CN113563665A - 一种熔接型mpp聚丙烯电力管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力管技术领域，公开了一种熔接型MPP聚丙烯电力管及其制备方法，包括80‑100份MPP聚丙烯树脂、2‑3份抗氧化剂、8‑10份碳酸钙、5‑7份阻燃剂、2‑3份增塑剂、1‑2份稳定剂、0.3‑0.5份润滑剂、1‑2份分散剂、8‑10份玻璃纤维、0.8‑1.2份改性石墨烯、0.8‑1.2份八甲基环四硅氧烷；制备时将MPP聚丙烯树脂、抗氧化剂和碳酸钙投入混料机中于温度115‑125℃搅拌均匀；加入阻燃剂、稳定剂、润滑剂、分散剂和玻璃纤维，加热到135℃，加入八甲基环四硅氧烷，在搅拌中将温度提升后再加入增塑剂和改性石墨烯粉末，搅拌后转入柱塞式挤出机中挤出成型，冷却后得到MPP聚丙烯电力管。本发明能够提升MPP聚丙烯电力管的拉伸强度，并提升MPP聚丙烯电力管熔接点的拉伸强度。
Description
技术领域
本发明涉及电力管技术领域，尤其涉及一种熔接型MPP聚丙烯电力管及其制备方法。
背景技术
随着我国的电力领域快速发展，目前应用于电力保护中的管材材料越来越多，而电力保护管是电力领域中的重要原件，对电线、光线、电缆等电力材料起到优良的保护作用。
目前市场常用的电力管包括MPP电力管，MPP电力管分为开挖型和非开挖型，MPP电力管采用改性聚丙烯为主要原材料，是无须大量挖泥、挖土及破坏路面，在道路、铁路、建筑物、河床下等特殊地段敷设管道、电缆等施工工程。与传统的“挖槽埋管法”相比，非开挖电力管工程更适应当前的环保要求，去除因传统施工所造成的尘土飞扬、交通阻塞等扰民因素，这一技术还可以在一些无法实施开挖作业的地区铺设管线，如古迹保护区、闹市区、农作物及农田保护区、高速公路、河流等。MPP电力管具有优良的电气绝缘性、较高的热变形温度和低温冲击性能、其抗拉、抗压性能比HDPE高、质轻、光滑、磨擦主力小、可热熔焊对接。
一般MPP电力管的施工长度在几百上千米，而MPP电力管每根的长度是6米，所以在施工中需要对MPP电力管进行连接，MPP电力管的连接目前一般采用热熔焊接和接头连接两种方式进行连接。在热熔焊接时，先清除管材两端的污物，然后使用焊接机热熔焊对接，熔接点在200度左右，不能超过220度，当温度达到后，将MPP电力管的两头对接，保压几分钟后，使得MPP电力管的端部自然冷却即可完成焊接。
随着电力工程施工难度的越来越大，对MPP电力管的焊接质量要求也越来越高，根据MPP电力管的要求，在23±2℃的环境温度下，其拉伸强度一般要达到24Mpa以上，而目前的MPP电力管在熔接点的拉伸强度大概为21Mpa左右，其熔接点的拉伸强度具有明显的降低，不能满足现代电力工程对MPP电力管越来越高的技术要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种熔接型MPP聚丙烯电力管及其制备方法，能够提升MPP聚丙烯电力管的拉伸强度，并提升MPP聚丙烯电力管熔接点的拉伸强度，满足现代电力工程对MPP电力管越来越高的技术要求。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种熔接型MPP聚丙烯电力管，按质量份数，原材料包括80-100份的MPP聚丙烯树脂、2-3份的抗氧化剂、8-10份的碳酸钙、5-7份的阻燃剂、2-3份的增塑剂、1-2份的稳定剂、0.3-0.5份的润滑剂、1-2份的分散剂、8-10份的玻璃纤维、0.8-1.2份的改性石墨烯、0.8-1.2份的八甲基环四硅氧烷；所述改性石墨烯为增强C-C共价键的石墨烯。
进一步，所述MPP聚丙烯树脂为90份、抗氧化剂为2.5份、碳酸钙为9份、阻燃剂为6份、增塑剂为2.5份、稳定剂为1.5份、润滑剂为0.4份、分散剂为1.5份、玻璃纤维为9份、改性石墨烯为1.0份、八甲基环四硅氧烷为1.0份。
进一步，所述抗氧化剂为亚磷酸三酯，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂，稳定剂为铅盐稳定剂，润滑剂为氧化聚乙烯蜡，阻燃剂为十溴二苯醚、四溴双酚A、十溴二苯基乙烷中的一种或多种组合。
进一步，所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺中的一种或多种组合。
进一步，所述MPP聚丙烯电力管还包括6-8份抗冲击改性剂，所述抗冲击改性剂为氯化聚乙烯、丁苯橡胶、乙丙胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种组合。
在本发明MPP聚丙烯电力管的原材料中，抗氧化剂可以提升MPP聚丙烯电力管的抗氧化和老化性能；碳酸钙作为耐热填料能有效提高MPP电力管材的耐热性；阻燃剂可以提升MPP聚丙烯电力管的阻燃性能；增塑剂可以增加MPP聚丙烯电力管的可塑性和提高电力管的强度；稳定剂可以增加MPP聚丙烯电力管的热稳定性能；润滑剂可以提升MPP聚丙烯电力管的光滑度，利于MPP聚丙烯电力管的电力施工；分散剂可以将各个原材料分散均匀，增加MPP聚丙烯电力管性能的稳定性；玻璃纤维为耐热材料，具有极佳的耐热性和弹性，与碳酸钙相配合作用，能较大限度地提高MPP聚丙烯电力管的耐热性；抗冲击改性剂能与其他原料相配合作用、协同反应，能有效提高MPP聚丙烯的抗冲击强度，并改善MPP聚丙烯的加工性能和耐候性，且不影响MPP聚丙烯自身的表观性能和物理机械性能；改性石墨烯具有高强度的网状C-C结构，八甲基环四硅氧烷可以将MPP聚丙烯树脂的分子链拉伸，当热熔连接时，聚丙烯树脂的分子链的分子链可以进入到改性石墨烯的网状C-C结构内，形成电力管两端MPP聚丙烯分子链的缠结，从而增强在电力管拉伸时MPP聚丙烯树脂分子链的断裂力，进而提升MPP聚丙烯电力管熔接点的拉伸强度。
本发明还公开了一种熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，使用上述的MPP聚丙烯电力管原材料，制备方法包括以下步骤：
A1、将MPP聚丙烯树脂、抗氧化剂和碳酸钙混合，投入到高速混料机中，于温度115-125℃条件下搅拌均匀；
A2、然后加入阻燃剂、稳定剂、润滑剂、分散剂和玻璃纤维，随后加热到135℃，再搅拌均匀后，加入八甲基环四硅氧烷和抗冲击改性剂，在搅拌过程中将温度提升至140-145℃；
A3、再加入增塑剂和改性石墨烯粉末，搅拌后转入柱塞式挤出机中，设置主机温度为160-165℃，模具温度为165-170℃，口模温度为170-175℃，挤出成型，冷却后得到MPP聚丙烯电力管。
进一步，所述步骤A2中，在加入八甲基环四硅氧烷后，搅拌时间控制在20-40min；在步骤A3中，加入改性石墨烯粉末后，搅拌时间控制在40-60mim。
进一步，所述改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
B1、取80-100质量份，粒径为600-800目的鳞片状石墨粉，加入到30-40份的氨基硅烷和25-35份的质量浓度为0.8-1.5mol/L的硼酸溶液中超声分散，将混合物置于真空度为-0.03-0.05Mpa的不锈钢高压瓶中密封，缓慢抽走不锈钢高压瓶中的空气，然后在不锈钢高压瓶中充装液氮，摇匀后，静置10-15h；
B2、将不锈钢高压瓶连接固态气体制备设备，制备固态气体；将制备得到的固态气体依次置于185nm和254nm波段紫外线清洗机内进行紫外高能辐射，微观爆裂剥离出初步改性石墨烯；
B3、将制备得到的石墨烯加入到无水乙醇中，使用超声分散；
B4、加入20-40质量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和40-50质量份的乙酸，加热到65-75℃，然后在超声搅拌下反应12-18h，得到改性石墨烯。
鳞片状石墨粉在氨基硅烷和硼酸溶液中，然后产生微观爆裂剥离出经过羰基和碳羟基化的初步改性石墨烯；初步改性石墨烯在γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙酸在反应中，可以使得石墨烯中的C-C之间的共价键得到增强，当MPP电力管在进行熔接时，高温可以使得MPP聚丙烯树脂熔化，熔化后八甲基环四硅氧烷对聚丙烯分子拉直，分子链进入到石墨烯的C-C网状结构内进行缠结，在从而增加MPP聚丙烯树脂之间的缠结稳定性，使得MPP电力管熔接处的抗拉伸强度更强。
进一步，所述步骤B1和B3中超声分散的时间均为20-30min。
本发明的有益效果：
本发明中的改性石墨烯具有高强度的网状C-C结构，八甲基环四硅氧烷可以将MPP聚丙烯树脂的分子链拉伸，当热熔连接时，聚丙烯树脂的分子链的分子链可以进入到改性石墨烯的网状C-C结构内，形成电力管两端MPP聚丙烯分子链的缠结，从而增强在电力管拉伸时MPP聚丙烯树脂分子链的断裂力，进而提升MPP聚丙烯电力管熔接点的拉伸强度，满足现代电力工程对MPP电力管越来越高的技术要求。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明进行详细说明：
实施例1、
本实施例进行改性石墨烯的制备，方法包括以下步骤：
取80g粒径为600目的鳞片状石墨粉，加入到30的氨基硅烷和25g的质量浓度为0.8mol/L的硼酸溶液中超声分散20min，将混合物置于真空度为-0.03Mpa的不锈钢高压瓶中密封，缓慢抽走不锈钢高压瓶中的空气，然后在不锈钢高压瓶中充装液氮，摇匀后，静置10h。将不锈钢高压瓶连接固态气体制备设备，制备固态气体；将制备得到的固态气体依次置于185nm和254nm波段紫外线清洗机内进行紫外高能辐射，微观爆裂剥离出初步改性石墨烯。将制备得到的石墨烯加入到无水乙醇中，使用超声分散20min。加入20g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和40g的乙酸，加热到65℃，然后在超声搅拌下反应12h，得到改性石墨烯。
实施例2、
取90g粒径为700目的鳞片状石墨粉，加入到35g的氨基硅烷和30g的质量浓度为1.15mol/L的硼酸溶液中超声分散25min，将混合物置于真空度为0Mpa的不锈钢高压瓶中密封，缓慢抽走不锈钢高压瓶中的空气，然后在不锈钢高压瓶中充装液氮，摇匀后，静置12h。将不锈钢高压瓶连接固态气体制备设备，制备固态气体；将制备得到的固态气体依次置于185nm和254nm波段紫外线清洗机内进行紫外高能辐射，微观爆裂剥离出初步改性石墨烯。将制备得到的石墨烯加入到无水乙醇中，使用超声分散25min。加入30g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和45g的乙酸，加热到70℃，然后在超声搅拌下反应15h，得到改性石墨烯。
实施例3、
取100g粒径为800目的鳞片状石墨粉，加入到40g的氨基硅烷和35g的质量浓度为1.5mol/L的硼酸溶液中超声分散30min，将混合物置于真空度为0.05Mpa的不锈钢高压瓶中密封，缓慢抽走不锈钢高压瓶中的空气，然后在不锈钢高压瓶中充装液氮，摇匀后，静置15h。将不锈钢高压瓶连接固态气体制备设备，制备固态气体；将制备得到的固态气体依次置于185nm和254nm波段紫外线清洗机内进行紫外高能辐射，微观爆裂剥离出初步改性石墨烯。将制备得到的石墨烯加入到无水乙醇中，使用超声分散30min。加入40g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和50g的乙酸，加热到75℃，然后在超声搅拌下反应18h，得到改性石墨烯。
实施例4、
本实施例进行熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，制备方法包括以下步骤：将MPP聚丙烯树脂、抗氧化剂和碳酸钙混合，投入到高速混料机中，于温度115℃条件下搅拌均匀；然后加入阻燃剂、稳定剂、润滑剂、分散剂和玻璃纤维，随后加热到135℃，再搅拌均匀后，加入八甲基环四硅氧烷和抗冲击改性剂，在搅拌过程中将温度提升至140℃；再加入增塑剂和改性石墨烯粉末，搅拌后转入柱塞式挤出机中，设置主机温度为160℃，模具温度为165℃，口模温度为170℃，挤出成型，冷却后得到MPP聚丙烯电力管。
其中，本实施例中的所述MPP聚丙烯树脂为80kg，抗氧化剂为2kg、碳酸钙为8kg、阻燃剂为5kg、增塑剂为2kg、稳定剂为1kg、润滑剂为0.3kg、分散剂为1kg、玻璃纤维为8kg、改性石墨烯为0.8kg、八甲基环四硅氧烷为0.8kg、抗冲击改性剂为6kg。
本实施例中的改性石墨烯为实施例2的制备方法制备得到的改性石墨烯。
其中，抗氧化剂为亚磷酸三酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂；稳定剂为铅盐稳定剂；润滑剂为氧化聚乙烯蜡；阻燃剂为十溴二苯醚；分散剂为三乙基己基磷酸；抗冲击改性剂为氯化聚乙烯。
实施例5、
本实施例进行熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，制备方法包括以下步骤：将MPP聚丙烯树脂、抗氧化剂和碳酸钙混合，投入到高速混料机中，于温度120℃条件下搅拌均匀；然后加入阻燃剂、稳定剂、润滑剂、分散剂和玻璃纤维，随后加热到135℃，再搅拌均匀后，加入八甲基环四硅氧烷和抗冲击改性剂，在搅拌过程中将温度提升至143℃；再加入增塑剂和改性石墨烯粉末，搅拌后转入柱塞式挤出机中，设置主机温度为163℃，模具温度为168℃，口模温度为173℃，挤出成型，冷却后得到MPP聚丙烯电力管。
其中，本实施例中的所述MPP聚丙烯树脂为90kg，抗氧化剂为2.5kg、碳酸钙为9kg、阻燃剂为6kg、增塑剂为2.5kg、稳定剂为1.5kg、润滑剂为0.4kg、分散剂为1.5kg、玻璃纤维为9kg、改性石墨烯为1.0kg、八甲基环四硅氧烷为1.0kg、抗冲击改性剂为7kg。
本实施例中的改性石墨烯为实施例2的制备方法制备得到的改性石墨烯。
其中，抗氧化剂为亚磷酸三酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂；稳定剂为铅盐稳定剂；润滑剂为氧化聚乙烯蜡；
阻燃剂为四溴双酚A和十溴二苯基乙烷的组合，质量比例为1:1；
分散剂为十二烷基硫酸钠和甲基戊醇的组合，质量比例为1:1。
抗冲击改性剂为丁苯橡胶和乙丙胶的组合，质量比例为1:1。
实施例6、
本实施例进行熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，制备方法包括以下步骤：将MPP聚丙烯树脂、抗氧化剂和碳酸钙混合，投入到高速混料机中，于温度125℃条件下搅拌均匀；然后加入阻燃剂、稳定剂、润滑剂、分散剂和玻璃纤维，随后加热到135℃，再搅拌均匀后，加入八甲基环四硅氧烷和抗冲击改性剂，在搅拌过程中将温度提升至145℃；再加入增塑剂和改性石墨烯粉末，搅拌后转入柱塞式挤出机中，设置主机温度为165℃，模具温度为170℃，口模温度为175℃，挤出成型，冷却后得到MPP聚丙烯电力管。
其中，本实施例中的所述MPP聚丙烯树脂为100kg，抗氧化剂为3kg、碳酸钙为10kg、阻燃剂为7kg、增塑剂为3kg、稳定剂为2kg、润滑剂为0.5kg、分散剂为2kg、玻璃纤维为10kg、改性石墨烯为1.2kg、八甲基环四硅氧烷为1.2kg、抗冲击改性剂为8kg。
本实施例中的改性石墨烯为实施例2的制备方法制备得到的改性石墨烯。
其中，抗氧化剂为亚磷酸三酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂；稳定剂为铅盐稳定剂；润滑剂为氧化聚乙烯蜡；
阻燃剂为十溴二苯醚、四溴双酚A、十溴二苯基乙烷中的组合，质量比为1:1:1；
分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺中的组合，质量比为1:1:1:1:1。
抗冲击改性剂为氯化聚乙烯、丁苯橡胶、乙丙胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的组合，质量比为1:1:1:1。
实施例7、
实施例7与实施例5对比，其区别仅仅在于：实施例7使用的改性石墨烯为实施例1的制备方法制备得到的改性石墨烯。
实施例8、
实施例8与实施例5对比，其区别仅仅在于：实施例8使用的改性石墨烯为实施例3的制备方法制备得到的改性石墨烯。
下面将实施例4-实施例8制备的MPP聚丙烯电力管，以及现有的普通MPP聚丙烯电力管进行熔接，并对熔接后的MPP聚丙烯电力管进行拉伸强度的测试，具体的拉伸强度试验方法参照GB/T1040-90的标准进行，具体结果如下：
从上述实施例5-实施例8制备的电力管与现有电力管的拉伸试验结果可以看出：
1、本发明的方法制备的MPP聚丙烯电力管在23±2℃和70±2℃的条件下，电力管的抗拉伸性能均较现有电力管的拉伸强度更强。
2、本发明的方法制备的MPP聚丙烯电力管在23±2℃和70±2℃的条件下，电力管熔接点的抗拉伸性能也均较现有电力管的拉伸强度更强。
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 (9)
1.一种熔接型MPP聚丙烯电力管，原材料包括MPP聚丙烯树脂，其特征在于：按质量份数，所述MPP聚丙烯树脂为80-100份，所述MPP聚丙烯电力管的原材料还包括2-3份的抗氧化剂、8-10份的碳酸钙、5-7份的阻燃剂、2-3份的增塑剂、1-2份的稳定剂、0.3-0.5份的润滑剂、1-2份的分散剂、8-10份的玻璃纤维、0.8-1.2份的改性石墨烯、0.8-1.2份的八甲基环四硅氧烷；所述改性石墨烯为增强C-C共价键的石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种熔接型MPP聚丙烯电力管，其特征在于：所述MPP聚丙烯树脂为90份、抗氧化剂为2.5份、碳酸钙为9份、阻燃剂为6份、增塑剂为2.5份、稳定剂为1.5份、润滑剂为0.4份、分散剂为1.5份、玻璃纤维为9份、改性石墨烯为1.0份、八甲基环四硅氧烷为1.0份。
3.根据权利要求2所述的一种熔接型MPP聚丙烯电力管，其特征在于：所述抗氧化剂为亚磷酸三酯，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂，稳定剂为铅盐稳定剂，润滑剂为氧化聚乙烯蜡，阻燃剂为十溴二苯醚、四溴双酚A、十溴二苯基乙烷中的一种或多种组合。
4.根据权利要求3所述的一种熔接型MPP聚丙烯电力管，其特征在于：所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的熔接型MPP聚丙烯电力管，其特征在于：所述MPP聚丙烯电力管还包括6-8份抗冲击改性剂，所述抗冲击改性剂为氯化聚乙烯、丁苯橡胶、乙丙胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种组合。
6.一种熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，其特征在于：所述制备方法使用如权利要求5的MPP聚丙烯电力管原材料，制备方法包括以下步骤：
A1、将MPP聚丙烯树脂、抗氧化剂和碳酸钙混合，投入到高速混料机中，于温度115-125℃条件下搅拌均匀；
A2、然后加入阻燃剂、稳定剂、润滑剂、分散剂和玻璃纤维，随后加热到135℃，再搅拌均匀后，加入八甲基环四硅氧烷和抗冲击改性剂，在搅拌过程中将温度提升至140-145℃；
A3、再加入增塑剂和改性石墨烯粉末，搅拌后转入柱塞式挤出机中，设置主机温度为160-165℃，模具温度为165-170℃，口模温度为170-175℃，挤出成型，冷却后得到MPP聚丙烯电力管。
7.根据权利要求6所述的一种熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，其特征在于：所述步骤A2中，在加入八甲基环四硅氧烷后，搅拌时间控制在20-40min；在步骤A3中，加入改性石墨烯粉末后，搅拌时间控制在40-60mim。
8.根据权利要求7所述的一种熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，其特征在于：述改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
B1、取80-100质量份，粒径为600-800目的鳞片状石墨粉，加入到30-40份的氨基硅烷和25-35份的质量浓度为0.8-1.5mol/L的硼酸溶液中超声分散，将混合物置于真空度为-0.03-0.05Mpa的不锈钢高压瓶中密封，缓慢抽走不锈钢高压瓶中的空气，然后在不锈钢高压瓶中充装液氮，摇匀后，静置10-15h；
B2、将不锈钢高压瓶连接固态气体制备设备，制备固态气体；将制备得到的固态气体依次置于185nm和254nm波段紫外线清洗机内进行紫外高能辐射，微观爆裂剥离出初步改性石墨烯；
B3、将制备得到的石墨烯加入到无水乙醇中，使用超声分散；
B4、加入20-40质量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和40-50质量份的乙酸，加热到65-75℃，然后在超声搅拌下反应12-18h，得到改性石墨烯。
9.根据权利要求8所述的一种熔接型MPP聚丙烯电力管的制备方法，其特征在于：所述步骤B1和B3中超声分散的时间均为20-30min。
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