CN108948499A - 一种抗冲击高强度聚乙烯通信管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信管材领域，尤其涉及一种抗冲击高强度聚乙烯通信管及其制备方法，该聚乙烯通信管包括以下重量份数的原料：改性聚乙烯50‑80份、超高分子量聚乙烯10‑15份、硬脂酸单甘油酯1‑2份、EBS 0.1‑1份、纳米二氧化硅2‑4份、二价镍合碳纳米管1‑2份、填充剂1.2‑1.8份、增韧剂0.2‑0.6份、二辛脂0.1‑0.5份、硅烷偶联剂1‑3份、抗氧化剂CA 2‑5份。将上述原料经过混合后置于挤出装置中熔融旋转挤出，以牵引机牵引辅助，得到的聚乙烯通信管，该聚乙烯通信管具有良好的抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信管材技术领域，尤其涉及一种抗冲击高强度聚乙烯通信管及其制备方法。
背景技术
通信管，即地下通信线缆保护管，主要安装在通信线缆与电力线交叉的地段，防止电力线发生断线造成短路事故，造成通讯通信线缆和钢丝绳带电，以保护通信线缆、交换机、机芯板，以至整机不被烧坏，对电力线磁场干扰也起到一定的隔离作用，是现代线缆铺设工程中常用的管道。
塑料管材作为高科技复合而成的化学建材，与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域；而聚乙烯管材具有较好的抗拉、抗压强度，耐腐蚀性优良且价格便宜的优点，适宜作为通信管材。
众所周知，目前市场上使用的聚乙烯通信管材具有刚性低、强度不够、易弯曲变形、热变形温度低等缺陷，严重影响了其应用范围的扩展，已不适应电缆铺装行业发展的需求，其在使用过程中容易产生脆性，从而影响了其使用寿命。为了保证聚乙烯管材韧性的长久性，需要对聚乙烯管材进行改性，若单纯使用某一种弹性体或单纯使用某种刚性体增韧，会造成韧性、刚度、弹性模量性能指标失衡。因此，需要一种能够抗冲击抗开裂的高强度通信管材。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种抗冲击高强度聚乙烯通信管及其制备方法，制备得到的聚乙烯通信管在具有良好的抗冲击性能。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种抗冲击高强度聚乙烯通信管，其特征在于，所述聚乙烯通信管包括以下重量份数的原料：改性聚乙烯30-60份、超高分子量聚乙烯10-15份、硬脂酸单甘油酯1-2份、EBS0.1-1份、纳米二氧化硅2-4份、二价镍合碳纳米管1-2份、填充剂1.2-1.8份、增韧剂0.2-0.6份、二辛脂0.1-0.5份、硅烷偶联剂1-3份、抗氧化剂CA2-5份。
将改性聚乙烯为原料，同时添加超高分子量的聚乙烯，使得原料的性能得到提升，从而达到提高聚乙烯通信管的强度和抗冲击性的目的，添加的硬脂酸单甘油酯和EBS作为润滑剂，在改善原料的流动性的同时使其良好的光洁度，脱膜性；纳米二氧化硅和二价镍合碳纳米管，碳纳米管具有较强的强度，能够进一步增加通信管的抗冲击性，且改善其摩擦磨损性能。
进一步，所述改性聚乙烯包含以下重量份数的原料：常规聚乙烯50-80份、钛碳化硅/钛0.1-1份、埃洛石纳米管0.1-1份。
在常规聚乙烯中添加适量钛碳化硅/钛和埃洛石纳米管，其作为刚性的无机填充物，在聚乙烯基体中起到支承载荷和抵抗外界应力变形的作用,从而使聚合物的结晶度降低,硬度和抗冲击性能提高。
进一步，所述钛碳化硅/钛是以多孔钛为核，外包覆钛碳化硅层的核壳结构，所述多孔钛是以钛粉和造孔剂为原料，通过粉末冶金方法制备而成。
利用造孔剂和钛粉混合，通过粉末冶金法制备多孔钛粉，工艺简单，成本较低，而造孔剂在钛上形成较为均匀的孔隙结构，增加了钛的反应接触位置，同时具有较好的抗压强度。
此外，本发明还公开了上述一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，包括以下步骤：
聚乙烯改性：将常规聚乙烯、钛碳化硅/钛、埃洛石纳米管置于高速混料机中，于3000-3500r/min的速度下，混料25-30min，混合后的物料放入碾磨装置中，碾磨15-20min,随后过100目筛，得到的混合粉粒置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，在80℃下鼓风干燥6h，得到改性聚乙烯；
物料混合：分别称取改性聚乙烯、超高分子量聚乙烯、硬脂酸单甘油酯、EBS、纳米二氧化硅、二价镍合碳纳米管、填充剂、增韧剂、二辛脂、硅烷偶联剂、抗氧化剂CA混合，利用超声波分散，超声波频率为30～40KHz，分散时间为45～60min，得到混合物料；
挤出成型：将混合物料置于挤出装置中熔融旋转挤出，以牵引机牵引辅助，得到抗冲击高强度聚乙烯通信管。
进一步，所述挤出成型步骤中，熔融旋转挤出的工艺条件为：熔融段温度180～200℃，口模段温度210～220℃，芯棒与口模的转速为12～15rpm，牵引机牵引速度为42.5-46.5r/min。
进一步，所述挤出成型步骤中，聚合物管旋转挤出装置的工艺条件为：熔融段温度196℃，口模段温度189℃，芯棒与口模的转速为9rpm/min，牵引机牵引速度为44.5r/min。
进一步，所述聚乙烯改性步骤中，双螺杆挤出机挤出造粒时的工艺条件为：第一段温度为142℃，第二段温度为158℃，第三段温度为176℃，第四段温度为187℃，第五段温度为204℃，第六段温度为219℃，喂料速度为19r/min，主机转速为34r/min。
进一步，所述钛碳化硅/钛的制备方法如下：将钛碳化硅和多孔钛粉末混合后，置于球磨机，以400r/min的速度球磨1-2h后，将混合粉末置于氮气氛围，在600-750℃，40MPa压力的条件下烧结1h，再升温至1200-1300℃，保持40MPa压力的条件下，热压烧结2h，随炉冷却后，碾磨得到钛碳化硅/钛粉末。
进一步，所述多孔钛粉末的制备方法如下：将钛粉和造孔剂置于球磨机内于100-150r/min的速度下球磨4h，于75MPa下，保压10min，冷压成型得到胚体，将胚体置于真空环境下，以5℃/min的速度升温至450℃，保温2.5h，再升温至1300℃，保温3h,烧结完成，随炉冷却后取出，碾磨得到多孔钛粉末。
进一步，所述造孔剂是粒径为70μm的田菁粉末。田菁粉末属于有机材料，以此作为造孔剂不会引入其它杂质，在冷压成型阶段还能作为临时粘连剂，更有利于压制成型。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用改性的聚乙烯作为原料，将常规聚乙烯通过钛碳化硅/钛和埃洛石纳米管混合改性，钛碳化硅/钛和埃洛石纳米管在聚乙烯基体中起到支承载荷和抵抗外界应力变形的作用,从而使聚合物的结晶度降低,硬度和抗冲击性能提高；添加的超高分子量聚乙烯自身具有优异的性能，因此从原料上性能的提升以此达到了所生产的聚乙烯通信管在具有较好抗冲击性能的同时具有高强度的目的。
(2)钛碳化硅/钛中是以多孔钛为核，外包覆钛碳化硅层的核壳结构，多孔结构为聚乙烯的改型提供更多的接触点，而采用粉末冶金法制备多孔钛粉，工艺简单，成本较低，以田菁粉末为造孔剂不会引入其它杂质，在冷压成型阶段还能作为临时粘连剂，更有利于压制成型。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管是以改性聚乙烯和高分子量聚乙烯为原料，其中高分子量聚乙烯的数均分子量为3000000～5000000g/mol，然后再添加其它添加剂，经混合熔融后挤出得到抗冲击高强度的聚乙烯通信管。
本发明的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法如下：
实施例一
多孔钛的制备：取10g钛粉和5g田菁粉末,置于球磨机内于100r/min的速度下球磨4h，于75MPa下，保压10min，冷压成型得到胚体，将胚体置于真空环境下，以5℃/min的速度升温至450℃，保温2.5h，再升温至1300℃，保温3h,烧结完成，随炉冷却后取出，碾磨得到多孔钛粉末。
钛碳化硅/钛的制备：取5g钛碳化硅和10g多孔钛粉末混合后，置于球磨机，以400r/min的速度球磨1h后，将混合粉末置于氮气氛围，在650℃，40MPa压力的条件下烧结1h，再升温至1200℃，保持40MPa压力的条件下，热压烧结2h，随炉冷却后，碾磨得到钛碳化硅/钛粉末。
改性聚乙烯的制备：取50g常规聚乙烯、0.1g钛碳化硅/钛、0.5g埃洛石纳米管置于高速混料机中，于3000r/min的速度下，混料25min，混合后的物料放入碾磨装置中，碾磨20min,过100目筛，得到的混合粉料置于双螺杆挤出机中，于第一段温度为142℃，第二段温度为158℃，第三段温度为176℃，第四段温度为187℃，第五段温度为204℃，第六段温度为219℃，喂料速度为19r/min，主机转速为34r/min的工况下挤出造粒，然后在80℃下鼓风干燥6h，得到改性聚乙烯；粒径大于100目的混合物料返回碾磨装置参与下一次碾磨。
物料混合：取50g改性聚乙烯、10g超高分子量聚乙烯、1g硬脂酸单甘油酯、0.5gEBS、2.5g纳米二氧化硅、2g二价镍合碳纳米管、1.2g填充剂、0.2g增韧剂、0.1g二辛脂、1g硅烷偶联剂、2g抗氧化剂CA混合，采用超声波分散，超声波频率为30KHz，分散时间为50min，得到混合物料。
挤出成型：将混合物料置于挤出装置中熔融旋转挤出，熔融段温度196℃，口模段温度189℃，芯棒与口模的转速为9rpm/min，由牵引机于44.5r/min的牵引速度以牵引辅助，得到抗冲击高强度聚乙烯通信管。
实施例二
多孔钛的制备：取10g钛粉和2.5g田菁粉末,置于球磨机内于130r/min的速度下球磨4h，于75MPa下，保压10min，冷压成型得到胚体，将胚体置于真空环境下，以5℃/min的速度升温至450℃，保温2.5h，再升温至1300℃，保温3h,烧结完成，随炉冷却后取出，碾磨得到多孔钛粉末。
钛碳化硅/钛的制备：取5g钛碳化硅和10g多孔钛粉末混合后，置于球磨机，以400r/min的速度球磨1.5h后，将混合粉末置于氮气氛围，在600℃，40MPa压力的条件下烧结1h，再升温至1250℃，保持40MPa压力的条件下，热压烧结2h，随炉冷却后，碾磨得到钛碳化硅/钛粉末。
改性聚乙烯的制备：取65g常规聚乙烯、1g钛碳化硅/钛、0.1g埃洛石纳米管置于高速混料机中，于3200r/min的速度下，混料25min，混合后的物料放入碾磨装置中，碾磨18min,过100目筛，将粒径小于100目的混合物料置于双螺杆挤出机中，于第一段温度为142℃，第二段温度为158℃，第三段温度为176℃，第四段温度为187℃，第五段温度为204℃，第六段温度为219℃，喂料速度为19r/min，主机转速为34r/min的工况下挤出造粒，然后在80℃下鼓风干燥6h，得到改性聚乙烯；粒径大于100目的混合物料返回碾磨装置参与下一次碾磨。
物料混合：取60g改性聚乙烯、12g超高分子量聚乙烯、1.5g硬脂酸单甘油酯、0.1gEBS、2g纳米二氧化硅、1g二价镍合碳纳米管、1.5g填充剂、0.4g增韧剂、0.3g二辛脂、2g硅烷偶联剂、3g抗氧化剂CA混合，采用超声波分散，超声波频率为40KHz，分散时间为60min，得到混合物料。
挤出成型：将混合物料置于挤出装置中熔融旋转挤出，熔融段温度180℃，口模段温度220℃，芯棒与口模的转速为12rpm/min，由牵引机于42.5r/min的牵引速度以牵引辅助，得到抗冲击高强度聚乙烯通信管。
实施例三
多孔钛的制备：取10g钛粉和3g田菁粉末,置于球磨机内于150r/min的速度下球磨4h，于75MPa下，保压10min，冷压成型得到胚体，将胚体置于真空环境下，以5℃/min的速度升温至450℃，保温2.5h，再升温至1300℃，保温3h,烧结完成，随炉冷却后取出，碾磨得到多孔钛粉末。
钛碳化硅/钛的制备：取5g钛碳化硅和10g多孔钛粉末混合后，置于球磨机，以400r/min的速度球磨2h后，将混合粉末置于氮气氛围，在750℃，40MPa压力的条件下烧结1h，再升温至1300℃，保持40MPa压力的条件下，热压烧结2h，随炉冷却后，碾磨得到钛碳化硅/钛粉末。
改性聚乙烯的制备：取70g常规聚乙烯、0.5g钛碳化硅/钛、0.1g埃洛石纳米管置于高速混料机中，于3500r/min的速度下，混料30min，混合后的物料放入碾磨装置中，碾磨15min,过100目筛，将粒径小于100目的混合物料置于双螺杆挤出机中，于第一段温度为142℃，第二段温度为158℃，第三段温度为176℃，第四段温度为187℃，第五段温度为204℃，第六段温度为219℃，喂料速度为19r/min，主机转速为34r/min的工况下挤出造粒，然后在80℃下鼓风干燥6h，得到改性聚乙烯；粒径大于100目的混合物料返回碾磨装置参与下一次碾磨。
物料混合：取80g改性聚乙烯、15g超高分子量聚乙烯、2g硬脂酸单甘油酯、1gEBS、3g纳米二氧化硅、1g二价镍合碳纳米管、1.8g填充剂、0.6g增韧剂、0.5g二辛脂、3g硅烷偶联剂、5g抗氧化剂CA混合，采用超声波分散，超声波频率为40KHz，分散时间为45min，得到混合物料。
挤出成型：将混合物料置于挤出装置中熔融旋转挤出，熔融段温度200℃，口模段温度210℃，芯棒与口模的转速为15rpm/min，由牵引机于46.5r/min的牵引速度以牵引辅助，得到抗冲击高强度聚乙烯通信管。
实施例四
多孔钛的制备：取10g钛粉和4g田菁粉末,置于球磨机内于110r/min的速度下球磨4h，于75MPa下，保压10min，冷压成型得到胚体，将胚体置于真空环境下，以5℃/min的速度升温至450℃，保温2.5h，再升温至1300℃，保温3h,烧结完成，随炉冷却后取出，碾磨得到多孔钛粉末。
钛碳化硅/钛的制备：取5g钛碳化硅和10g多孔钛粉末混合后，置于球磨机，以400r/min的速度球磨1.5h后，将混合粉末置于氮气氛围，在700℃，40MPa压力的条件下烧结1h，再升温至1280℃，保持40MPa压力的条件下，热压烧结2h，随炉冷却后，碾磨得到钛碳化硅/钛粉末。
改性聚乙烯的制备：取80g常规聚乙烯、1g钛碳化硅/钛、1g埃洛石纳米管置于高速混料机中，于3300r/min的速度下，混料28min，混合后的物料放入碾磨装置中，碾磨18min,过100目筛，将粒径小于100目的混合物料置于双螺杆挤出机中，于第一段温度为142℃，第二段温度为158℃，第三段温度为176℃，第四段温度为187℃，第五段温度为204℃，第六段温度为219℃，喂料速度为19r/min，主机转速为34r/min的工况下挤出造粒，然后在80℃下鼓风干燥6h，得到改性聚乙烯；粒径大于100目的混合物料返回碾磨装置参与下一次碾磨。
物料混合：取75g改性聚乙烯、14g超高分子量聚乙烯、1.6g硬脂酸单甘油酯、0.8gEBS、4g纳米二氧化硅、1.5g二价镍合碳纳米管、1.6g填充剂、0.4g增韧剂、0.3g二辛脂、2g硅烷偶联剂、4g抗氧化剂CA混合，采用超声波分散，超声波频率为38KHz，分散时间为50min，得到混合物料。
挤出成型：将混合物料置于挤出装置中熔融旋转挤出，熔融段温度195℃，口模段温度215℃，芯棒与口模的转速为13rpm/min，由牵引机于44.5r/min的牵引速度以牵引辅助，得到抗冲击高强度聚乙烯通信管。
对实施例一、实施例二、实施例三、实施例四以及购买的现有市场上的聚乙烯通信管进行拉伸强度测试和冲击强度测试，分别按照国标GB/T1040-2006和国标GB/T1843-1996来测试，结果如下表所示：
由上表可以看出，本发明制备的聚乙烯通信管，由于加入了钛碳化硅/钛和埃洛石纳米管对原料聚乙烯进行改性，由于钛碳化硅/钛和埃洛石纳米管在聚乙烯基体中起到支承载荷和抵抗外界应力变形的作用，增加了聚乙烯原料的强度和抗冲击性能，并且添加超高分子量聚乙烯为原料，因此相较于市场上现有的聚乙烯通信管来说，冲击强度和拉伸强度均有较大提升。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种抗冲击高强度聚乙烯通信管，其特征在于，所述聚乙烯通信管包括以下重量份数的原料：改性聚乙烯50-80份、超高分子量聚乙烯10-15份、硬脂酸单甘油酯1-2份、EBS0.1-1份、纳米二氧化硅2-4份、二价镍合碳纳米管1-2份、填充剂1.2-1.8份、增韧剂0.2-0.6份、二辛脂0.1-0.5份、硅烷偶联剂1-3份、抗氧化剂CA 2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管，其特征在于，所述改性聚乙烯包含以下重量份数的原料：常规聚乙烯50-80份、钛碳化硅/钛0.1-1份、埃洛石纳米管0.1-1份。
3.根据权利要求2所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管，其特征在于，所述钛碳化硅/钛是以多孔钛为核，外包覆钛碳化硅层的核壳结构，所述多孔钛是以钛粉和造孔剂为原料，通过粉末冶金方法制备而成。
4.根据权利要求3所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
聚乙烯改性：将常规聚乙烯、钛碳化硅/钛、埃洛石纳米管置于高速混料机中，于3000-3500r/min的速度下，混料25-30min，混合后的物料放入碾磨装置中，碾磨15-20min,随后过100目筛，得到的混合粉粒置于双螺杆挤出机中，挤出造粒，在80℃下鼓风干燥6h，得到改性聚乙烯；
物料混合：分别称取改性聚乙烯、超高分子量聚乙烯、硬脂酸单甘油酯、EBS、纳米二氧化硅、二价镍合碳纳米管、填充剂、增韧剂、二辛脂、硅烷偶联剂、抗氧化剂CA混合，利用超声波分散，超声波频率为30～40KHz，分散时间为45～60min，得到混合物料；
挤出成型：将混合物料置于挤出装置中熔融旋转挤出，以牵引机牵引辅助，得到抗冲击高强度聚乙烯通信管。
5.根据权利要求4所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，其特征在于，所述挤出成型步骤中，熔融旋转挤出的工艺条件为：熔融段温度180～200℃，口模段温度210～220℃，芯棒与口模的转速为12～15rpm，牵引机牵引速度为42.5-46.5r/min。
6.根据权利要求5所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，其特征在于，所述挤出成型步骤中，熔融旋转挤出的工艺条件为：熔融段温度196℃，口模段温度189℃，芯棒与口模的转速为9rpm/min，牵引机牵引速度为44.5r/min。
7.根据权利要求4所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯改性步骤中，双螺杆挤出机挤出造粒时的工艺条件为：第一段温度为142℃，第二段温度为158℃，第三段温度为176℃，第四段温度为187℃，第五段温度为204℃，第六段温度为219℃，喂料速度为19r/min，主机转速为34r/min。
8.根据权利要求6所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，其特征在于，所述钛碳化硅/钛的制备方法如下：将钛碳化硅和多孔钛粉末混合后，置于球磨机，以400r/min的速度球磨1-2h后，将混合粉末置于氮气氛围，在600-750℃，40MPa压力的条件下烧结1h，再升温至1200-1300℃，保持40MPa压力的条件下，热压烧结2h，随炉冷却后，碾磨得到钛碳化硅/钛粉末。
9.根据权利要求8所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，其特征在于，所述多孔钛粉末的制备方法如下：将钛粉和造孔剂置于球磨机内于100-150r/min的速度下球磨4h，于75MPa下，保压10min，冷压成型得到胚体，将胚体置于真空环境下，以5℃/min的速度升温至450℃，保温2.5h，再升温至1300℃，保温3h,烧结完成，随炉冷却后取出，碾磨得到多孔钛粉末。
10.根据权利要求9所述的一种抗冲击高强度聚乙烯通信管的制备方法，其特征在于，所述造孔剂是粒径为70μm的田菁粉末。
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Denomination of invention: The invention relates to an impact resistant high-strength polyethylene communication pipe and a preparation method thereof Effective date of registration: 20220316 Granted publication date: 20210427 Pledgee: Fuyang sub branch of Bank of Hangzhou Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG BANGDE PIPE INDUSTRY Co.,Ltd. Registration number: Y2022330000342 |
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