本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管。

背景技術(shù)：

目前，我國的排水管網(wǎng)系統(tǒng)仍以傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管、陶管、鑄鐵管為主流，但其施工難度高，管道之間的連接復(fù)雜，往往造成龐大的施工浪費(fèi)。尤其是在長期的使用中，常常由于腐蝕、破損、滲漏，特別是大面積的污水滲漏，已嚴(yán)重污染了越來越少的地下水源。解決城市的缺水及污染問題，關(guān)系到城市的可持續(xù)發(fā)展，也是我國當(dāng)前和長遠(yuǎn)發(fā)展的重大問題。借鑒國外發(fā)達(dá)國家排水管網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及塑料管材的應(yīng)用情況，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)政策已向大口徑塑料埋地排水管傾斜。雙平壁中空纏繞管以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比其它的塑料管道具有更加優(yōu)越的性能。環(huán)剛度和環(huán)柔度是管材最重要的性能指標(biāo)，因?yàn)樵诼竦嘏潘艿膽?yīng)用中，管材不承受內(nèi)壓或壓力很低，而只承受外壓負(fù)載(包括動負(fù)載和靜負(fù)載)。如果管材的環(huán)剛度太小，管材將發(fā)生大的變形破壞，這樣就不能保證管材的安全使用；若環(huán)柔度過低，管材在使用過程中易破壞漏水等。添加入無機(jī)填料，如:短切玻璃纖維、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、硅灰石等，以降低材料成本、提高材料性能的剛性，然而，在塑料材料中加入無機(jī)填充材料后一般都會使材料性能變脆，缺口沖擊韌性下降，材料的使用性能因此受到明顯影響。增加塑料的韌性，早期通常采用橡膠類彈性體進(jìn)行，例如:ABS(聚丙烯腈_丁二烯_苯乙烯)，HIPS(耐沖擊性聚苯乙烯)和PP/EPDM[聚丙烯/三元乙丙橡膠(含雙環(huán)戊二烯)]等增韌體系，橡膠增韌聚合物可使沖擊韌性成倍增長，但由于其模量和玻璃化溫度低，給增韌塑料帶來固有的缺陷，如材料的剛度、強(qiáng)度、熱畸變溫度大幅度降低，成本提高等。聚烯烴復(fù)合材料所表現(xiàn)的強(qiáng)度增加或韌性提高總是以犧牲其它性能為代價(jià)的，所以如何保持改性聚烯烴復(fù)合材料強(qiáng)度和韌性的平衡是制備埋地排水排污聚烯烴(DRPO)管材的關(guān)鍵問題。

綜上所述，現(xiàn)在增加塑料的韌性采用橡膠類彈性體進(jìn)行存在材料的剛度、強(qiáng)度、熱畸變溫度大幅度降低，成本提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管，旨在解決現(xiàn)在增加塑料的韌性采用橡膠類彈性體進(jìn)行存在材料的剛度、強(qiáng)度、熱畸變溫度大幅度降低，成本提高的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管，所述制備增強(qiáng)改性聚烯烴管材的材料按照質(zhì)量份數(shù)由聚烯烴72％～85％、BPOE5％～10％和玄武巖纖維10％～18％組成。BPOE全稱為接枝乙烯--辛烯共聚物。即通過反應(yīng)擠出工程使POE分子鏈上接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯。該方法提高了復(fù)合材料各組分之間的相容性，改善復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能。

進(jìn)一步，所述BPOE按照質(zhì)量百份數(shù)由乙烯辛烯共聚物100份、苯乙烯2份～7份、甲基丙烯酸縮水甘油酯3份～6份和過氧化二異丙苯0.1份～0.4份組成。

進(jìn)一步，所述制備增強(qiáng)改性聚烯烴管材的材料的拉伸強(qiáng)度：23.5MPa～29.8MPa；彎曲模量：840.6MPa～1891.2MPa；沖擊強(qiáng)度：9.2KJ/m²～19.5KJ/m²。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管的制備方法，所述玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管的制備方法包括以下步驟：

(1)按照質(zhì)量份數(shù)將聚烯烴72％～85％、BPOE5％～10％和玄武巖纖維10％～18％混合，得到混合料；

(2)然后將混合料通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，制備增強(qiáng)改性聚烯烴管材專用料。

進(jìn)一步，所述BPOE的制備方法包括：

(1)按照質(zhì)量百份數(shù)準(zhǔn)備乙烯辛烯共聚物100份、苯乙烯2份～7份、甲基丙烯酸縮水甘油酯3份～6份和過氧化二異丙苯0.1份～0.4份；

(2)接枝設(shè)備采用雙螺桿擠出機(jī)，以反應(yīng)擠出工藝制備BPOE工藝條件如下：雙螺桿擠出機(jī)各段溫度為：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃。

進(jìn)一步，所述玄武巖纖維的處理方法包括：

在去離子水中加入0.1％非離子型表面活性劑配制成水乳液，將KH-550硅烷偶聯(lián)劑溶于水中，配成0.5％-2.0％的溶液；

將玄武巖短纖維浸漬于配成的硅烷水溶液中2小時(shí)；取出后在110-120℃下烘干20-30min；

按比例(聚烯烴72％～85％、BPOE5％～10％和玄武巖纖維10％～18％混合)稱量經(jīng)表面處理的玄武巖纖維及聚乙烯或聚丙烯，在高速混合機(jī)中混合20min在雙螺桿擠出機(jī)上熔融造粒。

玄武巖纖維是無機(jī)材料，與有機(jī)材料的相容性較差；KH-550硅烷是一類偶聯(lián)劑，玄武巖纖維經(jīng)KH-550表面處理后，有效改善了玄武巖纖維與聚乙烯、聚丙烯之間的界面相容性，提高了復(fù)合材料力學(xué)性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管制備的管材。

進(jìn)一步，所述管材的制備方法所述管材的制備方法所述管材的制備方法包括：

混料，上料，雙層帶擠出，冷卻定型，纏繞成型，切割，檢驗(yàn)，入庫；擠出機(jī)各段溫度為：160℃，170℃，185℃，190℃，190℃?；炝?，上料，雙層帶擠出，冷卻定型，纏繞成型，切割，檢驗(yàn)，入庫就是纏繞管生產(chǎn)的完整工藝流程。

本發(fā)明提供的玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管，制備的管材環(huán)剛度，SN8 8.7～9.5、SN10 10.6～11.8、SN12.513.1～15.2、SN1616.6～18.5；沖擊性能(23℃)7/％；環(huán)柔性：試樣圓滑、管壁無破裂；烘箱試驗(yàn)：無氣泡、無分層、無開裂；蠕變比率3。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管的制備方法流程圖。

圖2和圖3分別表述經(jīng)改性后的玄武巖纖維與聚乙烯形成復(fù)合材料后，其彎曲彈性模量和拉伸彈性模量隨玄武巖纖維含量變化而提高情況的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管按照質(zhì)量份數(shù)由聚烯烴72％～85％、BPOE5％～10％和玄武巖纖維10％～18％組成。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴雙平壁中空纏繞排水管的制備方法包括以下步驟：

S101：按照質(zhì)量份數(shù)將聚烯烴72％～85％、BPOE5％～10％和玄武巖纖維10％～18％混合，得到混合料；

S102：然后將混合料通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，制備增強(qiáng)改性聚烯烴(DRPO)管材專用料。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明采取同時(shí)增強(qiáng)增韌技術(shù)，使聚烯烴復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性得到同時(shí)提高，并通過特有設(shè)備和工藝成型DRPO管材。

1、通過熔融接枝技術(shù)，制備BPOE

Polyolefinelastomers(POE)是Dupont Dow彈性體公司用Insite工藝和限定幾何構(gòu)型催化技術(shù)(CGCT)制成的新型聚烯烴彈性體材料，具有窄相對分子質(zhì)量分布和均勻的短支鏈分布等特點(diǎn),這使POE的主要性能非常突出，很多性能指標(biāo)超過了普通彈性體，如POE具有較高的強(qiáng)度和伸長率、耐老化性能好由于其分子鏈?zhǔn)秋柡偷模逄荚酉鄬^少，因而具有優(yōu)異的耐熱老化和抗紫外線性能；另一方面，限定幾何構(gòu)型催化劑技術(shù)(CGCT)可以控制在聚合物線型短支鏈支化結(jié)構(gòu)中引入長支鏈，從而改善了聚合物的加工流變性能，POE分子結(jié)構(gòu)的特殊性賦予了其優(yōu)異的力學(xué)性能、流變性能和抗紫外線性能。此外，它還具有和聚烯烴親和性好、低溫韌性好、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于塑料改性。這種新材料的出現(xiàn)引起了全世界塑料和橡膠工業(yè)界的強(qiáng)烈關(guān)注，也為聚合物的改性和加工帶來全新的理念。

為了提高聚烯烴材料之間以及聚烯烴與無機(jī)粒子間的相容性，采用熔融接枝技術(shù)，制備BPOE新材料。

所用原料及比例為:

乙烯辛烯共聚物(POE)：100份、苯乙烯(S_t)：2份～7份、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)：3份～6份、過氧化二異丙苯(DCP)：0.1份～0.4份。

接枝設(shè)備采用雙螺桿擠出機(jī)，以反應(yīng)擠出工藝制備BPOE.工藝條件如下：雙螺桿擠出機(jī)各段溫度為(℃)：160，170，185，190，190。

2、玄武巖纖維表面處理

玄武巖纖維(CBF)是以天然的火山噴出巖作為原料，將其破碎后加入熔窯中，在1450℃～1500℃熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板制成的連續(xù)纖維。以BF為增強(qiáng)體可制成各種性能優(yōu)異的復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于消防、環(huán)保、航空航天、軍工、車船制造、工程塑料、建筑等軍工和民用領(lǐng)域，故BF被譽(yù)為21世紀(jì)的新材料。復(fù)合材料的力學(xué)性能與纖維性能、樹脂含量有關(guān)，主要還是取決于纖維與基體樹脂的復(fù)合界面粘結(jié)強(qiáng)弱。復(fù)合界面的粘結(jié)狀態(tài)是確保復(fù)合材料獲得良好的力學(xué)性能最重要的因素。纖維與樹脂之間的微觀接觸狀況影響著復(fù)合材料的力學(xué)性能。早期研究發(fā)現(xiàn)，用硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維(GF)，其表面的Si-O鍵以及其固有的羥基和樹脂的羥基形成氫鍵，氫鍵的形成增強(qiáng)了不同纖維之間的結(jié)合力。硅烷水解成有機(jī)硅醇，并與纖維表面以氫鍵或共價(jià)鍵形式結(jié)合，形成網(wǎng)絡(luò)。而BF的化學(xué)組成與玻璃纖維相似，主要成分都是硅化物。用硅烷偶聯(lián)劑處理纖維后，可以使二者之間獲得更好的結(jié)合，而且纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料也能獲得更好的力學(xué)性能和理化性能。一大批研究人員在表征纖維與偶聯(lián)劑的復(fù)合界面、FRP的復(fù)合界面等方面做了大量研究。而利用FTIR測試、XPS測試等方法探索偶聯(lián)劑處理的纖維表面，以及FRP的復(fù)合界面的復(fù)合機(jī)理也成為FRP復(fù)合材料研究的主要趨勢。本發(fā)明從偶聯(lián)劑的作用機(jī)理和界面理論入手，從微觀的角度尋找影響B(tài)F/PO復(fù)合材料的復(fù)合界面上樹脂與纖維之間結(jié)合的化學(xué)基團(tuán)，進(jìn)而推測二者之間形成的化學(xué)鍵，找出影響這些化學(xué)鍵形成的因素，并通過大量實(shí)驗(yàn)探索出BF有效表面處理技術(shù)，并制備出具有良好綜合性能的復(fù)合材料。在去離子水中加入0.1％非離子型表面活性劑配制成水乳液，將KH-550硅烷偶聯(lián)劑溶于水中，配成0.5％-2.0％的溶液，然后，將玄武巖短纖維浸漬于配成的硅烷水溶液中2小時(shí)。取出后在110-120℃下烘干20-30min。按比例稱量經(jīng)表面處理的玄武巖纖維及聚乙烯或聚丙烯，在高速混合機(jī)中混合20min。然后在雙螺桿擠出機(jī)上熔融造粒。所制備復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度達(dá)到29.8MPa彎曲模量1891MPa。

3、制備增強(qiáng)改性聚烯烴(DRPO)管材專用料

3.1、首先按比例稱量聚烯烴、BPOE和活性玄武巖纖維加入高速混合機(jī)中，混合均勻；各組分含量比例為(質(zhì)量份數(shù))：聚烯烴：72％～85％、BPOE：5％～10％、玄武巖纖維：10％～18％。

然后將混合料通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，制備增強(qiáng)改性聚烯烴(DRPO)管材專用料。

料筒溫度分別為(℃)：180，195，210，220，220。口模溫度為(℃)：215。

所得材料的基本性能如下：拉伸強(qiáng)度：23.5MPa～29.8MPa；彎曲模量：840.6MPa～1891.2MPa；沖擊強(qiáng)度：9.2KJ/m²～19.5KJ/m²。

3.2、管材生產(chǎn)設(shè)備及工藝

玄武巖纖維增強(qiáng)改性聚烯烴DRPO雙平壁中空纏繞排水管由兩臺擠出機(jī)共擠出，一臺擠出管材外壁，一臺擠出管材內(nèi)壁，在模具內(nèi)復(fù)合為雙層結(jié)構(gòu)，以帶狀形式連續(xù)擠出，冷卻定型，經(jīng)纏繞成型為管材。其工藝流程路線如下：

混料—上料—雙層帶擠出—-冷卻定型-—纏繞成型--切割—檢驗(yàn)—入庫

擠出機(jī)各段溫度為(℃)：160，170，185，190，190。

實(shí)施例制備的DRPO管物理力學(xué)性能范圍

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。