CN1036091C - 塑料合金双复合改性玻璃钢管材及其制造方法 - Google Patents

塑料合金双复合改性玻璃钢管材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种塑料合金双复合改性玻璃钢管材及其制造方法，该管材由内层高耐蚀层、中间层高强度的玻璃钢层和外层耐蚀抗冲击层复合而成，该管材综合了热塑性树脂与增强热固性树脂的优良性能，具有高耐蚀性、高强度及高刚性，高抗冲压性，长寿命等优良综合性能，可代替钢管而广泛用于石化行业的输送管道，寿命可比钢管长5倍以上。

Description

塑料合金双复合改性玻璃钢管材及其制造方法
本发明涉及特种工程塑料管材料技术领域，具体地讲是涉及到一种由塑料合金与玻璃钢复合而成的管材及其制造方法。
现在，在石油化工、采矿、机械、电子、酿造、供排水等工业领域仍主要使用金属钢别作的管道，而金属管道在恶劣的腐蚀条件下，如高酸碱度，高温、高温下，易造成腐蚀，造成跑、胃、滴、漏等事故，给工业生产，尤其是石化行业的安全生产带来极大的损失的危险，目前，为解决金属钢管材料腐蚀性问题，人们采用了多种技术手段，例在钢管表面增加防腐层，在钢管外层涂覆特种防腐涂料的防氧酚醛等，在油管表面采用化学镀镍磷金属技术；再有采用特性阳极保护技术以及采用耐腐蚀材料作管道衬里，或采用不锈钢管道及陶瓷管道来减缓腐蚀速度等等。在CN872102990中记载了一种由PE为主要原料，填加部份添加剂和填料变成改性塑料作为原料，投入金属制成的管、管件模具内，别成有内表面层、纤表层和防腐全塑管道。
在以上例举的诸多种防腐方法如热喷涂防腐涂料，化学镀镍磷合多金属表面，采用耐蚀材料作衬里以及前述的全塑管道等等虽则也能起到减缓腐蚀的程度，但石化行业管道是管线长而且排而复杂，这些方法在防腐能力，强度耐冲击性、整体性能，使用寿命施装工艺用成本等等综合指标来考虑，都不能达到工业上令人满意的程度，提供具有高耐腐蚀、高强度、长寿命管材一直是工业上期望的。
本发明的目的就是解决上述问题，提供一种具有高耐蚀性、高强度长寿命的塑料合金双复合改性玻璃钢管材，该管材克服了单一材质塑料管材耐腐蚀，但强度低；单独的聚酯或氧玻璃钢强度虽高，但耐油性不足的问题。
本发明的另一个目的就是提供一种高耐蚀、高强度、长寿命的塑料合金双复合改性玻璃钢管材的制造方法。
本发明的塑料合金改性的双复合玻璃钢管材为达到使其具有类似金属材料的高强度、高刚性，又具有高化高分子的系列优良性能，使用热塑性树脂热固性树脂结合，采用如下三层结构设计：
(1)内层为高度耐油，耐酸碱，耐多种化学品的耐腐蚀层；
(2)中间层为高强度，高刚性的玻璃钢层；
(3)外层为耐腐蚀、高抗冲击层。
本发明的三层结构设计的塑料合金与玻璃复合的管材是通过以下技术措施实现的：
(1)内层：内层由卤化高聚物100(重量)份、稳定剂16份、抗氧化剂1份、阻燃剂5份、交联剂3份和加工助剂1份组成。
其中的卤化高聚物由CPVC50-60(重量份数)、VCVDC20-30份、CPE3-12份和PVC8-12份构成；稳定剂由3PbO5-6重量份数、2PbO4-5份重量构成；抗氧化剂为双酚A；阻燃剂为Pb2O3，交联剂为DCP2份，RS1份构成；加工助剂为ACR。
(2)外层：外层由内层配方基础上加入氯化石蜡4-8份和PPA10-15份构成。
(3)中间层：中间层由两组物料组成，(A)组由聚酯树脂(7901)15-25重量份、过氯化环已酮0.2-0.8份、环烷酸钴0.1-0.5份，无碱玻璃纤维2.0-4.0份构成；(B)组由E51环氧树脂12-17重量份、聚酰胺2.0-3.0份、元碱玻璃纤维25-35份构成。
本发明的塑料合金双复改性玻璃钢客材的制造方法由以下工艺步骤组成，配件→捏合→造粒→挤出→缠绕→复合→热处理→二次复合→切割→退火→检验→成品。
工艺流程见说明书附图1所示：
上述流程中各步骤温度控制范围：
(1)80-100℃，100-120℃，140-160℃，160-180℃；
(2)50±10℃；(3)15-30℃；(4)15-30℃；(5)60-80℃；(6)80-100℃，140-160℃，160-180℃；(7)常温；(8)80-100℃。
下面对平本发明的制造方法作进一步说明：
(1)内层料和外层料：对两层料按各自的配方比例称量，分别在高速捏合机中捏合，捏合温度为80-100℃，时间为5-6分钟，然后分别用挤压机160-180℃条件塑化造粒备用。
(2)中间层所用1组和2组料，分别按所需总量称量备用。
(3)管材成型：把新用的双罗件挤压机、机类、口模、真空定型辅机、复合缠绕机、外层复合机、切割机等装配组合好以后，按挤出机的四段加热温度分别为80-100℃、100-120℃、140-160℃、160-180℃开动机后，开动第一组缠绕复合机将浸渍一组树脂纤维束紧密排列缠绕在内层管壁上，达到一定厚度以后，开动第二组复合缠绕机，将浸渍(B)组树脂玻纤毕束紧密排列缠绕至总现定厚度，再送入热处理容器内，在60-80℃温度条件下处理30分钟。
在上步骤完成之后，移送至外层复合挤出机的挤擦口模处，通过口模腔，外层复合完好，按要求长度切割，分批送到退火箱中，在80-100℃条件下处理45分钟，取出降温检验，即为成品。
本发明的塑料合金双复合改性玻璃钢管材具有以下的优点：
1、高强度。使用任何单一品种的热塑料或多种热塑性塑料合金，其拉伸强度均于易起过80MPa，而与玻璃钢复合以后其拉伸强度可达220MPa以上，相关的一系列物理性能均有大幅度提高。表1是本发明管材与圆内外PVC和VPVC管及玻璃钢管的性以比较。
2、高耐蚀性。使用任何单一品种的通用热固性树脂的玻璃钢，其耐热石油腐蚀性均较低，而用该塑料合金内外双层复合以后，将玻璃钢强度导保护起来，弥补了两类材料单独使用的功能缺乏，全面发挥利用了两类材料一系列优良性能。
3、长寿命，输送石油的钢管其寿命通常在5个月10年左右，而平发明的管材使用寿命可达50年以上。
实施便：
按下述内层中间层、外层配方配料：(均重量份数)
(1)内层：卤化高聚物100 (CPVC60，VCVDC20 CPE10 PVC10)
         稳定剂    16  (3PbO 6，2PbO 5)
         抗氧化剂  1   (双酚A)
         阴燃剂    5   (Pb2O3)
         交联剂    3   (DCP2，RS1)
         加工助剂  1   (ACR)
(2)外层：在内层配方基础上加入氯化石脂5份、PPA11份。
(3)中间层：
1组  聚脂树脂(7901)     20
     过氧化环己酮       0.4
     环烷酸钴           0.2
     无碱玻璃纤维       35
2组  E51环氧树脂       15
     聚酰胺             2.7
     元碱玻璃纤维       30
按前述的制造方法的工艺流程操作，其中捏合、造粒、挤出、热处理，退火各段温度必须按规定进行。
按上述配方及本发明方法制造的管材，其物理性能以及与PVC管、VPVC及玻璃钢管的性能比较见表1
    附表    主要技术指标与比较
项目 单位                        指标情况
该管材 国内外PVC管UPVC管 国内外玻璃钢管
1、拉伸强度   MPa ≥220 ≤50≤55   180～360  金属拉力机
2、压缩强度   MPa ≥170 ≤50≤55   180～360  GB1041-99
3、弯曲强度   MPa ≥220      -   180～360  GB1042-79
4、液压强度(10MPa)   MPa 无渗期 ≤1.8≤1.8  无渗期  GB6111-85
5、冲击强度(-30℃1kg2m)   MPa 冲不破      -  冲不破  GB10002.1-88
6、阻燃性(氧指数法)   ％ ≥50～57   37～50  24～34  GB2406-80
7、维卡软化点   ℃ ≥88   70～80  100～  GB4454-84
8、丙酮浸泡 无脱层无破裂      - 软化溶胀  GB4219-84
9、耐油性拉冲强度保持率(80℃石油浸泡1080b) g/m2 ≥80 软化溶胀 软化溶胀 GB1040-92
10、耐酸碱性(30％)H2SO4(40％)HNO3(35％)HCL(40％)NaOH g/m2 -0.03+0.4+1.68-0.32      ----     ----  GB4454-84GB4454-84GB4454-84GB4454-84

Claims (6)

1、一种塑料合金双复合改性玻璃钢管材，它由内层、中间层和外层构成，内层为高度耐油、耐酸碱、耐多种化学品的耐腐蚀层；中间层为高强度、高刚性的玻璃钢层；外层为耐腐蚀、高抗冲击层，其特征在于上述三层材料的重量配方分别为：内层材料由卤化高聚物100份、稳定剂16份、抗氧化剂1份、阻燃剂5份、交联剂3份和加工助剂1份组成；外层材料由前述内层材料的配方加上氯化石蜡4-8份和PPA10-15份组成；中间层由两组物料组成：(A)组由聚酯树脂15-25份、过氧化环已酮0.2-0.8份、环烷酸钴0.1-0.5、无碱玻璃纤维30-40份构成；(B)组由E51环氧树脂12-17份、聚酰脂2.0-3.0重量份、无碱玻璃纤维25-35份构成。
2、根据权利要求1所述的管材，其特征在于内层材料中的卤化高聚物由CPVC50-60份、VCVDC20-30份、CPE3-12份和PVC8-12份构成；稳定剂由3PbO5-6份和2PbO4-5份构成；抗氧化剂为双酚A；阻燃剂为Pb2O3，交联剂由DCP2份，RS1份构成；加工助剂为ACR。
3、根据权利要求1所述的一种塑料合金双复合改性玻璃钢管材，其特征在于内层、外层和中间层由以下重量份数比例组成：
内层：卤化高聚物100(CPVC60，VCVDC20，CPE10，PVC10)
      稳定剂    16 (3PbO 6，2PbO 5)
      抗氧化剂  1  (双酚A)
      阻燃剂    5  (Pb2O3)
      交联剂    3  (DCP2，RS1)
      加工助剂  1  (ACR)
外层：在内层配方基础上加入氯化石腊5份、PPA11份。
中间层：
A组   聚脂树脂  (7901)   20
      过氧化环己酮      0.4
      环烷酸钴          0.2
      无碱玻璃纤维       35
B组   E51环氧树脂       15
      聚酰胺            2.7
      无碱玻璃纤维       30
4、根据权利要求1至3所述的的塑料合金双复合改性玻璃管材的制造方法，由以下工艺步骤组成：配料、捏合、造粒、挤出、定型、缠绕、复合、热处理、二次复合、切割、退火、检验、成品，其特征在于其中所述的配料按权利要求1、2配方组成；所述的捏合步骤是在高速捏合机中温度为80-100℃下捏合5-6分钟；所述造粒步骤是在挤出机中于160-180℃下塑化造粒。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于在该方法中，挤出的四段加热温度为80-100℃，100-120℃，140-160℃，160-180℃；定型温度为40-60℃；缠绕步骤的温度为15-30℃；热处理温度为60-80℃；外层挤擦二次复合的温度为80-100℃，100-120℃、140-160℃、160-180℃退火步骤温度为80-100℃。
6、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于在制造过程中，在管材成型阶段，将新用双罗样挤出机、机头、口模、真空定型辅机、复合缠绕机、外层复合机、切割机等装配组合完后，按挤出机的四段加热温度开动主机后，将内层粒料投入料斗，经机筒各段加热混合塑化、通过真空定型后，开动第一组缠绕复合机将浸渍(A)组树脂的玻纤丝束紧密排列缠绕在内层管壁上，达到预定厚度后，开动第二组复合缠绕机，将浸渍(B)组树脂的玻纤丝束紧密排列缠绕至总规定厚度，再送入热处理器中处理30分钟；接着将管材移送至外层复合挤出机的挤擦口模处，通过口模将外层复合好，按要求长度切割，分机送至退火箱中处理45分钟，取出降温检验，则为成品。
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