CN116462897A - 一种高强度钢丝缠绕增强管件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度钢丝缠绕增强管件及其制备方法，属于复合管件技术领域。本发明加入了过氧化二叔丁基和十溴联苯醚，使制得的芯管和外包层具有极好的拉伸强度和耐磨性，再于芯管和外包层之间缠绕钢丝，与钢丝相应用，整体提升了钢丝缠绕增强管件的强度，在实际使用过程中使钢丝缠绕增强管件具有极好拉伸强度，且在收卷、放卷等操作过程中不发生摩擦起皮现象。此外，本发明还加入了三乙醇胺和纳米碳酸钙，二者共同作用，提高了芯管和外包层的热稳定性，同时也提高了钢丝缠绕增强管件的热稳定性。
Description
技术领域
本发明属于复合管件技术领域，具体地，涉及一种高强度钢丝缠绕增强管件及其制备方法。
背景技术
钢丝缠绕增强管件是一类结合了钢丝和聚乙烯的增强管件，由于引入了缠绕增强的钢丝，使得增强管件具有更优异的性能，同时可以大大降低管件壁厚，使钢丝缠绕增强管件具有质量轻、成本低、运输转移方便的优点。
目前，市场上的钢丝缠绕增强管件虽有其独特的优势，但也存在以下缺点：钢丝缠绕增强管件拉伸强度、耐磨性和热稳定性效果较差。大大影响了产品质量，因此提供一种拉伸强度、耐磨性和热稳定性优异的钢丝缠绕增强管件显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度钢丝缠绕增强管件及其制备方法，本发明加入了过氧化二叔丁基和十溴联苯醚，使制得的芯管和外包层具有极好的拉伸强度和耐磨性，再于芯管和外包层之间缠绕钢丝，与钢丝相应用，整体提升了钢丝缠绕增强管件的强度，在实际使用过程中使钢丝缠绕增强管件具有极好拉伸强度，且在收卷、放卷等操作过程中不发生摩擦起皮现象。此外，本发明还加入了三乙醇胺和纳米碳酸钙，二者共同作用，提高了芯管和外包层的热稳定性，同时也提高了钢丝缠绕增强管件的热稳定性，解决了现有技术中钢丝缠绕增强管件拉伸强度、耐磨性和热稳定性弱的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高强度钢丝缠绕增强管件，所述钢丝缠绕增强管件包括芯管，所述芯管外周侧缠绕有钢丝层，所述钢丝层外周侧包覆有外包层；
所述芯管和钢丝层之间、钢丝层和外包层之间通过粘结剂粘接，所述粘结剂为环氧树脂；所述芯管和外包层材料相同；
所述芯管包括如下重量份原料：
作为本发明的一种优选方案，所述碳酸钙的粒度为0.01-0.1μm。
作为本发明的一种优选方案，所述钢丝缠绕增强管件的制备方法包括如下步骤：
S1、将聚乙烯控温烘干，备用；
S2、将聚乙烯、过氧化二叔丁基、聚乙烯醇、双酚A型环氧树脂、十溴联苯醚、三乙醇胺、三乙氧基乙烯基硅烷、二月桂酸二丁基锡和碳酸钙控温捏合，得到混合料，将混合料自然冷却，然后送入挤塑机经挤出、真空定型、水冷、牵引，得到芯管；
S3、将芯管表面缠绕钢丝，对缠绕钢丝的芯管控温预热，于挤出机中将粘结剂熔融并粘合在缠绕钢丝的芯管上，控温烘干，得到半成品管件；
S4、将半成品管件再送入步骤S2所述挤塑机中经再挤出、真空定型、水冷、牵引，得到钢丝缠绕增强管件。
作为本发明的一种优选方案，步骤S1所述控温烘干的温度为8O-85℃，时间为3-4h。
作为本发明的一种优选方案，步骤S2所述捏合的温度为150-180℃，时间为8-10min；所述自然冷却为自然冷却至35-45℃。
作为本发明的一种优选方案，步骤S2所述挤塑机料筒温度为180-185℃，机头温度为200-210℃，模头温度为220-230℃；所述水冷的温度为30-40℃。
作为本发明的一种优选方案，步骤S3所述缠绕钢丝具体操作为：用钢丝缠绕机在芯管外周侧以45-60°缠绕至少两层钢丝。
作为本发明的一种优选方案，步骤S3所述控温预热的温度为110-120℃，预热时间为10-15mi n；所述控温烘干的温度为6O-80℃。
作为本发明的一种优选方案，步骤S4所述挤塑机料筒温度为180-190℃，机头温度为200-210℃，模头温度为210-230℃；所述水冷的温度为30-40℃。
本发明的有益效果：
(1)本发明加入了过氧化二叔丁基和十溴联苯醚，使制得的芯管和外包层具有极好的拉伸强度和耐磨性，再于芯管和外包层之间缠绕钢丝，整体提升了钢丝缠绕增强管件的强度。这是由于制备芯管和外包层体系中的过氧化二叔丁基会分解产生自由基，同时聚乙烯分子链上的氢原子被剥夺，生成反应活性位，而自由基反应继续进行，此时，自由基反应中形成的反应活性位与聚乙烯分子链上的活性位相互作用，连接成分子链，在此基础上，十溴联苯醚以其分子中的卤素原子与聚乙烯分子中其余的氢原子进行取代反应，形成十溴联苯醚与聚乙烯分子之间的共价键，此时，体系中形成了三维网状结构，使聚乙烯分子更加紧密地连接在一起，有效增加了其抗拉伸能力的同时也增加了耐磨性能。将其与钢丝相应用时，能保证钢丝缠绕增强管件的品质，在实际使用过程中使钢丝缠绕增强管件具有极好拉伸强度，且在收卷、放卷等操作过程中不发生摩擦起皮现象。
(2)本发明加入了三乙醇胺和纳米碳酸钙，使制得的芯管和外包层具有极好的热稳定性。这是由于三乙醇胺可以捕捉体系中的自由基，减缓聚乙烯在高温条件下氧化分解，从而保持聚乙烯分子链结构的完整性，且在聚乙烯的受热过程中，三乙醇胺会分解出有机物质再反应，阻止了聚乙烯分子的进一步分解，与此同时，以纳米碳酸钙填充聚乙烯空隙，由于纳米碳酸钙比常规填料具有更大的比表面积和更小的尺寸，所以纳米碳酸钙可以提供更多活性反应位点，吸收分解物，减少聚乙烯分子的断裂和分散，因此，二者共同作用，提高了聚乙烯的热稳定性，同时也提高了钢丝缠绕增强管件的热稳定性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度钢丝缠绕增强管件，所述钢丝缠绕增强管件包括芯管，所述芯管外周侧缠绕有钢丝层，所述钢丝层外周侧包覆有外包层；
所述芯管和钢丝层之间、钢丝层和外包层之间通过粘结剂粘接，所述粘结剂为环氧树脂；所述芯管和外包层材料相同；
所述芯管包括如下重量份原料：
所述钢丝缠绕增强管件的制备方法包括如下步骤：
S1、将聚乙烯控温8O℃烘干3h，备用；
S2、将上述重量份聚乙烯、过氧化二叔丁基、聚乙烯醇、双酚A型环氧树脂、十溴联苯醚、三乙醇胺、三乙氧基乙烯基硅烷、二月桂酸二丁基锡和碳酸钙控温150℃捏合10mi n，得到混合料，将混合料自然冷却至35℃，然后送入挤塑机，以挤塑机料筒温度为183℃、机头温度为200℃、模头温度为230℃，经挤出、真空定型、30℃水冷、牵引，得到芯管；
S3、将芯管表面用钢丝缠绕机在芯管外周侧以60°缠绕两层钢丝，对缠绕钢丝的芯管控温110℃预热13mi n，挤出机中将环氧树脂熔融并粘合在缠绕钢丝的芯管上，控温6O℃烘干，得到半成品管件；
S4、将半成品管件再送入步骤S2所述挤塑机中以挤塑机料筒温度为180℃、机头温度为210℃、模头温度为210℃经再挤出、真空定型、40℃水冷、牵引，得到钢丝缠绕增强管件。
实施例2
一种高强度钢丝缠绕增强管件，所述钢丝缠绕增强管件包括芯管，所述芯管外周侧缠绕有钢丝层，所述钢丝层外周侧包覆有外包层；
所述芯管和钢丝层之间、钢丝层和外包层之间通过粘结剂粘接，所述粘结剂为环氧树脂；所述芯管和外包层材料相同；
所述芯管包括如下重量份原料：
所述钢丝缠绕增强管件的制备方法包括如下步骤：
S1、将聚乙烯控温83℃烘干4h，备用；
S2、将上述重量份聚乙烯、过氧化二叔丁基、聚乙烯醇、双酚A型环氧树脂、十溴联苯醚、三乙醇胺、三乙氧基乙烯基硅烷、二月桂酸二丁基锡和碳酸钙控温165℃捏合8mi n，得到混合料，将混合料自然冷却至40℃，然后送入挤塑机，以挤塑机料筒温度为185℃、机头温度为205℃、模头温度为225℃，经挤出、真空定型、35℃水冷、牵引，得到芯管；
S3、将芯管表面用钢丝缠绕机在芯管外周侧以45°缠绕三层钢丝，对缠绕钢丝的芯管控温115℃预热15mi n，挤出机中将环氧树脂熔融并粘合在缠绕钢丝的芯管上，控温70℃烘干，得到半成品管件；
S4、将半成品管件再送入步骤S2所述挤塑机中以挤塑机料筒温度为190℃、机头温度为205℃、模头温度为230℃经再挤出、真空定型、35℃水冷、牵引，得到钢丝缠绕增强管件。
实施例3
一种高强度钢丝缠绕增强管件，所述钢丝缠绕增强管件包括芯管，所述芯管外周侧缠绕有钢丝层，所述钢丝层外周侧包覆有外包层；
所述芯管和钢丝层之间、钢丝层和外包层之间通过粘结剂粘接，所述粘结剂为环氧树脂；所述芯管和外包层材料相同；
所述芯管包括如下重量份原料：
所述钢丝缠绕增强管件的制备方法包括如下步骤：
S1、将聚乙烯控温85℃烘干3.5h，备用；
S2、将上述重量份聚乙烯、过氧化二叔丁基、聚乙烯醇、双酚A型环氧树脂、十溴联苯醚、三乙醇胺、三乙氧基乙烯基硅烷、二月桂酸二丁基锡和碳酸钙控温180℃捏合9mi n，得到混合料，将混合料自然冷却至45℃，然后送入挤塑机，以挤塑机料筒温度为180℃、机头温度为210℃、模头温度为220℃，经挤出、真空定型、40℃水冷、牵引，得到芯管；
S3、将芯管表面用钢丝缠绕机在芯管外周侧以52°缠绕两层钢丝，对缠绕钢丝的芯管控温120℃预热10mi n，挤出机中将环氧树脂熔融并粘合在缠绕钢丝的芯管上，控温80℃烘干，得到半成品管件；
S4、将半成品管件再送入步骤S2所述挤塑机中以挤塑机料筒温度为185℃、机头温度为200℃、模头温度为220℃经再挤出、真空定型、30℃水冷、牵引，得到钢丝缠绕增强管件。
对比例1
与实施例3相比，对比例1中不添加过氧化二叔丁基，其余原料添加量、制备步骤和参数均相同。
对比例2
与实施例3相比，对比例2中不添加十溴联苯醚，其余原料添加量、制备步骤和参数均相同。
对比例3
与实施例3相比，对比例3中三乙醇胺的重量份为0，粒度为0.01μm的碳酸钙的重量份为16.8，其余原料添加量、制备步骤和参数均相同。
对比例4
与实施例3相比，对比例3中粒度为0.01μm的碳酸钙的重量份为0，三乙醇胺的重量份为16.8，其余原料添加量、制备步骤和参数均相同。
性能检测
(1)根据标准GB/T1040-2006，对实施例1-3和对比例1-2制得的钢丝缠绕增强管件进行拉伸强度测试，其结果如表1所示。
(2)根据标准PV3952，对实施例1-3和对比例1-2制得的钢丝缠绕增强管件进行耐刮擦测试，其结果如表1所示。
(3)根据标准GB/T17391-1998，对实施例1-3和对比例3-4制得的钢丝缠绕增强管件进行热稳定性测试，记录200℃氧气氛围下的氧化诱导期，其结果如表1所示。
表1
| 拉伸强度(MPa) | 耐刮擦(△L) | 氧化诱导期(min) | |
| 实施例1 | 31.9 | 0.63 | 56 |
| 实施例2 | 32.3 | 0.61 | 56 |
| 实施例3 | 33.6 | 0.58 | 57 |
| 对比例1 | 19.5 | 1.17 | —— |
| 对比例2 | 23.7 | 1.24 | —— |
| 对比例3 | —— | —— | 26 |
| 对比例4 | —— | —— | 32 |
由表1实施例1-3和对比例1-2可以看出，本发明制得的钢丝缠绕增强管件具有极好的拉伸强度和耐磨性。这是由于本发明在制备芯管和外包层中加入了过氧化二叔丁基和十溴联苯醚，过氧化二叔丁基会分解产生自由基，同时聚乙烯分子链上的氢原子被剥夺，生成反应活性位，而自由基反应继续进行，此时，自由基反应中形成的反应活性位与聚乙烯分子链上的活性位相互作用，连接成分子链，在此基础上，十溴联苯醚以其分子中的卤素原子与聚乙烯分子中其余的氢原子进行取代反应，形成十溴联苯醚与聚乙烯分子之间的共价键，此时，体系中形成了三维网状结构，使聚乙烯分子更加紧密地连接在一起，有效增加了其抗拉伸能力的同时也增加了耐磨性能。将其与钢丝相应用时，能保证钢丝缠绕增强管件的品质，在实际使用过程中使钢丝缠绕增强管件具有极好拉伸强度，且在收卷、放卷等操作过程中不发生摩擦起皮现象。
由表1实施例1-3和对比例3-4可以看出，本发明制得的钢丝缠绕增强管件具有优异的热稳定性。本发明在制备芯管和外包层中加入了三乙醇胺和纳米碳酸钙，三乙醇胺可以捕捉体系中的自由基，减缓聚乙烯在高温条件下氧化分解，从而保持聚乙烯分子链结构的完整性，且在聚乙烯的受热过程中，三乙醇胺会分解出有机物质再反应，阻止了聚乙烯分子的进一步分解，与此同时，以纳米碳酸钙填充聚乙烯空隙，由于纳米碳酸钙比常规填料具有更大的比表面积和更小的尺寸，所以纳米碳酸钙可以提供更多活性反应位点，吸收分解物，减少聚乙烯分子的断裂和分散，因此，二者共同作用，提高了聚乙烯的热稳定性，同时也提高了钢丝缠绕增强管件的热稳定性。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高强度钢丝缠绕增强管件，其特征在于，所述钢丝缠绕增强管件包括芯管，所述芯管外周侧缠绕有钢丝层，所述钢丝层外周侧包覆有外包层；
所述芯管和钢丝层之间、钢丝层和外包层之间通过粘结剂粘接，所述粘结剂为环氧树脂；所述芯管和外包层材料相同；
所述芯管包括如下重量份原料：
2.根据权利要求1所述的一种高强度钢丝缠绕增强管件，其特征在于，所述碳酸钙的粒度为0.01-0.1μm。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的高强度钢丝缠绕增强管件的制备方法，其特征在于，所述钢丝缠绕增强管件的制备方法包括如下步骤：
S1、将聚乙烯控温烘干，备用；
S2、将聚乙烯、过氧化二叔丁基、聚乙烯醇、双酚A型环氧树脂、十溴联苯醚、三乙醇胺、三乙氧基乙烯基硅烷、二月桂酸二丁基锡和碳酸钙控温捏合，得到混合料，将混合料自然冷却，然后送入挤塑机经挤出、真空定型、水冷、牵引，得到芯管；
S3、将芯管表面缠绕钢丝，对缠绕钢丝的芯管控温预热，于挤出机中将粘结剂熔融并粘合在缠绕钢丝的芯管上，控温烘干，得到半成品管件；
S4、将半成品管件再送入步骤S2所述挤塑机中经再挤出、真空定型、水冷、牵引，得到钢丝缠绕增强管件。
4.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝缠绕增强管件的制备方法，其特征在于，步骤S1所述控温烘干的温度为8O-85℃，时间为3-4h。
5.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝缠绕增强管件的制备方法，其特征在于，步骤S2所述捏合的温度为150-180℃，时间为8-10min；所述自然冷却为自然冷却至35-45℃。
6.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝缠绕增强管件的制备方法，其特征在于，步骤S2所述挤塑机料筒温度为180-185℃，机头温度为200-210℃，模头温度为220-230℃；所述水冷的温度为30-40℃。
7.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝缠绕增强管件的制备方法，其特征在于，步骤S3所述缠绕钢丝具体操作为：用钢丝缠绕机在芯管外周侧以45-60°缠绕至少两层钢丝。
8.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝缠绕增强管件的制备方法，其特征在于，步骤S3所述控温预热的温度为110-120℃，预热时间为10-15min；所述控温烘干的温度为6O-80℃。
9.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝缠绕增强管件的制备方法，其特征在于，步骤S4所述挤塑机料筒温度为180-190℃，机头温度为200-210℃，模头温度为210-230℃；所述水冷的温度为30-40℃。
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