CN113527820B - 一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力通信管技术领域，尤其涉及一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管及其制备方法，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂90‑100份、低密度聚乙烯5‑10份、改性增韧剂2‑4份、热稳定剂3‑5份、分散剂2‑5份、抗氧化剂1‑3份、填充剂5‑15份、偶联剂0.1‑1份。本发明的目的是使电力通信管具有较高的韧性、拉伸强度和抗撕裂强度以及良好的防辐射屏蔽性，使电力通信管能够在复杂的条件下使用。
Description
技术领域
本发明涉及电力通信管技术领域，尤其涉及一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管及其制备方法。
背景技术
通信管网是国民经济发展中最重要的信息技术产业，随着通信管网的不断更新，对产品的质量要求、安全性、环境要求的提高，越来越多的以埋地和地下管廊的方式传输，所以对通信保护用塑料管的需求量增大。聚氯乙烯结构单元中含侧基氯原子，因而分子链刚性较大，聚氯乙烯韧性低，耐冲击性能差，使得聚氯乙烯管材在储运、安装和使用过程中极易发生脆性破裂。为提高聚氯乙烯材料的韧性，一般都利用丁苯橡胶SBR，氯化聚乙烯作为增韧剂，然而这些增韧剂由于和聚氯乙烯分子链极性相差较大，往往需要较大量才能起到增韧效果，这就会导致改性聚氯乙烯树脂拉伸强度损失和耐热变形性能下降。同时，丁苯橡胶分子链中含有双建、苯环等结构，也会引起改性聚氯乙烯树脂耐候性变差，使用寿命变短。
公开号为：CN105837996B的专利公开了一种增韧改性PVC塑料管材及其制备方法，该聚氯乙烯管的原料及其重量份为：聚氯乙烯树脂100份，高顺式顺丁橡胶15份～35份，偶联剂0.5份～1.5份，无机填料0.2份～0.6份；该聚氯乙烯管材的制备方法为：将所述重量份的聚氯乙烯树脂投入混炼机中，加热至45℃～50℃，在转速为60r/min～80r/min的条件下混炼1h～3h；将所述重量份的高顺式顺丁橡胶也投入混炼机中，在温度为50℃～55℃，转速为200r/min～350r/min的条件下混炼2h～4h；降低混炼机转速至60r/min～80r/min，将所述重量份的偶联剂和无机填料投入混炼机中，提高转速至350r/min～600r/min，混炼熔融1.5h～3h，得到混合均匀的熔融态原料；将混合均匀的熔融态原料转移至螺杆挤出机的料斗，降温至40℃～45℃出料，熔体在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤至机外，经冷却凝固，即得所制增韧改性PVC塑料管材。
根据该专利申请文件的记载，全面提高了聚氯乙烯塑料管材的弹塑性、韧性和耐温性能，但经过进一步试验测试，其在常温下，抗拉伸强度为45Mpa，在零下70℃时，抗拉伸强度为9.3Mpa，在常温下，抗撕裂强度为8Kpa，不能满足电力通信管在复杂的条件下正常使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管及其制备方法，使电力通信管具有较高的韧性、拉伸强度和抗撕裂强度以及良好的防辐射屏蔽性，使电力通信管能够在复杂的条件下使用。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂90-100份、低密度聚乙烯5-10份、改性增韧剂2-4份、热稳定剂3-5份、分散剂2-5份、抗氧化剂1-3份、填充剂5-15份、偶联剂0.1-1份。
进一步，所述聚乙烯管按质量份数包括聚氯乙烯树脂95份、低密度聚乙烯8份、改性增韧剂3份、热稳定剂4份、分散剂3份、抗氧化剂2份、填充剂10份、偶联剂0.3份。
进一步，所述热稳定剂为钙锌稳定剂，分散剂为马来酸酐接枝聚丙烯，抗氧化剂为抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物，偶联剂为硅烷偶联剂。
马来酸酐接枝聚丙烯可以成为增进极性材料与非极性材料粘接性和相容性的桥梁，可极大地改善填料的亲和性和填料的分散性，故能有效地增强填料在体系中的分散，从而提高拉伸和冲击强度。抗氧剂164和抗氧剂BHT混合使用，能够协同增强管材的抗氧化性。
进一步，所述填充剂为硅藻土和纳米金属粒子形成的复合填充剂，所述复合填充剂的制备方法为：将铜镍合金和铁镍合金粉末混合均匀，置于球磨机中打磨，得到纳米金属粒子混合物，将硅藻土置于去离子水中，搅拌均匀后加入纳米金属粒子混合物，超声波震荡3-5H，超声震荡过程中加入钛酸酯偶联剂，超声完成后，抽滤、干燥、研磨，得到复合填充剂。
硅藻土具有PH值中性、无毒、具有独特的孔隙结构、体重轻软、孔隙度大、吸附性能强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点，使硅藻土在作为填充剂应用时，能够增强管材的延伸性，冲击强度、拉伸强度、撕裂强度。合金比金属单质具有更好的电磁屏蔽性，多种合金的混合比单一的合金具有更优良的电磁屏蔽性，通过将铜镍合金和铁镍合金混合，混合后通过球磨机打磨呈纳米金属混合粒子，将纳米金属混合粒子与硅藻土混合，通过超声波震荡，使纳米粒子被硅藻土充分吸附，再通过加入的钛酸酯偶联剂，使纳米金属粒子进一步与硅藻土交联，得到改性的硅藻土，使改性的硅藻土在干燥、研磨时，纳米金属粒子不会脱离，使制备出的复合填充剂，不仅具有良好的化学稳定性、耐磨性、耐热性、还能具有良好的电磁屏蔽性，且能够进一步增强管材的抗冲击强度和撕裂强度。
进一步，所述改性增韧剂为无规则聚丙烯、MBS和硅灰石的混合物，所述改性增韧剂的制备方法如下：将无规则聚丙烯和MBS树脂置于混料机中，于70-90℃的条件下，以300r/min的转速搅拌2-4H，搅拌均匀后，加入硅灰石粉末和硅烷偶联剂，以800r/min的转速搅拌3-5H，搅拌完成后，转入挤出机中，挤出、造粒、冷却，得到改性增韧剂母料。
无规则聚丙烯耐热性高，具有良好的韧性和耐化学腐蚀性，但缺点是耐低温冲击性差，较易老化。MBS树脂具有典型的核-壳结构，由于其溶度参数与PVC相近，故两者的热力学相容性好，通过MBS树脂与无规则聚丙烯的结合从而使得无规则聚丙烯在低温下具有很高的抗冲击强度，再通过加入硅灰石与硅烷偶联剂，使硅灰石交联在MBS树脂与无规则聚丙烯上，使制备出的增韧剂母料，具有优异的韧性、良好的抗冲击性和抗湿滑性能，从而使管材能够在复杂的条件下正常使用。
进一步，所述改性增韧剂母料的粒径为4-8mm。
进一步，所述聚氯乙烯管还包括防霉剂1-2份，所述防霉剂为硫酸铜。
聚氯乙烯电力通信管埋于地下，所处环境阴暗潮湿，防霉剂的加入可以使得聚氯乙烯管避免发霉而影响聚氯乙烯管的使用寿命。
本发明还公开了一种聚氯乙烯电力通信管的制备方法，包括以下步骤：
S1：将改性增韧剂母料置于混料机中，于80-100℃的条件下，以100-200r/min的转速下搅拌1-3H；
S2：将聚氯乙烯树脂和低密度聚乙烯投入混料机中，于100-120℃的条件下，以250-400r/min的转速下继续搅拌2-5H，搅拌完成后，加入复合填充剂、马来酸酐接枝聚丙烯、硅烷偶联剂、抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物、钙锌稳定剂、硫酸铜，于120-140℃的条件下以800-1000r/min的转速下搅拌0.5-1H，得到熔融共混物；
S3：将S2步骤中的熔融共混物转入螺杆挤出机中，设置主机温度为160-180℃，模具温度为45-60℃，挤出成型、定型、冷却，得到聚氯乙烯管材。
本发明的有益效果：
1、本发明在聚氯乙烯中加入低密度聚乙烯，能够初步增强聚氯乙烯管材的韧性，再加入热稳定剂、分散剂、抗氧化剂等改善管材的性能，加入硅藻土和纳米金属粒子形成的复合填充剂，能够改善管材的拉伸强度、抗冲击强度、撕裂强度和电磁屏蔽性，使制备出的聚氯乙烯管材作为电力通信管能够在复杂的环境下正常使用；
2、本发明在聚氯乙烯中加入无规则聚丙烯、MBS和硅灰石的混合物，通过在无规则聚丙烯中加入MBS和硅灰石对无规则聚丙烯进行改性，方法简单，使改性后的无规则聚丙烯具有良好的韧性、抗冲击性和抗湿滑性能，进一步增强聚氯乙烯管材的韧性和抗冲击强度。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1，复合填充剂的制备一
复合填充剂包括以下原料：硅藻土、铜镍合金粉末、铁镍合金粉末、钛酸酯偶联剂。
A1：将10质量份的铜镍合金粉末和18质量份的铁镍合金粉末混合均匀，混合均匀后置于球磨机中，以800r/min的速度转动，得到纳米金属粒子混合物，通过仪器测试，得到纳米金属粒子混合物的粒径在19nm；
A2：将8质量份的高纯度硅藻土粉末置于去离子水中，搅拌成悬浊液，搅拌均匀后，加入14质量份的纳米金属粒子混合物，超声波以30KHZ的频率先震荡30min，将纳米金属粒子充分分散，然后加入1.6质量份的钛酸酯偶联剂，继续震荡5H，超声完成后，通过抽滤将去离子水去掉，得到纳米金属粒子负载在硅藻土内的滤饼；
A3：将滤饼置于烘箱中以80℃的条件下，烘干，烘干后取出，将滤饼置于研磨机中研磨，得到复合填充物。
实施例2，复合填充剂的制备二
复合填充剂包括以下原料：硅藻土、铜镍合金粉末、铁镍合金粉末、钛酸酯偶联剂。
A1：将20质量份的铜镍合金粉末和35质量份的铁镍合金粉末混合均匀，混合均匀后置于球磨机中，以1000r/min的速度转动，得到纳米金属粒子混合物，通过仪器测试，得到纳米金属粒子混合物的粒径在10nm；
A2：将15质量份的高纯度硅藻土粉末置于去离子水中，搅拌成悬浊液，搅拌均匀后，加入30质量份的纳米金属粒子混合物，超声波以40KHZ的频率先震荡45min，将纳米金属粒子充分分散，然后加入3质量份的钛酸酯偶联剂，继续震荡3H，超声完成后，通过抽滤将去离子水去掉，得到纳米金属粒子负载在硅藻土内的滤饼；
A3：将滤饼置于烘箱中以80℃的条件下，烘干，烘干后取出，将滤饼置于研磨机中研磨，得到复合填充物。
实施例3，改性增韧剂的制备一
改性增韧剂包括以下原料：无规则聚丙烯(APP)、MBS树脂、硅灰石和硅烷偶联剂。
B1：将15质量份的无规则聚丙烯置于混料机中，搅拌均匀后，加入4质量份的MBS树脂，于90℃的条件下，以300r/min的转速搅拌2H，得到混合物料；
B2：将2.5质量份的高纯度硅灰石加入上述混合物料中，继续搅拌30min，加入0.55质量份的硅烷偶联剂，以800r/min的转速搅拌3H，搅拌完成后，得到熔融状的混合物；
B3：将熔融状的混合物转入挤出机中，设置机头温度为150-170℃，模具温度为45-60℃，挤出压力为0.5MPa的条件下挤出造粒，经过模具保压20-40s，然后经过冷却，得到改性增韧剂母料，母料的粒径经过仪器测试为8mm。
实施例4，改性增韧剂的制备二
改性增韧剂包括以下原料：无规则聚丙烯(APP)、MBS树脂、硅灰石和硅烷偶联剂。
B1：将20质量份的无规则聚丙烯置于混料机中，搅拌均匀后，加入6质量份的MBS树脂，于70℃的条件下，以300r/min的转速搅拌4H，得到混合物料；
B2：将4质量份的高纯度硅灰石加入上述混合物料中，继续搅拌50min，加入0.9质量份的硅烷偶联剂，以800r/min的转速搅拌5H，搅拌完成后，得到熔融状的混合物；
B3：将熔融状的混合物转入挤出机中，设置机头温度为150-170℃，模具温度为45-60℃，挤出压力为0.8MPa的条件下挤出造粒，经过模具保压20-40s，然后经过冷却，得到改性增韧剂母料，母料的粒径经过仪器测试为4mm。
实施例5，聚氯乙烯电力通信管的制备一
聚氯乙烯电力通信管包括以下原料：聚氯乙烯树脂、低密度聚乙烯、改性增韧剂、热稳定剂、分散剂、抗氧化剂、填充剂、防霉剂、偶联剂。
S1：将2质量份改性增韧剂母料置于混料机中，于80℃的条件下，以100r/min的转速下搅拌3H；
S2：将90质量份的聚氯乙烯树脂和5质量份的低密度聚乙烯投入混料机中，于100℃的条件下，以250r/min的转速下继续搅拌5H，搅拌完成后，加入5质量份的复合填充剂、2质量份的马来酸酐接枝聚丙烯、0.1质量份的硅烷偶联剂、1质量份的抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物、3质量份的钙锌稳定剂、1质量份的硫酸铜，于120℃的条件下以800r/min的转速下搅拌1H，得到熔融共混物；
S3：将S2步骤中的熔融共混物转入螺杆挤出机中，设置主机温度为165℃，模具温度为45℃，挤出成型、定型、冷却，得到聚氯乙烯管材。
实施例6，聚氯乙烯电力通信管的制备二
聚氯乙烯电力通信管包括以下原料：聚氯乙烯树脂、低密度聚乙烯、改性增韧剂、热稳定剂、分散剂、抗氧化剂、填充剂、防霉剂、偶联剂。
S1：将3质量份改性增韧剂母料置于混料机中，于90℃的条件下，以150r/min的转速下搅拌2H；
S2：将95质量份的聚氯乙烯树脂和8质量份的低密度聚乙烯投入混料机中，于110℃的条件下，以300r/min的转速下继续搅拌3.5H，搅拌完成后，加入10质量份的复合填充剂、3质量份的马来酸酐接枝聚丙烯、0.3质量份的硅烷偶联剂、2质量份的抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物、4质量份的钙锌稳定剂、1.5质量份的硫酸铜，于130℃的条件下以900r/min的转速下搅拌45min，得到熔融共混物；
S3：将S2步骤中的熔融共混物转入螺杆挤出机中，设置主机温度为170℃，模具温度为50℃，挤出成型、定型、冷却，得到聚氯乙烯管材。
实施例7，聚氯乙烯电力通信管的制备三
聚氯乙烯电力通信管包括以下原料：聚氯乙烯树脂、低密度聚乙烯、改性增韧剂、热稳定剂、分散剂、抗氧化剂、填充剂、防霉剂、偶联剂。
S1：将4质量份改性增韧剂母料置于混料机中，于100℃的条件下，以200r/min的转速下搅拌1H；
S2：将100质量份的聚氯乙烯树脂和10质量份的低密度聚乙烯投入混料机中，于120℃的条件下，以400r/min的转速下继续搅拌2H，搅拌完成后，加入15质量份的复合填充剂、5质量份的马来酸酐接枝聚丙烯、1质量份的硅烷偶联剂、3质量份的抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物、5质量份的钙锌稳定剂、2质量份的硫酸铜，于140℃的条件下以1000r/min的转速下搅拌30min，得到熔融共混物；
S3：将S2步骤中的熔融共混物转入螺杆挤出机中，设置主机温度为175℃，模具温度为60℃，挤出成型、定型、冷却，得到聚氯乙烯管材。
实施例8(对比实施例一)，聚氯乙烯电力通信管的制备四
聚氯乙烯电力通信管包括以下原料：聚氯乙烯树脂、低密度聚乙烯、MBS树脂、热稳定剂、分散剂、抗氧化剂、填充剂、防霉剂、偶联剂。
S1：将3质量份MBS树脂置于混料机中，于90℃的条件下，以150r/min的转速下搅拌2H；
S2：将95质量份的聚氯乙烯树脂和8质量份的低密度聚乙烯投入混料机中，于110℃的条件下，以300r/min的转速下继续搅拌3.5H，搅拌完成后，加入10质量份的复合填充剂、3质量份的马来酸酐接枝聚丙烯、0.3质量份的硅烷偶联剂、2质量份的抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物、4质量份的钙锌稳定剂、1.5质量份的硫酸铜，于130℃的条件下以900r/min的转速下搅拌45min，得到熔融共混物；
S3：将S2步骤中的熔融共混物转入螺杆挤出机中，设置主机温度为170℃，模具温度为50℃，挤出成型、定型、冷却，得到聚氯乙烯管材。
实施例9(对比实施例二)，聚氯乙烯电力通信管的制备五
聚氯乙烯电力通信管包括以下原料：聚氯乙烯树脂、低密度聚乙烯、改性增韧剂、热稳定剂、分散剂、抗氧化剂、填充剂、防霉剂、偶联剂。
S1：将3质量份改性增韧剂母料置于混料机中，于90℃的条件下，以150r/min的转速下搅拌2H；
S2：将95质量份的聚氯乙烯树脂和8质量份的低密度聚乙烯投入混料机中，于110℃的条件下，以300r/min的转速下继续搅拌3.5H，搅拌完成后，加入10质量份的硅藻土、3质量份的马来酸酐接枝聚丙烯、0.3质量份的硅烷偶联剂、2质量份的抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物、4质量份的钙锌稳定剂、1.5质量份的硫酸铜，于130℃的条件下以900r/min的转速下搅拌45min，得到熔融共混物；
S3：将S2步骤中的熔融共混物转入螺杆挤出机中，设置主机温度为170℃，模具温度为50℃，挤出成型、定型、冷却，得到聚氯乙烯管材。
对实施例5-9制备出的聚氯乙烯管材，分别进行物性检测，具体检测数据如下表所示：
| 性能 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 普通PVC管 |
| 断裂伸长率％(20℃) | 360 | 400 | 370 | 365 | 340 | 120 |
| 断裂伸长率％(-70℃) | 150 | 175 | 160 | 130 | 135 | 45 |
| 拉伸强度(Mpa)(20℃) | 59 | 64 | 61 | 58 | 56 | 40 |
| 拉伸强度(Mpa)(-70℃) | 30 | 34 | 31 | 29 | 28 | 11 |
| 抗撕裂强度(Kpa)(20℃) | 42 | 46 | 43 | 39 | 39 | 15 |
| 抗撕裂强度(Kpa)(-70℃) | 21 | 23 | 19 | 19 | 18 | 6 |
| 电磁屏蔽性能(db) | 95 | 108 | 115 | 94 | 90 | 2 |
从上述的实施例得到的聚氯乙烯管物性检测数据，可以看出：
从实施例5-7制备出的聚氯乙烯管材均具有较好的韧性(以断裂伸长率表示)、拉伸强度、抗撕裂强度和电磁屏蔽性，其中实施例6制备出的聚氯乙烯管材的韧性、拉伸强度、电磁屏蔽性和抗撕裂强度更大，实施例6制备出的聚氯乙烯管材是普通聚氯乙烯管材的拉伸强度和抗撕裂强度的3倍以上；且实施例5-7制备出的聚氯乙烯管材在零下70℃同样具有良好的拉伸强度、韧性和抗撕裂强度。
实施例8单独采用复合填充剂，增韧剂使用MBS树脂，从实施例6与实施例8对比可以看出，实施例6采用改性增韧剂与复合填料配合使用，比单独使用复合填充剂制备出的聚氯乙烯管材具有更大的拉伸强度和抗撕裂强度。
实施例9单独采用改性增韧剂，填充剂使用硅藻土，从实施例6与实施例9对比可以看出，实施例6采用改性增韧剂与复合填料配合使用，比单独使用改性增韧剂制备出的聚氯乙烯管材具有更大的抗撕裂强度和拉伸强度，说明改性增韧剂和复合填充剂起到协同增强拉伸强度和抗撕裂强度。
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 (4)
1.一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚氯乙烯树脂90-100份、低密度聚乙烯5-10份、改性增韧剂2-4份、热稳定剂3-5份、分散剂2-5份、抗氧化剂1-3份、填充剂5-15份、偶联剂0.1-1份；
所述聚氯乙烯管还包括防霉剂1-2份，所述防霉剂为硫酸铜，所述热稳定剂为钙锌稳定剂，分散剂为马来酸酐接枝聚丙烯，抗氧化剂为抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物，偶联剂为硅烷偶联剂；
所述填充剂为硅藻土和纳米金属粒子形成的复合填充剂，所述复合填充剂的制备方法为：将铜镍合金和铁镍合金粉末混合均匀，置于球磨机中打磨，得到纳米金属粒子混合物，将硅藻土置于去离子水中，搅拌均匀后加入纳米金属粒子混合物，超声波震荡3-5H，超声震荡过程中加入钛酸酯偶联剂，超声完成后，抽滤、干燥、研磨，得到复合填充剂；
所述改性增韧剂为无规则聚丙烯、MBS和硅灰石的混合物，所述改性增韧剂的制备方法如下：将无规则聚丙烯和MBS树脂置于混料机中，于70-90℃的条件下，以300r/min的转速搅拌2-4H，搅拌均匀后，加入硅灰石粉末和硅烷偶联剂，以800r/min的转速搅拌3-5H，搅拌完成后，转入挤出机中，挤出、造粒、冷却，得到改性增韧剂母料。
2.根据权利要求1所述的一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管，其特征在于，所述聚乙烯管按质量份数包括聚氯乙烯树脂95份、低密度聚乙烯8份、改性增韧剂3份、热稳定剂4份、分散剂3份、抗氧化剂2份、填充剂10份、偶联剂0.3份。
3.根据权利要求1所述的一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管，其特征在于，所述改性增韧剂母料的粒径为4-8mm。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种增韧改性聚氯乙烯电力通信管的制备方法，其特征在于，所述聚氯乙烯电力通信管的制备方法如下：S1：将改性增韧剂母料置于混料机中，于80-100℃的条件下，以100-200r/min的转速下搅拌1-3H；
S2：将聚氯乙烯树脂和低密度聚乙烯投入混料机中，于100-120℃的条件下，以250-400r/min的转速下继续搅拌2-5H，搅拌完成后，加入复合填充剂、马来酸酐接枝聚丙烯、硅烷偶联剂、抗氧剂164和抗氧剂BHT的混合物、钙锌稳定剂、硫酸铜，于120-140℃的条件下以800-1000r/min的转速下搅拌0.5-1H，得到熔融共混物；
S3：将S2步骤中的熔融共混物转入螺杆挤出机中，设置主机温度为160-180℃，模具温度为45-60℃，挤出成型、定型、冷却，得到聚氯乙烯管材。
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