本發(fā)明涉及管材，尤其涉及一種塑料管材專用料和連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管的制備方法。

背景技術(shù)：

雙壁纏繞管是由樹(shù)脂通過(guò)螺桿擠出機(jī)熔融、擠出，經(jīng)真空定徑、纏繞、冷卻等步驟，最后得到具有工字鋼型結(jié)構(gòu)壁的塑料管材。常見(jiàn)的雙壁纏繞管有聚乙烯雙壁纏繞管、聚丙烯雙壁纏繞管、聚氯乙烯雙壁纏繞管。與波紋管、加筋管相比，具有工字鋼型結(jié)構(gòu)壁的雙壁纏繞管具有更大的慣性矩，可以做到較高的強(qiáng)度和剛度。由于采用的是纏繞成型生產(chǎn)工藝，對(duì)設(shè)備依賴程度較低，管材口徑最大可達(dá)3000mm。隨著管材環(huán)剛度和口徑不斷的提高，管材重量驟升、原輔材料消耗巨大、生產(chǎn)控制難度高、管材環(huán)柔性和抗沖擊性下降，限制了大口徑雙壁纏繞管的應(yīng)用推廣。纖維作為一種無(wú)機(jī)增強(qiáng)材料，具有高模量、高強(qiáng)度、耐腐蝕、優(yōu)異尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，可在較大程度上能提高基體樹(shù)脂的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性。

發(fā)明專利CN102691832B報(bào)道了“玻纖增強(qiáng)HDPE雙壁纏繞管及其制作方法”。該管材由玻纖增強(qiáng)HDPE塑料管經(jīng)螺旋纏繞并用塑料熱熔膠焊接而成，其中的玻纖增強(qiáng)HDPE塑料管為長(zhǎng)玻纖的重量百分比含量在5～40％之間的中空矩形玻纖增強(qiáng)HDPE塑料管。該發(fā)明的玻纖增強(qiáng)管材的抗沖擊、抗劃痕、抗慢速裂紋擴(kuò)展性、抗環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性好，有足夠的縫拉伸強(qiáng)度。但是該管材采用的長(zhǎng)玻纖在加工工程中被打碎成長(zhǎng)短不一的短纖，對(duì)管材起到一定的增強(qiáng)作用，但是無(wú)法提高管材整體的柔韌性，管材依舊存在較為明顯的蠕變和應(yīng)力松弛破壞。

實(shí)用新型專利CN204372370U報(bào)道了“HDPE中空雙壁纏繞管”。該管材主要由橡膠粘結(jié)層和設(shè)置在橡膠粘結(jié)層內(nèi)的纏繞管組成。纏繞管內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋，可以提高纏繞管的強(qiáng)度，保證管體的整體強(qiáng)度并做到更大的口徑；管體外側(cè)設(shè)置的玻纖防護(hù)層能進(jìn)一步的提高管體的強(qiáng)度，防止外力的沖擊破壞。但是這種管材需在纏繞 管外層涂覆、粘結(jié)一層玻纖防護(hù)層，工藝復(fù)雜，耗材大，成本高；加強(qiáng)筋及玻纖防護(hù)層的設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)管材的剛性，但是對(duì)管材柔韌性和抗沖擊性能的提升效果不明顯。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，纖維的長(zhǎng)度對(duì)塑料管材的改性有著較為明顯的影響。短纖維在基體樹(shù)脂中的存在能提高塑料管材的剛性強(qiáng)度，但是不能提高管材的韌性；而目前采用纖維束對(duì)雙壁纏繞管的增強(qiáng)改性多為經(jīng)過(guò)二次成型加工而成，管材生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，纖維束在樹(shù)脂層中存在不均勻分布問(wèn)題，且纖維束易被剝離，從而失去對(duì)管材的增強(qiáng)改性作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種塑料管材專用料和連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管的制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種塑料管材專用料，由以下重量份的組分制備而成：

基體樹(shù)脂：100份；

無(wú)機(jī)粉體：0～60份；

相容劑：1～10份；

偶聯(lián)劑：1-5份；

潤(rùn)滑劑：0.1～1份；

抗氧劑：0.1～1份；

成核劑：0.1～1份。

所述的基體樹(shù)脂選自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一種或多種的組合。

所述的相容劑選自聚烯烴彈性體、三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯橡膠、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一種或多種的混合物。

所述的無(wú)機(jī)粉體選自碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、硫酸鋇、玻璃短纖維中的一種或多種的組合。也可以由上述材料直接加工成填充功能母粒使用。

所述的偶聯(lián)劑選自鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸中的一種。

所述的潤(rùn)滑劑選自石蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、硬脂酸鋅、乙烯基雙硬脂酰胺及其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、硅酮中的一種或多種的組合。

所述的抗氧劑選自受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑、含硫抗氧劑、復(fù)合抗氧劑中的一種或多種的組合。

所述成核劑選自苯甲酸、己二酸、苯甲酸鈉、對(duì)苯酚磺酸鈉、二芐叉山梨糖醇及其衍生物中的一種或多種的組合。

基于上述專用料的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管的制備方法，包括以下步驟：

(1)將基體樹(shù)脂、無(wú)機(jī)粉體、相容劑、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、抗氧劑、成核劑依次加入高速混合攪拌機(jī)中充分混合，制得管材專用料；

(2)將管材專用料由喂料機(jī)分別定量輸送到主擠出機(jī)和輔擠出機(jī)，熔融、混煉；

(3)采用多層共擠出機(jī)頭模具，該多層共擠出機(jī)頭模具包括復(fù)合模頭、芯模、口模和復(fù)合外模，復(fù)合模頭與主擠出機(jī)相連，復(fù)合外模與輔擠出機(jī)相連，口模上設(shè)有引入連續(xù)纖維束的穿絲孔及穿絲通道；

(4)將主擠出機(jī)中的熔融料通過(guò)復(fù)合模頭導(dǎo)入機(jī)頭模具，將輔擠出機(jī)中的熔融料通過(guò)復(fù)合外模導(dǎo)入機(jī)頭模具；同時(shí)將連續(xù)纖維束通過(guò)牽引導(dǎo)入口模，并與來(lái)自機(jī)頭模具的樹(shù)脂在口模端口處相互交匯，最后擠出，經(jīng)真空定徑形成中空方管；

(5)將中空方管經(jīng)螺旋纏繞和塑料熱熔膠焊接制成具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管。

所述連續(xù)纖維束為經(jīng)表面改性處理的連續(xù)纖維束，表面改性處理包括化學(xué)交聯(lián)改性處理、物理表面改性處理或PE樹(shù)脂預(yù)涂敷處理；連續(xù)纖維束選自無(wú)堿無(wú)捻、無(wú)堿有捻、中堿無(wú)捻、中堿有捻中的一種；纖維束材質(zhì)選自玻璃纖維、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚氨酯纖維、尼龍纖維、聚酯纖維、金屬纖維中的一種或多種的組合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：

1、連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管采用一次擠出成型生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)步驟簡(jiǎn)單，設(shè)備投入少，生產(chǎn)效率高；

2、連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管具有輕量化、成本低的特點(diǎn)，相比普通雙壁纏繞管可節(jié)約10～20％的原材料；

3、連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管具有更高的環(huán)剛度等級(jí)，可突破常規(guī)技術(shù)16kN/m²的瓶頸，達(dá)到25～30kN/m²；

4、連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管具有優(yōu)異的韌性、耐沖擊性，沖擊強(qiáng)度可提高 50～150％；

5、連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管使用壽命長(zhǎng)，能有效地抑制蠕變和應(yīng)力松弛破壞的發(fā)生，蠕變比率≤4％。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中采用的多層共擠出機(jī)頭模具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為機(jī)頭模具中的口模的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管的斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中所示：1-中空方管，2-表面改性處理過(guò)的連續(xù)纖維束，3-焊條。

圖2為本發(fā)明中采用的多層共擠出機(jī)頭模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2中所示：5-復(fù)合模頭，6-復(fù)合外模，7-模頭壓板，8-口模，9-模芯，10-穿絲孔，11-輔擠出機(jī)進(jìn)料口，12-輔料流道。

圖3為本發(fā)明中的口模的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3中所示：13-穿絲通道，14-主料流道，15-穿絲孔。

本發(fā)明中所述的基體樹(shù)脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等樹(shù)脂；所述的相容劑為聚烯烴彈性體、三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯橡膠、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等；所述的無(wú)機(jī)粉體可以由碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、硫酸鋇、玻璃短纖維等中的一種或多種組合，或者直接加工成填充功能母粒。所述的偶聯(lián)劑可以為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸等商業(yè)化的偶聯(lián)劑；所述的潤(rùn)滑劑為石蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、硬脂酸鋅、乙烯基雙硬脂酰胺及其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、硅酮等。所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑、含硫抗氧劑、復(fù)合抗氧劑等；所述成核劑為苯甲酸、己二酸、苯甲酸鈉、對(duì)苯酚磺酸鈉等。

下面結(jié)合具體的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管及其制備方法。

實(shí)施例1

塑料管材專用料配料：

HDPE樹(shù)脂：100公斤；

POE：5公斤；

硅烷偶聯(lián)劑：2公斤；

聚乙烯蠟：0.3公斤；

硬脂酸鋅：0.2公斤；

抗氧劑BHT：0.1公斤；

成核劑：0.1公斤。

首先將無(wú)堿無(wú)捻的連續(xù)纖維束進(jìn)行PE樹(shù)脂預(yù)涂敷處理，備用；將HDPE、POE、硅烷偶聯(lián)劑、聚乙烯蠟、硬脂酸鋅、抗氧劑BHT、成核劑按上述比例依次加入高速混合攪拌機(jī)中混合均勻制得管材專用料；專用料分別進(jìn)入主擠出機(jī)、輔擠出機(jī)，并與穿過(guò)機(jī)頭模具的連續(xù)纖維束在口模端口處相互交匯，最后擠出，經(jīng)真空定徑形成中空方管；再將中空方管經(jīng)螺旋纏繞和塑料熱熔膠焊接制成具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管。

實(shí)施例2

塑料管材專用料配料：

PP樹(shù)脂：100公斤；

無(wú)機(jī)粉體：30公斤；

EPDM：5公斤；

鋁酸酯類偶聯(lián)劑：2公斤；

石蠟：0.5公斤；

硬脂酸鋅：0.2公斤；

抗氧劑1010：0.1公斤；

成核劑：0.1公斤。

首先將無(wú)堿無(wú)捻的連續(xù)纖維束進(jìn)行PE樹(shù)脂預(yù)涂敷處理，備用；將PP、無(wú)機(jī)粉體、EPDM、鋁酸酯類偶聯(lián)劑、石蠟、硬脂酸鋅、抗氧劑1010、成核劑按上述比例依次加入高速混合攪拌機(jī)中混合均勻制得管材專用料；專用料分別進(jìn)入主擠出機(jī)、輔擠出機(jī)，并與穿過(guò)機(jī)頭模具的連續(xù)纖維束在口模端口處相互交匯，最后擠出，經(jīng)真空定徑形成中空方管；再將中空方管經(jīng)螺旋纏繞和塑料熱熔膠焊接制成具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管。

實(shí)施例3

塑料管材專用料配料：

HDPE樹(shù)脂：100公斤；

無(wú)機(jī)粉體：60公斤；

EVA：2公斤；

POE：2公斤；

EPDM：1公斤；

鈦酸酯類偶聯(lián)劑：2公斤；

石蠟：0.5公斤；

聚乙烯蠟：0.2公斤；

抗氧劑1010：0.1公斤；

成核劑：0.1公斤。

首先將無(wú)堿無(wú)捻的連續(xù)纖維束進(jìn)行PE樹(shù)脂預(yù)涂敷處理，備用；將HDPE、無(wú)機(jī)粉體、EVA、POE、EPDM、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、石蠟、聚乙烯蠟、抗氧劑1010、成核劑按上述比例依次加入高速混合攪拌機(jī)中混合均勻制得管材專用料；專用料分別進(jìn)入主擠出機(jī)、輔擠出機(jī)，并與穿過(guò)機(jī)頭模具的連續(xù)纖維束在口模端口處相互交匯，最后擠出，經(jīng)真空定徑形成中空方管；再將中空方管經(jīng)螺旋纏繞和塑料熱熔膠焊接制成具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維束增強(qiáng)雙壁纏繞管。