CN109882664B - 钢带增强螺旋波纹管及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢带增强螺旋波纹管及其生产工艺，所述聚乙烯内层和聚乙烯外层均包括如下组分，HDPE、碳纳米管、环氧大豆油、氮化铝、分散剂、润滑剂、消泡剂、偶联剂、抗氧剂、黑色母；所述黑色母包括如下组分，HDPE、活性钙、分散剂、润滑剂、增韧剂、炭黑。制备工艺包括：钢带毛化处理‑表面涂覆粘接树脂层‑分别制备黑色母和粘接树脂‑首先挤出聚乙烯内层‑再将钢带放置在聚乙烯内层上‑然后将聚乙烯外层的组分混合后造粒，后挤出聚乙烯外层复合在钢带上。内、外层的材料组分选择一致，粘接树脂层的基材与内层和外层的基材一致，改善了使用后期出现的分层的情况，且改善了不同材质的加工条件不同造成的碳化影响材料性能不均匀的情况。
Description
技术领域
本发明涉及地埋水管的技术领域，尤其是涉及一种钢带增强螺旋波纹管及其生产工艺。
背景技术
钢带增强聚乙烯螺旋波纹管是以高密度聚乙烯为基体，表面涂覆粘接树脂的钢带成型为波形作为主要支撑结构，与聚乙烯材料缠绕复合成整体的结构壁管材。且钢带增强聚乙烯波纹管很好的结合了钢材的高刚度、高强度和聚乙烯的柔韧、耐腐蚀、耐磨损等性能，能够满足多种工程的应用要求，已经广泛应用于高速公路、城市市政排水工程建设等领域，尤其在要求使用年限长的大型基础性工程项目中应用较多。
公布号为CN108976562A的中国专利公开了一种聚乙烯双壁波纹管及其制备方法。其结构包括内层和外层，内层包括聚乙烯30-40份，热塑性聚氨酯5-10份，碳酸钙粉末3-8份，偶联剂3-5份，分散剂1-3份，润滑剂1-2份；外层包括聚乙烯60-70份、萜烯树脂10-15份、碳酸钙粉末2-5份、偶联剂6-8份、分散剂2-3份、润滑剂1-2份。
该申请文件中要求保护的聚乙烯双壁波纹管通过在内层管道中添加热塑性聚氨酯，使得内层管道具有一定的耐腐蚀性，而在外层管道中添加萜烯树脂提高外层管道的刚度。但是在挤出成型时，碳酸钙粉末直接与树脂混合容易出现分散不均匀的情况，即使加了分散剂但是仍可能会出现碳酸钙粉末团聚，影响波纹管的质量。
发明内容
本发明的发明目的一是提供一种钢带增强螺旋波纹管，该波纹管的组分混合均匀，波纹管性能好。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种钢带增强螺旋波纹管，由内至外依次包括聚乙烯内层、钢带层和聚乙烯层外层，钢带层表面涂覆有粘接树脂层；
所述聚乙烯内层和聚乙烯外层均包括如下组分，HDPE、碳纳米管、环氧大豆油、氮化铝、分散剂、润滑剂、消泡剂、偶联剂、抗氧剂、黑色母；
所述黑色母包括如下组分，HDPE、活性钙、分散剂、润滑剂、增韧剂、炭黑。
通过采用上述技术方案，聚乙烯内层和聚乙烯外层的组分中，HDPE为高密度聚乙烯，其硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性好，化学稳定性好，对水蒸气和空气的渗透性小，吸水性低；耐老化性能差，耐环境应力开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用使其性能下降。所以在本申请文件中还加入有碳纳米管，碳纳米管与HDPE材料复合，具有良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性。
环氧大豆油具有优良的热稳定性和光稳定性，耐水性和耐油性也比较优良，可赋予制品良好的机械强度、耐候性及电性能，挥发性小，迁移性低、耐热性、耐光性、耐候性优良。
氮化铝用于波纹管的原料中使用，能够起到抗剪切、抗撕裂的作用效果。
黑色母中的基料为HDPE，能够于聚乙烯内层或聚乙烯外层的组分之间融合性好，实现炭黑的分散均匀性。
在本申请文件中为改善组分间的分散稳定性，实现最终的产品的性能稳定，将黑色母制备成色母粒，在制备波纹管时，色母粒中的炭黑、活性钙能够均匀的分布在组分中，且黑色母的基料与聚氯乙烯内层和聚氯乙烯外层组分的集料一致，均选择HDPE，根据相似相容原理，实现了组分间分散均匀，且避免了加工过程中出现的碳化造成的材料的性能不均匀的情况。
本发明进一步设置为：聚氯乙烯内层和聚乙烯外层中，分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种；润滑剂为油酸酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺中的至少一种；偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂中的至少一种；
黑色母中，分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种；润滑剂为油酸酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺中的至少一种；增韧剂为苯乙烯-丁二烯类热塑性弹性体、乙丙橡胶或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
通过采用上述技术方案，聚氯乙烯内层和聚氯乙烯外层中的分散剂的加入能够改善组分间分散均匀性，减少沉积或者团聚的现象的发生。
润滑剂在基础成型加工时，可提高聚合物体系波纹管的流动性，弱化聚合物与料筒和模具的粘附性与摩擦磨损，防止和减少滞留物，另外还可以改善波纹管制品的外观和光泽。
偶联剂通过化学和物理作用，将两种性质差异很大的、原来不易结合的材料比较牢固的结合起来。
增韧剂能够增加胶黏剂膜层的柔韧性。减低脆性，增加韧性。
本发明进一步设置为：所述粘接树脂包括如下组分，HDPE、聚氨酯树脂、萜烯树脂、丙烯酸、填料、润滑剂。
通过采用上述技术方案，粘接树脂组分中的基料中也包括有HDPE，在作用时与内层和外层的交联性好。
本发明进一步设置为：粘接树脂中填料为纳米二氧化钛、碳酸钙晶须中的一种；润滑剂为油酸酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺中的一种。
通过采用上述技术方案，具体的填料的加入能够降低成本；润滑剂的加入能够改善组分的分散性能。
本发明进一步设置为：所述钢带增强波纹管包括如下重量份数的组分，
所述聚乙烯层包括如下组分，HDPE 120-170份、碳纳米管3-5份、环氧大豆油5-10份、氮化铝5-10份、分散剂10-15份、润滑剂5-10份、消泡剂10-20份、偶联剂5-10份、抗氧剂5-10份、黑色母15-20份；
所述黑色母包括如下组分，HDPE 30-50份、活性钙50-70份、分散剂2-5份、润滑剂2-5份、增韧剂3-5份、炭黑5-10份；
粘接树脂包括如下组分，HDPE 55-60份、聚氨酯树脂10-20份、萜烯树脂3-5份、丙烯酸50-60份、填料15-20份、润滑剂1-3份。
通过采用上述技术方案，具体的的组分材料的含量选择在上述的范围内，最终制备出来的波纹管的综合性能强，性能均匀。
本发明的第二发明目的在于提供一种钢带增强螺旋波纹管的生产工艺，制备出来的波纹管的性能优良。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：包括如下的制备步骤：
步骤1：钢带毛化处理，处理后在加热条件下在钢带表面涂覆粘接树脂层，备用；
步骤2：分别制备黑色母和粘接树脂，备用；
步骤3：首先挤出聚乙烯内层，再将钢带放置在聚乙烯内层上，然后将聚乙烯外层的组分混合后造粒，后挤出聚乙烯外层复合在钢带上，即得钢带增强螺旋波纹管。
通过采用上述技术方案，步骤1至步骤3的过程就能够完成钢带增强波纹管的制备。
本发明进一步设置为：步骤1中的钢带毛化处理包括如下的步骤，
S1、钢带表面经激光处理，形成凹凸结构；
S2、利用清洗药液清洗钢带表面油污；
S3、清洗后对钢带加热；
S4、钢带表面镀锌，镀锌后烘干。
通过采用上述技术方案，对钢带毛化处理能够增强钢带与内层和外层之间连接的紧密；其次在制备过程中形成的凹凸结构，在凹凸结构、去除表面油污处理和镀锌均能够进一步的组分间的连接稳定性。
本发明进一步设置为：S2中的清洗药液包括如下重量份数的组分，氢氧化钠20-25％、碳酸钠5-20％、碳酸氢钠10-20％、钼酸钠15-40％。
通过采用上述技术方案，加入的氢氧化钠能够起到中和油污的作用。钼酸钠的加入能够进一步的增强镀锌层的稳定性。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本申请文件中的钢带增强螺旋波纹管在组分的选择上，内层和外层的材料组分选择一致，粘接树脂层的基材与内层和外层的基材一致，改善了使用后期出现的分层的情况，且改善了不同材质的加工条件不同造成的碳化影响材料性能不均匀的情况；
2.HDPE在使用时存在耐老化能力差，耐环境应力开裂性不如低密度聚乙烯，本申请文件中未改善上述的问题，在组分中加入有碳纳米管，碳纳米管的存在增强了波纹管的强度；
3.钢带表面镀锌的操作增强了钢带与粘接树脂的粘接牢固性。
具体实施方式
实施例1
钢带增强螺旋波纹管，包括如下重量组分：
聚乙烯层包括如下组分，HDPE120kg、碳纳米管3kg、环氧大豆油5kg、氮化铝5kg、分散剂10kg、润滑剂5kg、消泡剂10kg、偶联剂5kg、抗氧剂10kg、黑色母15kg。
波纹管的生产工艺包括如下的步骤：
步骤1：钢带毛化处理，处理后在加热条件下在钢带表面涂覆粘接树脂层，备用；
步骤2：分别制备黑色母和粘接树脂，备用；
步骤3：首先经挤出机挤出形成一层聚乙烯内层，再将钢带放置在聚乙烯内层上，然后将聚乙烯外层的组分混合后造粒，后挤出聚乙烯外层复合在钢带上，即得钢带增强螺旋波纹管。
步骤1中钢带毛化处理包括如下的步骤，
S1、钢带表面经激光处理，形成凹凸结构；
S2、利用清洗药液清洗钢带表面油污；药液的具体组分包括30％的氢氧化钠、15％的
碳酸铵、15％的碳酸氢钠、40％的钼酸钠；
S3、清洗后对钢带加热，加热温度为300℃；
S4、钢带表面镀锌，将加热后的钢带加入至440℃的锌液中，浸泡30S，镀锌的组分为：氢氧化钠230g/L、氧化锌15g/L、光亮剂15g/L、铬酸酐1.8g/L、氟化氢1.5g/L、硝酸5mL/L、硫酸2mL/L，镀锌后吹干备用。
黑色母包括如下组分，HDPE30kg、活性钙50kg、分散剂2kg、润滑剂2kg、增韧剂3kg、炭黑5kg。
黑色母的制备工艺包括：将HDPE、活性钙、分散剂、润滑剂、增韧剂、炭黑混合均匀后熔融挤出造粒，挤出过程中控制挤出机的温度在190-200℃的区间内。
粘接树脂包括如下组分，HDPE 55kg、聚氨酯树脂10kg、萜烯树脂3kg、丙烯酸50kg、填料15kg、润滑剂1kg。
粘粘树脂为将HDPE、聚氨酯树脂、萜烯树脂、丙烯酸、填料和润滑剂混合均匀，加热熔融备用，熔融温度为200℃。
实施例2-10与实施例1的区别在于组分含量的不同，具体参见表1
表1实施例1-10的聚乙烯内层/外层和粘接树脂的含量组成。
表2实施例1-10的聚乙烯内层/聚乙烯外层中的添加剂的含量。
表3实施例1-10的粘接树脂的组分含量
表4实施例1-10的黑色母的组分含量
表5实施例1-10的黑色母的添加剂的组分含量
表6实施例1-10的清洗液的组分含量。
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于聚乙烯内层和聚乙烯外层中不加入黑色母，采用直接加入5kg炭黑和50kg活性钙。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于聚乙烯内层和聚乙烯外层中不含有碳纳米管。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于聚乙烯内层和聚乙烯外层中不含有环氧大豆油。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于聚乙烯内层和聚乙烯外层中不含有氮化铝。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于聚乙烯内层和聚乙烯外层中同时不含有氮化铝、环氧大豆油和碳纳米管。
实验检测
1、根据GB/T 19472.1-2004对双壁波纹管的冲击性能、环刚度、环柔性、烘箱实验性能进行检测。
环柔度：要求试样圆滑，无反向弯曲，无破裂，两壁无脱开；
烘箱试验：要求无气泡，无分层，无开裂。
表7实施例1-10及对比例1-2的实验检测结果
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 冲击性能(TIR)/％ | ≤3 | ≤5 | ≤5 | ≤4 | ≤2 |
| 环刚度(KN/m2) | 12.5 | 12.7 | 12.6 | 13.1 | 13.2 |
| 环柔性 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 烘箱实验(110℃) | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 检测项目 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 冲击性能(TIR)/％ | ≤4 | ≤4 | ≤3 | ≤4 | ≤5 |
| 环刚度(KN/m2) | 13.1 | 13.2 | 13.4 | 13.5 | 13.6 |
| 环柔性 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 烘箱实验(110℃) | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 检测项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 |
| 冲击性能(TIR)/％ | ≤8 | ≤7 | ≤8 | ≤8 | ≤10 |
| 环刚度(KN/m2) | 11.7 | 11.2 | 11.3 | 11.4 | 9.5 |
| 环柔性 | 有破裂 | 有破裂 | 有破裂 | 有破裂 | 两壁开裂 |
| 烘箱实验(110℃) | 合格 | 有分层 | 合格 | 合格 | 有分层 |
对比实施例1-10与对比例1的实验结果，由上表能够得出将炭黑和活性钙与HDPE混合，预先制备成黑色母能够使得色粉分布均匀，改善了分布不均影响性能的情况。
对比实施例1-10与对比例2-4的实验结果，能够明显的得出组分中加入碳纳米管、环氧大豆油和氮化铝均能够改善材料的性能，增强HDPE管的抗冲击性能和环刚度。则本申请人能够合理的得出加入的碳纳米管、环氧大豆油和氮化铝能够增强材料的性能。
继续对比实施例1-10与对比例5的实验结果，能够得出碳纳米管、环氧大豆油和氮化铝配合使用能够相互作用，对HDPE的柔性和刚性均能够带来提升。申请人推测将碳纳米管、环氧大豆油和氮化铝加入至聚乙烯内层和聚乙烯外层的组分中，主要是能够改善树脂间的交联性和添加剂在组分中的分散性，最终使得材料的性能得以提升。
实施例1-10级对比例1-5中
聚乙烯内层/聚乙烯外层中的消泡剂采购自雄县龙大塑料制品厂的预应力波纹管消泡剂；
抗氧剂选择抗氧剂1010；
硅烷偶联剂选择KH-550，具体采购自济南善政贸易有限公司；
酞酸酯偶联剂选择酞酸酯偶联剂311。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种钢带增强螺旋波纹管，其特征在于：由内至外依次包括聚乙烯内层、钢带层和聚乙烯层外层，钢带层表面涂覆有粘接树脂层；
所述聚乙烯内层和聚乙烯外层均包括如下组分，HDPE、碳纳米管、环氧大豆油、氮化铝、分散剂、润滑剂、消泡剂、偶联剂、抗氧剂、黑色母；
所述黑色母包括如下组分，HDPE、活性钙、分散剂、润滑剂、增韧剂、炭黑；所述粘接树脂包括如下组分，HDPE、聚氨酯树脂、萜烯树脂、丙烯酸、填料、润滑剂；粘接树脂中填料为纳米二氧化钛、碳酸钙晶须中的一种；润滑剂为油酸酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺中的一种。
2.根据权利要求1所述的钢带增强螺旋波纹管，其特征在于：聚氯乙烯内层和聚乙烯外层中，分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种；润滑剂为油酸酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺中的至少一种；偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂中的至少一种；
黑色母中，分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种；润滑剂为油酸酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺中的至少一种；增韧剂为苯乙烯-丁二烯类热塑性弹性体、乙丙橡胶或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
3.根据权利要求1-2任一项所述的钢带增强螺旋波纹管，其特征在于：所述钢带增强螺旋 波纹管包括如下重量份数的组分，
所述聚乙烯层包括如下组分，HDPE 120-170份、碳纳米管3-5份、环氧大豆油5-10份、氮化铝5-10份、分散剂10-15份、润滑剂5-10份、消泡剂10-20份、偶联剂5-10份、抗氧剂5-10份、黑色母15-20份；
所述黑色母包括如下组分，HDPE 30-50份、活性钙50-70份、分散剂2-5份、润滑剂2-5份、增韧剂3-5份、炭黑5-10份；
粘接树脂包括如下组分，HDPE 55-60份、聚氨酯树脂10-20份、萜烯树脂3-5份、丙烯酸50-60份、填料15-20份、润滑剂1-3份。
4.一种如权利要求3所述的钢带增强螺旋波纹管的制备工艺，其特征在于：包括如下的制备步骤：
步骤1：钢带毛化处理，处理后在加热条件下在钢带表面涂覆粘接树脂层，备用；
步骤2：分别制备黑色母和粘接树脂，备用；
步骤3：首先挤出聚乙烯内层，再将钢带放置在聚乙烯内层上，然后将聚乙烯外层的组分混合后造粒，后挤出聚乙烯外层复合在钢带上，即得钢带增强螺旋波纹管。
5.根据权利要求4所述的钢带增强螺旋波纹管的生产工艺，其特征在于，步骤1中的钢带毛化处理包括如下的步骤，
S1、钢带表面经激光处理，形成凹凸结构；
S2、利用清洗药液清洗钢带表面油污；
S3、清洗后对钢带加热；
S4、钢带表面镀锌，镀锌后烘干。
6.根据权利要求5所述的钢带增强螺旋波纹管的生产工艺，其特征在于，S2中的清洗药液包括如下重量份数的组分，氢氧化钠30-40%、碳酸钠10-20%、碳酸氢钠10-20%、钼酸钠25-40%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Steel belt reinforced spiral corrugated pipe and its production technology Effective date of registration: 20220422 Granted publication date: 20201103 Pledgee: Xi'an Science and Technology Financial Service Center Co.,Ltd. Pledgor: SHAANXI FLYING PIPE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022610000179 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |