改性聚乙烯耐磨复合管及其成型工艺的制作方法

1.本发明涉及复合管材领域，具体涉及一种改性聚乙烯耐磨复合管及其成型工艺。


背景技术：

2.聚乙烯管材具有柔韧性好、抗冲击强度高、防腐蚀、重量轻、运输安装便捷以及符合供水卫生要求的性能特点，同时具备独特的电熔连接、热熔对接以及热熔承插连接技术，可有效保证接口安全可靠。其中，聚乙烯管材不仅适用于市政和建筑的给排水、消防和气体输送，而且可以大量运用于化工、石油、医药领域等介质输送。但是，普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差，导致聚乙烯管材在实际使用的过程中依旧存在一定局限性。


技术实现要素：

3.鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改性聚乙烯耐磨复合管及其成型工艺，以改善普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差问题。
4.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种改性聚乙烯耐磨复合管，包括：
5.内层管体；
6.外层管体，与所述内层管体固定连接，且所述外层管体与所述内层管体之间同轴设置；
7.支撑层，是位于所述内层管体和所述外层管体之间；以及
8.防护层，是位于所述外层管体外围，其包括：
9.涂料层，其位于所述外层管体的最外侧；以及
10.玻纤线，其绕制在所述外层管体上，且所述玻纤线是被包覆在所述涂料层内；
11.其中，所述玻纤线在所述外层管体上设置多层，且相邻层的所述玻纤线在所述外层管体上的绕线方向相反。
12.在本发明一方案中，所述支撑层为钢丝网骨架结构，且所述钢丝网骨架结构设置至少一层。
13.在本发明一方案中，所述内层管体和所述外层管体是采用改性聚乙烯材质，所述改性聚乙烯材质按重量份的原料组分包括：60～80份高密度聚乙烯、15～30份低密度聚乙烯、5～30份偶联剂、1～3份炭黑母料、5～40份填料、0.1～20份改性白石墨烯、0.05～10份抗氧剂和0.5-15份分散剂。
14.在本发明一方案中，所述改性白石墨烯为6-9层的白石墨烯用0.1-0.5％表面活性剂溶液浸泡23-27小时后，经离心、真空干燥后得到。
15.在本发明一方案中，所述炭黑母料为炭黑n330。
16.在本发明一方案中，所述涂料层按重量份的原料组分包括：40～65份甲基硅树脂、0.2～1份分散剂、0.2～0.6份流平剂、5～10份稀释剂、5～10份固化剂、2～4份溶剂、15～20份硅烷偶联剂以及5～10份填充料；其中，所述甲基硅树脂与固化剂的质量比为(6.5～8):1。
17.在本发明一方案中，所述涂料层按重量份的原料组分包括：50份甲基硅树脂、0.7份分散剂、0.4份流平剂、7份稀释剂、7份固化剂、3份溶剂、17份硅烷偶联剂以及7份填充料；其中，所述甲基硅树脂与固化剂的质量比为7:1。
18.在本发明一方案中，所述填充料包括石墨烯、石墨、过渡族金属氧化物、复合硅酸盐、稀土氧化物以及金属材料；其中，所述过渡族金属氧化物选自氧化铬、氧化钛、氧化钼、氧化铌和氧化锆中的一种或多种，以及所述金属材料选自镍、钛、铬、锰、铜和铝中的一种或多种。
19.本发明还提供一种改性聚乙烯耐磨复合管的成型工艺，其包括：
20.步骤s10、配制制备复合管所需的基础原料，将所述基础原料中的各组分按质量份数配比并充分搅拌混合，其中所述基础原料包括：改性聚乙烯原料以及涂料层原料；
21.步骤s20、将所述改性聚乙烯原料导入成型设备，并通过所述成型设备制备内层管体和外层管体；
22.步骤s30、将支撑层设置在所述内层管体和所述外层管体之间，并将所述内层管体和所述外层管体进行粘接；
23.步骤s40、将玻纤线上涂抹所述涂料层原料后绕制在所述外层管体上；
24.步骤s50、采用喷涂工艺，将所述涂料层原料喷涂在所述外层管体上并得到20～40μm的涂料层101，于30～35℃的温度下固化2～3h；
25.步骤s60、重复步骤s50，使得所述涂料层的总厚度为100～200μm，其中最后一次喷涂后的固化时间为10～15h。
26.在本发明一方案中，在所述将玻纤线上涂抹所述涂料层原料后绕制在所述外层管体上的步骤中，当所述玻纤线在所述外层管体上绕制有多层时，相邻所述玻纤线在所述外层管体上的绕线方向相反。
27.综上所述，本发明所公开的一种改性聚乙烯耐磨复合管及其成型工艺，可有效改善普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差问题。通过在聚乙烯管材表面涂覆的涂料层，涂料层中的甲基硅树脂以及硅烷偶联，可有效降低管体的磨损率以及显著提高胶接强度。同时，使其具备良好的硬度以及耐磨性能。其中，玻纤线作为强化塑料的补强材料应用时，可有效提高管材的抗拉强度，进而增强绝缘性、耐热性强、抗腐蚀性以及机械强度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明一种改性聚乙烯耐磨复合管于一实施例中的结构示意图；
30.图2为本发明一种改性聚乙烯耐磨复合管于一实施例中的立体结构示意图；
31.图3为本发明一种改性聚乙烯耐磨复合管于一实施例中的正视的结构示意图；
32.图4为本发明一种改性聚乙烯耐磨复合管于一实施例中的俯视的结构示意图；
33.图5为本发明一种改性聚乙烯耐磨复合管的成型工艺于一实施例中的流程示意
图。
34.元件标号说明
35.100、防护层；101、涂料层；102、玻纤线；200、外层管体；300、支撑层；400、内层管体。
具体实施方式
36.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
37.请参阅图1至图5。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
38.实施例1
39.请参阅图1-4所示，本发明提供一种改性聚乙烯耐磨复合管，可以改善普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差问题。其中，所述改性聚乙烯耐磨复合管可允许为多层结构，且多层结构之间相互连接。具体来说，所述改性聚乙烯耐磨复合管可以包括内层管体400、外层管体200、支撑层300以及防护层100，且内层管体400、外层管体200、支撑层300以及防护层100之间是依次连接。通过将所述改性聚乙烯耐磨复合管设置为多层结构，以提所述改性聚乙烯耐磨复合管表面的硬度以及抗磨性能。其中，内层管体400与外层管体200之间是固定连接，且内层管体400与外层管体200之间是同轴设置。支撑层300是位于内层管体400和外层管体200之间，通过支撑层300可提高所述改性聚乙烯耐磨复合管的结构强度。对于防护层100而言，其是位于外侧管体的外侧表面上，通过防护层100可有效改善外层管体200表面的抗磨损性能。
40.具体的，支撑层300可允许设置有至少一层，对此不做限定，可根据实际的需求进行确定。例如是，支撑层300可以设置有2层、3层或者4层。需要注意的是，当支撑层300设置为多层时，相邻的支撑层300之间是依次错开设置，以提高支撑层300整体的结构强度。其中，支撑层300可允许采用钢丝网骨架结构，且所述钢丝网骨架结构网眼形状可以是菱形、矩形或者环形。因此，将所述钢丝网固定结构包裹在内层管体400上，可有效提高所述改性聚乙烯耐磨复合管的结构强度，以及避免内层管体400发生开裂的现象。
41.具体的，防护层100是位于外层管体200的外围，且防护层100与外层管体200之间是处于紧密贴合状态。具体来说，防护层100可允许包括涂料层101和玻纤线102，且玻纤线102是被包覆在涂料层101内部。需要注意的是，玻纤线102在外层管体200上可允许绕制有多层，且相邻层的所述玻纤线102在所述外层管体200上的绕线方向相反。例如是，玻纤线102在外层管体200上可允许绕制有两层，其中一层玻纤线102是顺时针绕制在外层管体200上，以及另一层玻纤线102是逆时针绕制在外层管体200上。因此，通过相邻层的玻纤线102反向绕制，可有效提高玻纤线102在外层管体200上的密度，以提高玻纤线102的防护效果。
需要注意是，玻纤线102在绕制过程中，可提前在玻纤线102上涂抹有涂料层101的原料，以通过涂料层101的原料使得玻纤线102可稳定的粘接在外层管体200上。
42.进一步的，涂料层101在制备过程中，其组分可允许包括甲基硅树脂、分散剂、流平剂、稀释剂、固化剂、溶剂、硅烷偶联剂以及填充料。其中，甲基硅树脂可允许溶解在甲苯中，由于甲基硅树脂中含有较高的含量的sio2，使得甲基硅树脂作为在300℃以上环境的粘合剂。同时，硅烷偶联剂可用于结构胶粘剂中金属与非金属的胶接，若使用硅烷类增粘剂，就能与金属氧化物缩合，或跟另一个硅烷醇缩合，从而使硅原子与被胶物表面紧紧接触。例如是，在丁腈酚醛结构胶中加入硅烷作增粘剂，可以显著提高胶接强度。
43.需要注意的是，对于填充料而言，其可允许包括石墨烯、石墨、过渡族金属氧化物、复合硅酸盐、稀土氧化物以及金属材料。其中，所述过渡族金属氧化物选自氧化铬、氧化钛、氧化钼、氧化铌和氧化锆一种或多种，以及所述金属材料选自镍、钛、铬、锰、铜和铝中的一种或多种。然不限于此，可允许根据实际需求进行确定。
44.需要注意的是，对于改性聚乙烯耐磨复合管而言，其内层管体400和外层管体200是采用改性聚乙烯材质。将内层管体400和外层管体200通过改性聚乙烯材质进行制备，以提高内层管体400和外层管体200在实际使用过程中的结构强度。
45.实施例2
46.请参阅图5所示，本发明提供一种基于实施例1中所述的改性聚乙烯耐磨复合管的成型工艺，其包括：
47.步骤s10、配制制备复合管所需的基础原料，将所述基础原料中的各组分按质量份数配比并充分搅拌混合，其中所述基础原料包括：改性聚乙烯原料以及涂料层原料。
48.具体来说，在本实施例中，改性聚乙烯原料中的各组分按质量份数包括：
49.60份高密度聚乙烯、15份低密度聚乙烯、5份偶联剂、1份炭黑母料、5份填料、0.1份改性白石墨烯、0.05份抗氧剂、0.5份分散剂。
50.需要注意的是，在步骤s10中，所述改性白石墨烯为选用6～9层的白石墨烯，用0.1～0.5％表面活性剂溶液浸泡23-27小时，经离心、真空干燥后得到。
51.对于炭黑母料而言，所述炭黑母料可允许采用炭黑n330。其中，炭黑n330是补强改性聚乙烯性能，以及能赋予胶粒较好的强伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性。因此，可有效提高所述改性聚乙烯的综合性能。
52.同时，在步骤s10中，所述涂料层按重量份的原料组分包括：
53.40份甲基硅树脂、0.2份分散剂、0.2份流平剂、5份稀释剂、5份固化剂、2份溶剂、15份硅烷偶联剂以及5份填充料。其中，所述甲基硅树脂与固化剂的质量比可允许为(6.5～8):1。
54.步骤s20、将所述改性聚乙烯原料导入成型设备，并通过所述成型设备制备内层管体和外层管体。
55.步骤s30、将支撑层设置在所述内层管体和所述外层管体之间，并将所述内层管体和所述外层管体进行粘接。
56.步骤s40、将玻纤线上涂抹所述涂料层原料后绕制在所述外层管体上。
57.步骤s50、采用喷涂工艺，将所述涂料层原料喷涂在所述外层管体上并得到20～40μm的涂料层101，于30～35℃的温度下固化2～3h。
58.步骤s60、重复步骤s50，使得所述涂料层的总厚度为100～200μm，其中最后一次喷涂后的固化时间为10～15h。
59.通过采用上述方案，在改性聚乙烯管材表面涂覆的涂料层具备良好的硬度以及耐磨性能。同时，玻纤线作为强化塑料的补强材料应用时，可有效提高管材的抗拉强度，以及增强绝缘性、耐热性强、抗腐蚀性以及机械强。最终，可以改善普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差问题。
60.实施例3～6，本发明提供一种基于实施例1中所述的改性聚乙烯耐磨复合管的成型工艺，与实施例2的区别在于，各原料组分的选择及用量如表1所示。
61.对比例1，一种基于实施例1中所述的改性聚乙烯耐磨复合管的成型工艺，与实施例2的区别在于，改性白石墨烯的用量为0。
62.对比例2，一种基于实施例1中所述的改性聚乙烯耐磨复合管的成型工艺，与实施例4的区别在于，甲基硅树脂的用量为0。
63.对比例3，一种基于实施例1中所述的改性聚乙烯耐磨复合管的成型工艺，与实施例6的区别在于，硅烷偶联剂的用量为0。
64.请参阅表1所示，表1中包括实施例2～6及对比例1～3中各原料组分的选择及其相应用量(
㎏
)。
[0065][0066]
表1
[0067]
综上，基于上述实施例2～6以及对比例1～3中的原料组分制备的改性聚乙烯管
材，并对所述改性聚乙烯管材进行表层邵氏硬度检测、磨损率检测以及静态液压强度检测。
[0068]
实验设备：静态液压强度检测设备。
[0069]
根据gb5478-85通过taber磨损测试仪测定改性聚乙烯耐磨复合管的磨损率，测试方法具体为：将改性聚乙烯耐磨复合管压制、裁成尺寸为100mmx100mm的板材，在板材中心开一个直径为6.5mm的孔，称取其重量，标记为m1；缓慢放下砂轮和吸尘器，对每一个试样板材连续运转1000转，砂轮的转速为60r/min；运转停止后，用清洁布擦去粉末杂质，称取试样质量m2；质量磨损为mr＝m1-m2，磨损率为mr/m1
×
100％。每组试样不少于5个，求平均值。
[0070]
根据gb/t2411-1980中邵氏硬度测试标准通过邵氏硬度仪测试，其测试方法如下：把改性聚乙烯耐磨复合管置于测试架的试样平台上，使压针头离试样边缘至少12mm，平稳而无冲击地使硬度计在规定重锤的作用下压在试样上，从下压板与试样完全接触15秒后立即读数。如果规定要瞬时读数，则下压板与试样完全接触后1秒内读数。每组试样不少于5个，求平均值。
[0071]
请参阅表2所示，表2表征对实施例2～6以及对比例1～3中的改性聚乙烯管材进行检测后的检测结果。其包括：
[0072][0073]
表2
[0074]
可以理解的，结合对比例1、对比例2和对比例3可以看出，通过在涂料层中增加甲基硅树脂，可有效降低管体的磨损率以及显著提高胶接强度。同时，通过硅烷偶联剂，可有效提高管材的实际强度。
[0075]
综上所述，本发明所公开的一种改性聚乙烯耐磨复合管及其成型工艺，以改善普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差问题。通过在聚乙烯管材表面涂覆的涂料层，使其具备良好的硬度以及耐磨性能。其中，玻纤线作为强化塑料的补强材料应用时，可有效提高管材的抗拉强度，进而增强绝缘性、耐热性强、抗腐蚀性以及机械强度。最终，可以改善普通改性聚乙烯管材表面硬度较低，抗磨损性能较差问题。
[0076]
所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
[0077]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
[0078]
同时，当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。