本發(fā)明涉及一種PVC管材及其制備方法，具體涉及一種高強(qiáng)高韌礦用管材及其制備方法。
背景技術(shù)：
：蒙脫土是一種典型的天然黏土礦物，具有蘊(yùn)藏量高、種類繁多、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。蒙脫土還具有良好的分散性能，可以廣泛應(yīng)用高分子材料行業(yè)作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性能及氣體阻隔性能等，從而起到增強(qiáng)聚合物綜合物理性能的作用，同時(shí)改善物料加工性能，應(yīng)用前景廣闊。鄭玉嬰、彭超在其《PVC-U/蒙脫土納米復(fù)合管材的研制》一文中以蒙脫土為主要原料，通過適宜的有機(jī)物插層劑對(duì)其改性研制了有機(jī)蒙脫土，然后利用聚氯乙烯的親油性，運(yùn)用插層技術(shù)將PVC溶體插入有機(jī)蒙脫土層間，使蒙脫土片層剝離并以納米尺寸分散在PVC相中,實(shí)現(xiàn)了納米層狀蒙脫土與PVC的復(fù)合，使制得的PVC-U/蒙脫土納米復(fù)合管材具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能。但是上述文獻(xiàn)制得的復(fù)合管材存在著表面電阻大，抗靜電性差的缺點(diǎn)，管材表面一經(jīng)磨擦就會(huì)產(chǎn)生靜電，并聚集于管材表面，若應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)作業(yè)，靜電放電時(shí)就有可能引起火災(zāi)和瓦斯爆炸，無法滿足礦用管材的使用要求，限制了其應(yīng)用范圍。另外，上述文獻(xiàn)制得的復(fù)合管材的強(qiáng)度和韌性也不盡人意。氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，是石墨烯的一種重要衍生物，與石墨烯具有相似的結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的光學(xué)、熱力學(xué)、力學(xué)和電學(xué)性能，在改善材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、力學(xué)性能等綜合性能方面發(fā)揮著非常重要的作用。因此，本發(fā)明先采用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷對(duì)蒙脫土進(jìn)行氨基化改性，然后采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺活化氧化石墨烯表面的羧基，這樣氧化石墨烯表面的羧基可以與蒙脫土表面的氨基進(jìn)行酰胺縮合，進(jìn)而使氧化石墨烯片層包覆在蒙脫土表面，制得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，然后采用丙烯酸丁酯對(duì)其進(jìn)行接枝改性，提高其與PVC基體的相容性及分散穩(wěn)定性，制得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，作為導(dǎo)電填料應(yīng)用于PVC管材中，在改善PVC管材的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低了PVC管材的表面電阻，使制得的PVC管材具有優(yōu)異的抗靜電性。本發(fā)明還在聚氯乙烯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的高分子共混體系基礎(chǔ)上，加入了亞白剛玉細(xì)粉、堿式硫酸鎂晶須、微粉硅膠、白玉石粉等原料，不僅提高了材料的拉伸強(qiáng)度和韌性，還改善了材料的耐熱性、耐磨性和抗沖擊性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)高韌礦用管材及其制備方法，本發(fā)明所述礦用管材強(qiáng)度高，韌性好，耐熱性好，耐磨性好，抗沖擊能力強(qiáng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種高強(qiáng)高韌礦用管材，由以下重量份的原料制成：聚氯乙烯50-70、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯10-15、氧化石墨烯18-26、亞白剛玉細(xì)粉11-18、三硬脂酸甘油酯4-7、堿式硫酸鎂晶須10-15、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯9-14、微粉硅膠12-19、褐煤蠟5-8、蒙脫土24-37、硬脂酸鋁2-4、硬脂酸鎂1-3、白玉石粉16-23。一種高強(qiáng)高韌礦用管材的制備方法，包括以下步驟：(1)按照固液比1:10-20將蒙脫土加入到95％無水乙醇中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后加入相?dāng)于蒙脫土質(zhì)量3-6％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加熱至65-70℃，攪拌1.5-2h，冷卻至室溫，分別用乙醇、去離子水各清洗三遍，冷凍干燥，粉碎至納米粒徑，過篩，即得氨基化納米蒙脫土；(2)將氧化石墨烯加水?dāng)嚢柚瞥少|(zhì)量濃度為0.6-1.2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相當(dāng)于氧化石墨烯質(zhì)量46-52％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和42-48％的N-羥基琥珀酰亞胺，超聲處理20-30min后加入步驟(1)制得的氨基化納米蒙脫土，在600-900r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌3-6h，過濾，并分別用甲醇、去離子水各清洗三次，冷凍干燥，730-770℃煅燒0.5-1.5h，冷卻至室溫，即得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(3)按照固液比1:21-29將氧化石墨烯包覆納米蒙脫土加入到水中，再加入相當(dāng)于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質(zhì)量2.5-4.5％的十二烷基硫酸鈉，超聲分散1.5-2.5h，然后水浴加熱，加熱至75-80℃時(shí)通入氮?dú)猓訜?0-85℃時(shí)，加入相當(dāng)于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質(zhì)量0.6-0.7％的過硫酸銨，加熱至85-90℃時(shí)，加入相當(dāng)于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質(zhì)量48-54％的丙烯酸丁酯，攪拌反應(yīng)2-5h，過濾，洗滌，烘干，氣流粉碎，即得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(4)將聚氯乙烯、堿式硫酸鎂晶須、氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、硬脂酸鋁到高速加熱混合機(jī)中，加熱至65-85℃，混合14-22min，再加入亞白剛玉細(xì)粉、微粉硅膠、褐煤蠟、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，加熱至75-95℃，混合12-19min，待料溫降至60-80℃時(shí)加入聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土以及其余原料，混合8-16min，即得混合料；(5)將步驟(4)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出，雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒溫度為175-195℃，模頭溫度為165-185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為30-60r/min，然后經(jīng)拉管，冷卻，切割，制成管材。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明先采用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷對(duì)蒙脫土進(jìn)行氨基化改性，然后采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺活化氧化石墨烯表面的羧基，這樣氧化石墨烯表面的羧基可以與蒙脫土表面的氨基進(jìn)行酰胺縮合，進(jìn)而使氧化石墨烯片層包覆在蒙脫土表面，制得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，然后采用丙烯酸丁酯對(duì)其進(jìn)行接枝改性，提高其與PVC基體的相容性及分散穩(wěn)定性，制得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，作為導(dǎo)電填料應(yīng)用于PVC管材中，在改善PVC管材的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低了PVC管材的表面電阻，使制得的PVC管材具有優(yōu)異的抗靜電性；(2)本發(fā)明在聚氯乙烯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的高分子共混體系基礎(chǔ)上，加入了亞白剛玉細(xì)粉、堿式硫酸鎂晶須、微粉硅膠、白玉石粉等原料，不僅提高了材料的拉伸強(qiáng)度和韌性，還改善了材料的耐熱性、耐磨性和抗沖擊性能。具體實(shí)施方式一種高強(qiáng)高韌礦用管材，由以下重量(kg)的原料制成：聚氯乙烯60、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯12、氧化石墨烯22、亞白剛玉細(xì)粉15、三硬脂酸甘油酯5、堿式硫酸鎂晶須13、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯11、微粉硅膠16、褐煤蠟6.5、蒙脫土31、硬脂酸鋁3、硬脂酸鎂2、白玉石粉19。一種高強(qiáng)高韌礦用管材的制備方法，包括以下步驟：(1)按照固液比1:10-20將蒙脫土加入到95％無水乙醇中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍缓蠹尤胂喈?dāng)于蒙脫土質(zhì)量3-6％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加熱至65-70℃，攪拌1.5-2h，冷卻至室溫，分別用乙醇、去離子水各清洗三遍，冷凍干燥，粉碎至納米粒徑，過篩，即得氨基化納米蒙脫土；(2)將氧化石墨烯加水?dāng)嚢柚瞥少|(zhì)量濃度為0.6-1.2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相當(dāng)于氧化石墨烯質(zhì)量46-52％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和42-48％的N-羥基琥珀酰亞胺，超聲處理20-30min后加入步驟(1)制得的氨基化納米蒙脫土，在600-900r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌3-6h，過濾，并分別用甲醇、去離子水各清洗三次，冷凍干燥，730-770℃煅燒0.5-1.5h，冷卻至室溫，即得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(3)按照固液比1:21-29將氧化石墨烯包覆納米蒙脫土加入到水中，再加入相當(dāng)于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質(zhì)量2.5-4.5％的十二烷基硫酸鈉，超聲分散1.5-2.5h，然后水浴加熱，加熱至75-80℃時(shí)通入氮?dú)?，加?0-85℃時(shí)，加入相當(dāng)于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質(zhì)量0.6-0.7％的過硫酸銨，加熱至85-90℃時(shí)，加入相當(dāng)于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質(zhì)量48-54％的丙烯酸丁酯，攪拌反應(yīng)2-5h，過濾，洗滌，烘干，氣流粉碎，即得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(4)將聚氯乙烯、堿式硫酸鎂晶須、氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、硬脂酸鋁到高速加熱混合機(jī)中，加熱至65-85℃，混合14-22min，再加入亞白剛玉細(xì)粉、微粉硅膠、褐煤蠟、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，加熱至75-95℃，混合12-19min，待料溫降至60-80℃時(shí)加入聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土以及其余原料，混合8-16min，即得混合料；(5)將步驟(4)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出，雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒溫度為175-195℃，模頭溫度為165-185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為30-60r/min，然后經(jīng)拉管，冷卻，切割，制成管材。上述實(shí)施例制得的PVC管材的主要性能檢測(cè)結(jié)果如下表所示：檢測(cè)項(xiàng)目單位檢測(cè)結(jié)果拉伸強(qiáng)度MPa73縱向回縮率％2.9表面電阻Ω3.5×106老化系數(shù)(70℃,144h)—0.87當(dāng)前第1頁1 2 3