磨2-4小时，得到改性石墨纳米颗粒。
8.根据权利要求7所述的一种多层复合PE导管，其特征在于：所述硅烷偶联剂选用γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷的组合。
9.一种权利要求1～8任意一项所述的一种多层复合PE导管的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：
耐磨外层塑炼：将低缠结超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、催化剂在炼塑机中共混，炼塑温度为220-290℃，炼塑时间为0.5-4h，得到耐磨外层塑炼料；
混料：将耐磨外层塑炼料降温至135-145℃，加入碳化硅晶须、纳米级竹粉、硬脂酸钙，充分搅拌0.5-1.5h，混合均匀，得到耐磨外层混料；
辐照：在惰性气体的保护下，将耐磨外层混料在钴源产生的γ射线下，辐照2-4小时；
退火：辐照后，升温至160-180℃，静置1-2小时，在室温下缓慢降温2-4h，得到耐磨外层料，备用；
加固内层塑炼：在惰性气体的保护下，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯份、交联剂、稀土稳定剂、辅助稳定剂在炼塑机中共混，炼塑温度为180-210℃，炼塑时间为1-3h,得到加固内层塑炼料；
加入填料：降温至145-165℃，加入改性石墨纳米颗粒，充分搅拌1-2h，混合均匀，在室温下缓慢降温0.5-1.5h，得到加固内层料；
挤出成型：使用双层管挤出设备，采用双层共挤的方式，将耐磨外层料和加固内层料在180-210℃的温度下同时挤出，得到具备耐磨外层和加固内层的双层管，即多层复合PE导管。
10.根据权利要求9所述的一种多层复合PE导管的制备方法，其特征在于：所述辐照强度为60-90kGy。
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