CN1614280A - 多用途的多层共挤塑料复合管材 - Google Patents

Abstract

多用途的多层共挤塑料复合管材是一种用于天然气、煤气的输送，煤矿及其它矿山井下的排水、通风、抽放瓦斯，油田的各种液体油的输送以及用于制作皮带输送机托带辊的辊体的管材。管壁包括皮层和芯层，其特征在于：皮层料的组成成分包括聚氯乙烯、氧化聚乙烯、复合稳定剂、硬脂酸、硬脂酸钙、十溴联苯醚、氯化聚乙烯、丙烯酸酯类聚合物、导电碳黑或乙炔碳黑或石墨粉、滑石粉或碳酸钙，芯层料的组成包括聚氯乙烯、低分子聚乙烯、复合稳定剂、硬脂酸、硬脂酸钙、十溴联苯醚、氯化聚乙烯、滑石粉或碳酸钙等。优点是抗静电、抗燃烧性能好，且耐腐蚀、抗老化、芯层较厚，力学性能好，成本低。

Description

多用途的多层共挤塑料复合管材

(一)技术领域

本发明涉及一种用于天然气、煤气的输送，煤矿及其它矿山井下的排水、通风、抽放瓦斯，油田的各种液体油的输送以及用于制作皮带输送机托带辊的辊体的管材。要求其既有一定的力学性能、物理性能，并且具有阻燃和抗静电性能，具体说是一种多用途的多层共挤塑料复合管材。

(二)背景技术

目前：天然气、煤气的输送，煤矿及其它矿山井下的排水、通风、抽放瓦斯，油田的各种液体油的输送以及制作皮带输送机托带辊的辊体用管材，绝大部分采用金属制成，这类管材在使用时需刷油漆，而且不耐腐蚀，重量大、安装不方便，尤其在潮湿的井下使用时，需要经常涂刷油漆，保养维护，维修费用高，腐蚀相当快，使用寿命短，需经常更换，而且还存在着与别的金属碰撞发生火花引起瓦斯***的不安全隐患，上述几种情况使用的材料存在不耐腐蚀、重量大、成本高，拆卸安装不方便，维护费用高等缺点。

塑料管材作为一种新兴材料，具有许多金属管材无法比拟的优点：质轻价廉，安装操作简单方便，耐腐蚀，在许多领域已经逐步替代金属管材。但是，塑料是良好的绝缘体，表面电阻大，导电性能差，在煤矿、天然气、油田等易产生静电的场合，会因静电积聚而引起火灾或瓦斯***。同时，由于矿井、油田中环境恶劣，管道经常受到冲击和碰撞，这就要求管材必须达到较高的机械强度，必须具备“双抗”(抗静电、抗燃烧)性能。有一种塑料管材是直接挤出单层管，这种直接挤出的抗静电、抗燃烧塑料管材成本高，拉伸强度、冲击强度、加工性能较差，为了改善性能，不得不增加其他加工助剂，进一步加剧了成本的上升和强度的降低，而为了弥补强度下降的弊端，又不得不增加管材的壁厚，又增加了管材的成本。

(三)发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提出一种多用途的多层共挤塑料复合管材，用于天然气、煤气的输送，煤矿及其它矿山井下的排水、通风、抽放瓦斯，油田的各种液体油的输送以及制作皮带输送机托带辊的辊体等多种用途，使其既能提高强度，降低成本，而且具有抗静电、抗燃烧的性能，用其代替金属管材和直接挤出的单层塑料管。

本发明的目的是这样实现的：该多用途的多层共挤塑料复合管材，管壁包括皮层和芯层，其特征在于：

皮层料的组成成分如下：

组成成分名称                     组成成分含量(重量份数)

聚氯乙烯(PVC)                    100

氧化聚乙烯蜡                     0.1-1

复合稳定剂                       1-7

硬脂酸                           0.1-2

硬脂酸钙                         0.1-2.5

十溴联苯醚                       1-5

氯化聚乙烯(CPE)                  2-10

丙烯酸酯类聚合物(ACR)            5-15

导电碳黑或乙炔碳黑或石墨粉       5-30

滑石粉或碳酸钙                   3-10

芯层料的组成成分如下：

组成成分名称                     组成成分含量(重量份数)

聚氯乙烯                              100

氧化聚乙烯蜡                          0.1-0.5

复合稳定剂                            1-7

硬脂酸                                0.1-2

硬脂酸钙                              0.1-2.5

十溴联苯醚                            1-5

氯化聚乙烯(CPE)                       2-10

丙烯酸酯类聚合物(ACR)                 5-15

滑石粉或碳酸钙                        8-40

皮层料组成成分中的聚氯乙烯可以用聚氯乙烯和ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)共混替代，其中聚氯乙烯与ABS的比为1∶1-0.5。

皮层包括芯层内部的内皮层和芯层外部的外皮层，或者仅是芯层外部的外皮层，或者仅是芯层内部内皮层。根据所输送的物料种类，以及管道工作环境的具体条件，决定采用芯层外部有外皮层、内部有内皮层的管材，或者芯层仅是外部有外皮层的管材，或者芯层仅是内部有内皮层的管材。芯层、外皮层、内皮层的厚度，根据工作条件的要求决定。

采用三层共挤塑料复合管材设计，内皮层、外皮层较薄，使其主要发挥抗静电和阻燃的作用，中间芯层较厚，其主要作用在于保持一定的力学性能和物理性能，这样只要在外皮层、内皮层材料的组成成分中添加适量的阻燃剂和抗静电剂，就可以达到抗静电性能、阻燃性能、加工性能的综合平衡。

选择聚氯乙烯或选用聚氯乙烯和ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)共混作基料，相当于管材的骨架，其力学性能优异，耐腐蚀，抗老化，成本低，来源广泛，而且聚氯乙烯具有一定的阻燃性，具有最佳的性能价格比。氧化聚乙烯蜡起增容剂作用，可以使PVC/ABS共混物形成相容性好的体系；复合稳定剂和硬脂酸钙起加工稳定和加工润滑作用；氯化聚乙烯和丙烯酸酯类聚合物起加工助剂作用，它可以增强和提高产品的抗冲性，大大的提高了产品的物理性能。氯化聚乙烯由潍坊亚星化学股份有限公司生产，表观密度为0.50g/cm³，热分解温度170℃，它可以改善聚合物的抗冲性。复合稳定剂起稳定作用，用日本产OGP或德国产熊牌较好。十溴联苯醚起阻燃作用；丙烯酸酯聚合物为白色易流动粉末，松密度为0.25-0.45g/cc，粘度为1.8-3.0，比重为1.05-1.2，在组合物中是加工助剂，可改善聚合物的流动性，并保证高聚物的物理机械性能。导电碳黑是颗粒状，乙炔碳黑的平均粒径为小于35毫微米，石墨粉为1000目以上，该三种组分的加入可以使聚合物具有良好的抗静电作用；滑石粉和碳酸钙不仅有辅助阻燃作用，而且可降低成本并易于高分子材料的加工定型。

本发明的多用途的多层共挤塑料复合管材可以按上述用量混合之后，经高速捏合机加热捏合，温度为110℃-125℃，然后冷混至小于40℃，采用多层共挤成复合型各种用途管材。

本发明多用途的多层共挤塑料复合管材的优点是：可以用于天然气、煤气的输送，煤矿及其它矿山井下的排水、通风、抽放瓦斯，油田的各种液体油的输送以及制作皮带输送机托带辊的辊体等多种用途；皮层较薄，抗静电、抗燃烧性能好，且耐腐蚀、抗老化、芯层较厚，力学性能好，成本低，用本发明的材料配方和多层共挤方法生产的塑料复合管材，是当前最理想的一种既生产成本低、又物理性能强的一种塑料制品；所制成的管材其各项性能均达到和超过各行业标准和国家标准，其表面电阻值最佳可达到＜1×10⁶Ω，完全可以代替各种场所用的金属管材，是一种理想的、经济的、以塑代钢产品，并且能够替代直接挤出的单层管。

(四)附图说明

图1是一种多用途的多层共挤塑料复合管材结构示意图，

(五)具体实施方式

图1表示一种多用途的三层共挤塑料复合管材的结构，包括有芯层1，皮层包括外皮层21和内皮层22。

现在举三个实施例说明其芯层1和皮层(外皮层21和内皮层22)的组成成分：

实施例1

管径：160毫米，工作压力0.8兆帕，管壁厚6.2毫米，芯层厚3.2毫米，外皮层、内皮层厚均为1.5毫米。

皮层料的组成成分如下：

PVC和ABS(1∶1)共混100份，氧化聚乙烯蜡0.1份，复合稳定剂2份，硬脂酸0.2份，硬脂酸钙0.5份，十溴联苯醚1份，氯化聚乙烯2份，丙烯酸酯聚合物3份，乙炔碳黑16份，碳酸钙3份。

芯层料的组成成分如下：

聚氯乙烯100份，氧化聚乙烯蜡0.1份，复合稳定剂2.5份，硬脂酸0.3份，硬脂酸钙0.5份，十溴联苯醚1份，氯化聚乙烯3份，

丙烯酸酯类聚合物(ACR)6份，滑石粉或碳酸钙15份。

氯化聚乙烯由潍坊亚星化学股份有限公司生产，表观密度为0.50g/cm³，热分解温度170℃；丙烯酸酯聚合物由山东淄博助剂厂生产，为白色易流动粉末，松密度为0.25-0.45g/cc，粘度为1.8-3.0，比重为1.05-1.2；复合稳定剂为德国熊牌产品

实施例2

管径160毫米，工作压力1.0兆帕，管壁厚7.7毫米，芯层厚4.7毫米，内皮层、外皮层厚1.5毫米。

皮层料的组成成分如下：

聚氯乙烯和ABS(1∶0.5)树脂共混100份，氧化聚乙烯蜡0.5份，复合稳定剂4.5份，硬脂酸1份，硬脂酸钙1.5份，十溴联苯醚3份，氯化聚乙烯5份，丙烯酸酯聚合物10份，导电碳黑12份。

芯层料的组成成分如下：

聚氯乙烯100份，氧化聚乙烯蜡0.3份，复合稳定剂5份，硬脂酸1份，硬脂酸钙1.2份，十溴联苯醚3份，氯化聚乙烯6份，丙烯酸酯类聚合物(ACR)11份，滑石粉或碳酸钙30份。

实施例3

管径160毫米，工作压力1.25兆帕，管壁厚9.5毫米，芯层厚6.5毫米，内皮层、外皮层厚1.5毫米。

皮层料的组成成分如下：

聚氯乙烯100份，氧化聚乙烯蜡1份，复合稳定剂7份，硬脂酸2份，硬脂酸钙2.5份，十溴联苯醚5份，氯化聚乙烯10份，丙烯酸酯聚合物15份，石墨粉30份，滑石粉10份。

芯层料的组成成分如下：

聚氯乙烯100份，氧化聚乙烯蜡0.5份，复合稳定剂7份，硬脂酸2份，硬脂酸钙2.5份，十溴联苯醚6份，氯化聚乙烯10份，丙烯酸酯类聚合物15份，滑石粉40份。

对三个实施例六根试件的测试结果：

技术、质量指标：

(1)燃烧性能：

六根试件有焰燃烧总和(S)：≤18

六根试件无焰燃烧总和(S)：≤120

(2)导电性能：

表面电阻平均值(Ω)：≤1.0×10⁶

(3)物理力学性能：

扁平试验(＜1/2)：无裂缝

拉伸强度(Mpa)：≥35

落锤冲击强度(2M，2Kg)：不破坏

纵向尺寸变化率(％)：±2.5

(4)液压试验(二倍使用压力)：无渗漏

经国家采煤机质量监督检测中心，测试本发明产品的表面电阻值分别为2.5×10⁵Ω，1.0×10⁶Ω，2.0×10³Ω，1.5×10⁴Ω，7.5×10⁷Ω，3.5×10⁷Ω。

本发明产品的有焰燃烧时间(秒)(酒精喷灯)分别为0.82、1.01、1.42、0.7、0.85、0.91，无焰燃烧时间(秒)(酒精喷灯)分别为1.82、2.05、1.66、0.92、0.97、1.23。根据国家煤炭部的规定，有焰燃烧时间的算术平均值不得大于3秒，其中的任一样品不得大于10秒；及煤矿井下用非金属产品表面电阻值不得超过1×10⁸Ω。所测试结果证明了本发明组合物的优异性能。

Claims (4)

1、一种多用途的多层共挤塑料复合管材，管壁包括皮层和芯层，其特征在于：

皮层料的组成成分如下：

组成成分名称                   组成成分含量(重量份数)

聚氯乙烯(PVC)                            100

氧化聚乙烯蜡                             0.1-1

复合稳定剂                               1-7

硬脂酸                                   0.1-2

硬脂酸钙                                 0.1-2.5

十溴联苯醚                               1-5

氯化聚乙烯                               2-10

丙烯酸酯类聚合物(ACR)                    5-15

导电碳黑或乙炔碳黑或石墨粉               5-30

滑石粉或碳酸钙                           3-10

芯层料的组成成分如下：

组成成分名称                   组成成分含量(重量份数)

聚氯乙烯                                 100

氧化聚乙烯蜡                             0.1-0.5

复合稳定剂                               1-7

硬脂酸                                   0.1-2

硬脂酸钙                                 0.1-2.5

十溴联苯醚                               1-5

氯化聚乙烯                               2-10

丙烯酸酯类聚合物(ACR)               5-15

滑石粉或碳酸钙                      8-40

2、按照权利要求1所述的多用途的多层共挤塑料复合管材，其特征在于皮层料组成成分中的聚氯乙烯可以用聚氯乙烯和ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)共混替代，其中聚氯乙烯与ABS的比为1∶1-0.5。

3、按照权利要求1所述的多用途的多层共挤塑料复合管材，其特征在于皮层包括芯层内部的内皮层和芯层外部的外皮层，或者仅是芯层外部的外皮层，或者仅是芯层内部内皮层。

4、按照权利要求1所述的多用途的多层共挤塑料复合管材，可用于天然气、煤气的输送，煤矿及其它矿山井下的排水、通风、抽放瓦斯，油田的各种液体油的输送以及制作皮带输送机托带辊的辊体。

Images