CN112477213B - 一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺及其制备的复合管 - Google Patents

一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺及其制备的复合管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺及其制备的复合管，涉及城市排水管道材料技术领域。一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，包括以下步骤：S1内层管塑化：将内层塑化原料塑化挤出，定型，制得内层管；S2钢丝缠绕：在第一钢丝表面涂抹粘性树脂胶，制得第一胶丝；在内层管表面缠绕第一胶丝，再交叉缠绕第二钢丝，制得素丝管；S3上胶：向素丝管表面挤压粘性树脂胶，素丝管表面形成第二粘性层，制得内层丝管；S4外层复合：将外层塑化原料塑化挤出，内层丝管表面形成聚乙烯外层，冷却定型，制得钢丝网骨架聚乙烯复合管。生产工艺具有有助于延长产品使用寿命的优点。

Description

一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺及其制备的复合管
技术领域
本发明涉及城市排水管道材料技术领域，尤其涉及一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺及其制备的复合管。
背景技术
钢丝网骨架聚乙烯复合管是一种经过改良的钢骨架塑料复合管，是用高强度过塑钢丝骨架和热塑料聚乙烯为原料，以聚乙烯为基体，以钢丝缠绕网为骨架增强体，用改性粘性树脂连接在一起。钢丝网骨架聚乙烯复合管具有优异的抗冲击性能和抗蠕变性等优点，在城市排水管道领域被广泛使用。
CN103358559A公开了一种钢丝网骨架复合管制造工艺，采用裸钢丝编织成网构成钢丝网骨架层，在复合管材生产过程中用熔融状态的树脂将钢丝网骨架层和聚乙烯基体材料融为一体，内、外层聚乙烯管挤塑机和模具一体化，有助于提高产品质量的稳定性。
针对上述相关技术，发明人认为，由于聚乙烯与钢丝网骨架层的膨胀系数差别较大，不同温度下，这两种材料的收缩系数不同，在复合过程中容易产生裂纹，给钢丝网骨架复合管的机械性能带来一定的不利影响，不利于延长产品使用寿命。
发明内容
为了延长钢丝网骨架聚乙烯复合管的使用寿命，本申请提供一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺及其制备的复合管。
第一方面，本申请提供一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，采用如下的技术方案：
一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，包括以下步骤：
S1内层管塑化：称取内层塑化原料，混合均匀，通过挤塑机塑化挤出，使用所需尺寸大小的模具定型，降温，制得内层管；所述内层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯100-150份，色母2-4份，聚乙烯醇2-6份，抗氧化剂0.3-0.6份；
S2钢丝缠绕：取第一钢丝，在第一钢丝表面涂抹粘性树脂胶，第一钢丝表面形成第一粘性层，制得第一胶丝；在内层管表面缠绕第一胶丝，再交叉缠绕第二钢丝，第一胶丝和第二钢丝在内层管表面形成钢丝网，制得素丝管；
S3上胶：向素丝管表面挤压粘性树脂胶，素丝管表面形成第二粘性层，制得内层丝管；所述粘性树脂胶包括以下重量份原料：马来酸酐改性HDPE粘结剂15-25份，氨基改性硅油0.5-2.5份；
S4外层复合：将内层丝管放入外层聚乙烯管模具中；称取外层塑化原料，混合均匀，通过挤塑机塑化挤出至外层聚乙烯管模具中，内层丝管表面形成聚乙烯外层，冷却定型，制得钢丝网骨架聚乙烯复合管；所述外层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯100-150份，色母2-4份，纳米二氧化硅1.5-4.5份，抗氧化剂0.1-0.4份。
通过采用上述技术方案，本申请用含有高密度聚乙烯和聚乙烯醇的内层塑化原料塑化挤出制成内层管，再在内层管表面缠绕钢丝网，挤压含有氨基改性硅油和马来酸酐改性HDPE粘结剂的粘性树脂胶，形成粘性层，再注塑含有纳米二氧化硅的外层塑化原料，在钢丝网外形成聚乙烯外层。在外层塑化原料中加入纳米二氧化硅有助于降低聚乙烯外层的热膨胀系数，减少体积变化，降低应力，有助于减少裂纹；在粘性树脂胶中加入氨基改性硅油有助于改善钢丝网、内层塑化原料和外层塑化原料之间的相容性，有助于减少裂纹；在内层塑化原料中加入聚乙烯醇，聚乙烯醇和氨基改性硅油发生交联反应，有助于提高内层管、钢丝网和聚乙烯外层之间的粘结强度，有助于减少裂纹，改善产品机械性能，有助于延长产品使用寿命。
优选的，所述内层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯115-135份，色母2-4份，聚乙烯醇3.5-4.5份，抗氧化剂0.3-0.6份；所述粘性树脂包括以下重量份原料：马来酸酐改性HDPE粘结剂18-22份，氨基改性硅油1.2-1.8份；所述外层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯115-135份，色母2-4份，纳米二氧化硅2.8-3.2份，抗氧化剂0.1-0.4份。
通过采用上述技术方案，使用更优的原料投料配比，有助于改善产品各层之间的复合效果，有助于减少产品快速应力开裂现象，有助于延长产品使用寿命。
优选的，所述步骤S3将素丝管预热至90-120℃，趁热向素丝管表面挤压粘性树脂胶，素丝管表面形成第二粘性层，制得内层丝管。
通过采用上述技术方案，对素丝管进行预热，降低素丝管与粘性树脂胶之间的温差，粘性树脂胶更好地粘附在素丝管上，有助于改善产品抗蠕变性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述粘性树脂胶的温度为120-150℃。
通过采用上述技术方案，使用合适的粘性树脂胶塑化挤压温度，有利于粘性树脂胶更好地粘附内层管和聚乙烯外层，提高复合效果，改善产品机械性能，有利于延长产品使用寿命。
优选的，所述第一粘性层的厚度为40-80μm，所述第二粘性层的厚度为80-100μm。
通过采用上述技术方案，选用合适的粘性层厚度，有助于改善复合效果，改善产品机械性能，有利于延长产品使用寿命。
优选的，所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
通过采用上述技术方案，加入三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯抗氧化剂，有助于改善产品抗氧化性能，有助于提高产品稳定性，有利于延长产品使用寿命。
优选的，所述外层塑化原料还包括2.5-5.5重量份的海泡石纤维。
通过采用上述技术方案，在外层塑化原料中加入海泡石纤维，海泡石纤维是一种层链状的硅酸镁盐矿物，加入海泡石纤维一方面可降低聚乙烯外层的膨胀系数，降低应力，减少裂纹；另一方面海泡石纤维结构上的硅羟基基团和氨基改性硅油上的氨基基团发生反应，有助于改善聚乙烯外层与钢丝网之间的复合效果，改善产品机械性能，有助于延长产品使用寿命。
第二方面，本申请提供一种复合管，采用如下的技术方案：一种复合管，由上述的一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺制得。
通过采用上述技术方案，使用本申请公开的方法生产的钢丝网骨架聚乙烯复合管，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请用含有高密度聚乙烯和聚乙烯醇的内层塑化原料塑化挤出制成内层管，再在内层管表面缠绕钢丝网，挤压含有氨基改性硅油和马来酸酐改性HDPE粘结剂的粘性树脂胶，形成粘性层，再注塑含有纳米二氧化硅的外层塑化原料，在钢丝网上形成聚乙烯外层；在外层塑化原料中加入纳米二氧化硅有助于降低聚乙烯外层的热膨胀系数，有助于减少裂纹；在粘性树脂胶中加入氨基改性硅油有助于改善钢丝网、内层塑化原料和外层塑化原料之间的相容性，有助于减少裂纹；在内层塑化原料中加入聚乙烯醇，聚乙烯醇和氨基改性硅油发生交联反应，有助于提高内层管、钢丝网和聚乙烯外层之间的粘结强度，有助于减少裂纹，改善产品机械性能，有助于延长产品使用寿命；加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅具有一定的硬度和粘性，纳米二氧化硅与聚乙烯醇、氨基改性硅油一起还有助于改善粘性树脂胶对温度的敏感性，有助于提高粘性树脂胶的稳定性，产品可适用于更广的温度范围，有助于扩大产品应用范围，有助于延长产品使用寿命。
2.本申请通过采用对素丝管进行预热、控制粘性层厚度和控制粘性树脂胶注塑温度等方式，有助于改善产品抗冲击性能，有利于延长产品使用寿命；
3.本申请在外层塑化原料中加入海泡石纤维，海泡石纤维是一种层链状的硅酸镁盐矿物，加入海泡石纤维一方面可降低聚乙烯外层的膨胀系数，降低应力，减少裂纹；另一方面海泡石纤维结构上的硅羟基基团和氨基改性硅油上的氨基基团发生反应，有助于改善聚乙烯外层与钢丝网之间的复合效果，改善产品机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
具体实施方式
目前常用的钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺是将钢丝缠绕在聚乙烯内层表面形成钢丝网，然后再用聚乙烯材料高温塑化挤出在钢丝网外形成聚乙烯外层。针对上述相关技术，发明人认为，由于聚乙烯与钢丝网骨架层的膨胀系数差别较大，不同温度下，这两种材料的收缩系数不同，在复合过程中容易产生微裂纹，给钢丝网骨架复合管的机械性能带来一定的不利影响，不利于延长产品使用寿命。本申请用含有高密度聚乙烯和聚乙烯醇的内层塑化原料塑化挤出制成内层管，再在内层管表面缠绕钢丝网，挤压含有氨基改性硅油和马来酸酐改性HDPE粘结剂的粘性树脂胶，形成粘性层，再注塑含有纳米二氧化硅的外层塑化原料，在钢丝网上形成聚乙烯外层。在外层塑化原料中加入纳米二氧化硅有助于降低聚乙烯外层的热膨胀系数，有助于减少裂纹；在粘性树脂胶中加入氨基改性硅油有助于改善钢丝网、内层塑化原料和外层塑化原料之间的相容性，有助于减少裂纹；在内层塑化原料中加入聚乙烯醇，聚乙烯醇和氨基改性硅油发生交联反应，有助于提高内层管、钢丝网和聚乙烯外层之间的粘结强度，有助于减少裂纹，改善产品机械性能，有助于延长产品使用寿命。加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅具有一定的硬度和粘性，纳米二氧化硅与聚乙烯醇、氨基改性硅油一起还有助于改善粘性树脂胶对温度的敏感性，有助于提高粘性树脂胶的稳定性，产品可适用于更广的温度范围，有助于扩大产品应用范围，有助于延长产品使用寿命。
实施例
本发明所涉及的原料均为市售，部分原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
Figure BDA0002773248220000051
Figure BDA0002773248220000061
以下实施例中使用的钢丝产自四川，各实施例均使用相同批次的原料。实际生产中根据需要将钢丝网骨架聚乙烯复合管切割成需要的长度，切割后需要对端部用封口环进行封口处理。
实施例1：一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，包括如下步骤：
S1内层管塑化：称取125kg高密度聚乙烯，加入3kg色母、4kg聚乙烯醇和0.45kg抗氧化剂，混合均匀，通过螺杆挤塑机于198℃塑化并挤出至模具中定型，降温至30℃，制得内层管。
S2钢丝缠绕：取20kg马来酸酐改性HDPE粘结剂和1.5kg氨基改性硅油，混合均匀，制得粘性树脂胶，加热至130℃。取第一钢丝，在第一钢丝表面均匀涂抹粘性树脂胶，第一钢丝表面形成60μm厚的第一粘性层，制得第一胶丝。在内层管表面缠绕第一胶丝，再交叉缠绕第二钢丝，第一胶丝和第二钢丝在内层管表面形成钢丝网，制得素丝管。钢丝直径为0.5mm，钢丝等间距缠绕，相邻的第一钢丝的间距为8mm，相邻的第二钢丝的间距为8mm。
S3上胶：将素丝管加热至110℃预热15min，向素丝管表面挤压130℃的粘性树脂胶，素丝管表面形成厚度为90μm的第二粘性层，制得内层丝管。
S4外层复合：将内层丝管放入外层聚乙烯管模具中。称取125kg高密度聚乙烯，加入3kg色母、3kg纳米二氧化硅、0.25kg抗氧化剂和4kg海泡石纤维，混合均匀，通过挤塑机于198℃塑化挤出至外层聚乙烯管模具中，内层丝管表面形成聚乙烯外层，冷却至30℃定型，制得若干钢丝网骨架聚乙烯复合管。钢丝网骨架聚乙烯复合管公称外径为110mm，壁厚为7mm(内外层厚度相当)，长度为6m，公称压力1.6MPa，尺寸满足CJ/T189-2004《钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管材及管件》的标准。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入海泡石纤维，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3的步骤S3中素丝管不经预热处理，其它均与实施例1保持一致。
实施例4-11
实施例4-11与实施例1的区别在于，实施例4-11各原料的添加量不同，其它均与实施例1保持一致，实施例4-11各原料的添加量见表2。
表2实施例4-11的各原料的添加量
Figure BDA0002773248220000071
实施例12-15
实施例12-15与实施例1的区别在于，实施例12-15各步骤工艺参数不同，其它均与实施例1保持一致，实施例12-15各步骤工艺参数见表3。
表3实施例12-15各步骤中的参数
Figure BDA0002773248220000081
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入聚乙烯醇、氨基改性硅油、纳米二氧化硅和海泡石纤维，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于，对比例2的内层塑化原料中加入了4kg聚乙烯醇，其它均与对比例1保持一致。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于，对比例3的外层塑化原料中加入了3kg纳米二氧化硅，其它均与对比例1保持一致。
对比例4
对比例4与对比例1的区别在于，对比例4的粘性树脂胶中加入了1.5kg氨基改性硅油，其它均与对比例1保持一致。
性能检测
1、剥离强度：参照GB/T2791-1995《胶粘剂T剥离强度试验方法挠性材料对挠性材料》，测量并计算剥离强度，实验结果见表4。
2、热稳定性：参照GB/T17391-1998《聚乙烯管材与管件热稳定性试验方法》，进行热稳定性实验，记录200℃氧气氛围下的氧化诱导期，实验结果见表4。
表4不同钢丝网骨架聚乙烯复合管产品性能测试结果对比表
样品编号 氧化诱导期(min) 剥离强度(N/cm)
实施例1 53 342
实施例2 52 176
实施例3 55 265
实施例4 51 313
实施例5 49 309
实施例6 52 315
实施例7 55 307
实施例8 53 331
实施例9 51 326
实施例10 54 335
实施例11 52 328
实施例12 49 339
实施例13 50 343
实施例14 53 346
实施例15 54 341
对比例1 24 123
对比例2 26 132
对比例3 27 145
对比例4 31 138
对比例1未加入聚乙烯醇、氨基改性硅油、纳米二氧化硅和海泡石纤维，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的热稳定性不佳，剥离强度不高，机械性能不佳，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。对比例2在对比例1的基础上，内层塑化原料中加入了聚乙烯醇，未加入氨基改性硅油、纳米二氧化硅和海泡石纤维，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的热稳定性不佳，剥离强度不高，机械性能不佳，不利于延长产品使用寿命。对比例3在对比例1的基础上，外层塑化原料中加入了纳米二氧化硅，未加入氨基改性硅油、聚乙烯醇和海泡石纤维，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的热稳定性不佳，剥离强度不高，机械性能不佳，不利于延长产品使用寿命。对比例4在对比例1的基础上，粘性树脂胶中加入了氨基改性硅油，未加入纳米二氧化硅、聚乙烯醇和海泡石纤维，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的热稳定性不佳，剥离强度不高，机械性能不佳，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。
对比实施例1和对比例1-4的实验结果，可以看出，在制备钢丝网骨架聚乙烯复合管的过程中，在内层塑化原料中加入聚乙烯醇、在粘性树脂胶中加入氨基改性硅油、在外层塑化原料中纳米二氧化硅和海泡石纤维，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的热稳定性优异，剥离强度高，机械性能好，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2未加入海泡石纤维，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的机械性能降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3的步骤S3中素丝管不经预热处理，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的机械性能有所降低，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。
相比于实施例1，实施例4-11中各原料的添加量不同，实施例12-15中各步骤工艺参数有所不同，制得的钢丝网骨架聚乙烯复合管产品的热稳定性优异，剥离强度高，机械性能好，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
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 (7)

1.一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1内层管塑化：称取内层塑化原料，混合均匀，通过挤塑机塑化挤出，使用所需尺寸大小的模具定型，降温，制得内层管；所述内层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯100-150份，色母2-4份，聚乙烯醇2-6份，抗氧化剂0.3-0.6份；
S2钢丝缠绕：取第一钢丝，在第一钢丝表面涂抹粘性树脂胶，第一钢丝表面形成第一粘性层，制得第一胶丝；在内层管表面缠绕第一胶丝，再交叉缠绕第二钢丝，第一胶丝和第二钢丝在内层管表面形成钢丝网，制得素丝管；
S3上胶：向素丝管表面挤压粘性树脂胶，素丝管表面形成第二粘性层，制得内层丝管；所述粘性树脂胶包括以下重量份原料：马来酸酐改性HDPE粘结剂15-25份，氨基改性硅油0.5-2.5份；
S4外层复合：将内层丝管放入外层聚乙烯管模具中；称取外层塑化原料，混合均匀，通过挤塑机塑化挤出至外层聚乙烯管模具中，内层丝管表面形成聚乙烯外层，冷却定型，制得钢丝网骨架聚乙烯复合管；所述外层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯100-150份，色母2-4份，纳米二氧化硅1.5-4.5份，抗氧化剂0.1-0.4份，海泡石纤维2.5-5.5份。
2.根据权利要求1所述的一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，其特征在于，所述内层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯115-135份，色母2-4份，聚乙烯醇3.5-4.5份，抗氧化剂0.3-0.6份；所述粘性树脂包括以下重量份原料：马来酸酐改性HDPE粘结剂18-22份，氨基改性硅油1.2-1.8份；所述外层塑化原料包括以下重量份原料：高密度聚乙烯115-135份，色母2-4份，纳米二氧化硅2.8-3.2份，抗氧化剂0.1-0.4份。
3.根据权利要求1所述的一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，其特征在于，所述步骤S3将素丝管预热至90-120℃，趁热向素丝管表面挤压粘性树脂胶，素丝管表面形成第二粘性层，制得内层丝管。
4.根据权利要求3所述的一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，其特征在于：所述粘性树脂胶的温度为120-150℃。
5.根据权利要求1所述的一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，其特征在于：所述第一粘性层的厚度为40-80μm，所述第二粘性层的厚度为80-100μm。
6.根据权利要求1所述的一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺，其特征在于：所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
7.一种复合管，其特征在于，由权利要求1-6任意一项所述的一种钢丝网骨架聚乙烯复合管生产工艺制得。
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