一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法与流程

1.本发明涉及聚乙烯管制造领域，具体设计一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法。


背景技术：

2.聚乙烯管，一种采用热塑性树脂为原材料制造的管道，具有无毒、无味、无臭的特点，广泛应用于输水、排污、燃气、电缆等领域，并且通过加入其他树脂或化学材料进行改性后使聚乙烯管具有更多的功能性，增加了聚乙烯管的使用方式与研发前景，其中超高分子量聚乙烯(简称uhmwpe)，是分子量100万以上的聚乙烯，虽然超高分子量聚乙烯的分子结构排列与普通聚乙烯完成相同，但由于它具有非常高的相对分子质量，因此它具有很多普通聚乙烯所没有的优异性能，逐渐应用于聚乙烯管道制造业中。
3.当前，市面上的聚乙烯管通常由聚乙烯树脂直接熔炼挤压制得，结构单一生产工艺简单，但是这种管材的应用范围较小，面对更加复杂的使用环境时自身材质难以支撑，而随着技术进步，多重复合管逐渐成为市场中的新秀，通过采用不同原料制成的复合管不仅结构强度与抗压能力优秀，还可以适应不同的工作环境，但是现有的多重复合管的摩擦系数较高，并且整体强度不够。
4.已公开专利cn105199204a中公开了一种超高分子量聚乙烯内衬管，该方案中通过将超高分子量聚乙烯与聚乙烯联用，加入有机填料如三氧化二铝、炭黑、玻璃微珠、滑石粉、针状的硅石灰等对超高分子量聚乙烯进行改性，使有机填料成为应力集中点和物理交联点，前者导致冲击强度下降，后者则提高了树脂的耐磨性(高达40％)，同时也限制了分子的热运动，提高了热变形温度，但是该方案中添加有机填料后，对于超高分子量聚乙烯本身的特性影响较大，摩擦系数变高，影响了管材的使用范围。


技术实现要素：

5.本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，解决的问题是降低管材的摩擦系数、增强管材的强度。
6.本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，所述复合管包括uhmw-pe涂层、承压内管层、粘结层与外管层，其制备方法包括如下步骤：
7.s1：将原料除去灰尘并干燥，将干燥后的原料分别送入不同的熔炼设备进行初步熔炼，将熔融状态的原料送入挤出设备中；
8.s2：将原料按特定模具共同挤出涂层与承压内管层管坯，挤出的承压内管层管坯外周放置钢丝后涂布粘结剂形成粘结层；
9.s3：进行二次挤出，使外管层管坯充分包裹钢丝与粘结剂，内外管层覆盖在粘结层两侧，初步形成形成复合管坯
10.s4：将复合管坯粘附在牵引螺杆上，启动牵引机将管坯送入真空定型机中进行冷却，挤压定型后得到复合管成品。
11.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述uhmw-pe涂层管由以下质量份数的组分制备而成：uhmw-pe树脂75～80份、hdpe树脂20～25份、抗氧化剂0.2～1份、聚乙烯蜡1～3份；作为最优选，uhmw-pe涂层管由以下质量份数的组分制备而成：uhmw-pe树脂75份、hdpe树脂25份、抗氧化剂0.6份、聚乙烯蜡2份。
12.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述承压内管层由以下质量份数的组分制备而成：hdpe80～90份、uhme-pe8～10份、炭黑1～3份、硬脂酸钙1～3份；作为最优选，承压内管层由以下质量份数的组分制备而成：hdpe90份、uhme-pe10份、炭黑2份、硬脂酸钙1份。
13.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述外管层由以下质量份数的组分制备而成：hdpe90～100份、炭黑6～10份、硬脂酸钙1～5份、羧甲基纤维素0.1～2份；作为最优选，外管层由以下质量份数的组分制备而成：hdpe100份、炭黑8份、硬脂酸钙3份、羧甲基纤维素1份。
14.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述粘结层原料为粘结剂，所述粘结层内包裹设有钢丝网。
15.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述抗氧化剂选用抗氧剂1010与抗氧剂168联用；作为最优选，抗氧剂1010与抗氧剂168的质量分数比为1:2。
16.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述uhme-pe与所述hdpe进行熔炼时，需在高速搅拌机中以1200r/min充分混合15min。
17.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述承压内管层的原料进行熔炼时，熔炼温度为210～240℃；作为最优选，熔炼温度为240℃。
18.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述挤出方式采用连续通道的同向旋转的双螺杆挤出。
19.在上述一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法中，作为优选，所述涂层与所述承压内管层原料中可加入羧甲基纤维素增加流动性。
20.综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
21.1、本发明中在管材最内侧的涂层采用超高分子量聚乙烯作为主要原料，成品管材不仅摩擦系数低，而且耐磨的性能也比较好，作为直接接触流水的一层，可以实现降低流水阻力，提高水流水的输送能力；
22.2、本发明中在承压内管层的原料中添加了少量的超高分子量聚乙烯，提升了管材的强度与承压能力，可以在承受相同压力时做到减少壁厚，相比同口径的管材输水流量更大；
23.3、本发明中uhmwpe较长的分子链在加工挤出过程中还可形成高取向高刚性的串晶结构，能实现材料的自增强，减少或避免其他增强填料(如玻璃纤维和碳酸钙)的使用。
具体实施方式
24.为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，下面结合具体实施例作更进一步的说明。
25.实施例1：
26.按重量份准备如下原料uhmw-pe树脂75份、hdpe树脂25份、抗氧化剂0.6份、聚乙烯蜡2份。
27.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
28.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入抗氧化剂，搅拌速度1200r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼145min，保温搅拌75min。
29.按重量份准备如下原料hdpe90份、uhme-pe10份、炭黑2份、硬脂酸钙1份。
30.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
31.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入炭黑，搅拌速度1200r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
32.按重量份准备如下原料hdpe100份、炭黑8份、硬脂酸钙3份、羧甲基纤维素1份。
33.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
34.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，降温温至190℃，再放入炭黑与羧甲基纤维素，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
35.将熔融状态的原料降温至160℃，使用真空吸料机吸入挤出设备，设定挤出温度210℃，吸料机和挤出设备的速度比为1：2，通过特定模具压缩挤出得到内侧粘附涂层的承压内管层管坯，将钢丝骨架覆盖在支撑柱外侧，涂布粘结剂后再挤出外管层管坯包裹承压内管层管坯与粘结层，将复合管坯料粘附在牵引螺杆上，设置牵引速度为30米/min，启动牵引机缓慢将双层管坯引入真空定型机内，外管层受真空压强影响吸附在模具上，内管层受内部水流机械推力向外挤压贴紧外管层，冷却温度设为15℃，喷淋降温后定型，得到pe复合管。
36.实施例2：
37.按重量份准备如下原料uhmw-pe树脂80份、hdpe树脂20份、抗氧化剂1份、聚乙烯蜡3份。
38.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
39.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入抗氧化剂，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼145min，保温搅拌75min。
40.按重量份准备如下原料hdpe80份、uhme-pe8份、炭黑1份、硬脂酸钙1份。
41.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原
料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
42.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入炭黑，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
43.按重量份准备如下原料hdpe90份、炭黑6份、硬脂酸钙1份、羧甲基纤维素0.1份。
44.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
45.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，降温温至190℃，再放入炭黑与羧甲基纤维素，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
46.将熔融状态的原料降温至160℃，使用真空吸料机吸入挤出设备，设定挤出温度210℃，吸料机和挤出设备的速度比为1：2，通过特定模具压缩挤出得到内侧粘附涂层的承压内管层管坯，将钢丝骨架覆盖在支撑柱外侧，涂布粘结剂后再挤出外管层管坯包裹承压内管层管坯与粘结层，将复合管坯料粘附在牵引螺杆上，设置牵引速度为30米/min，启动牵引机缓慢将双层管坯引入真空定型机内，外管层受真空压强影响吸附在模具上，内管层受内部水流机械推力向外挤压贴紧外管层，冷却温度设为15℃，喷淋降温后定型，得到pe复合管。
47.实施例3：
48.按重量份准备如下原料uhmw-pe树脂80份、hdpe树脂25份、抗氧化剂0.2份、聚乙烯蜡1份。
49.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
50.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入抗氧化剂，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼145min，保温搅拌75min。
51.按重量份准备如下原料hdpe90份、uhme-pe10份、炭黑3份、硬脂酸钙3份。
52.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
53.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入炭黑，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
54.按重量份准备如下原料hdpe100份、炭黑10份、硬脂酸钙5份、羧甲基纤维素2份。
55.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
56.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，降温温至190℃，再放入炭黑与羧甲基纤维
素，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
57.将熔融状态的原料降温至160℃，使用真空吸料机吸入挤出设备，设定挤出温度210℃，吸料机和挤出设备的速度比为1：2，通过特定模具压缩挤出得到内侧粘附涂层的承压内管层管坯，将钢丝骨架覆盖在支撑柱外侧，涂布粘结剂后再挤出外管层管坯包裹承压内管层管坯与粘结层，将复合管坯料粘附在牵引螺杆上，设置牵引速度为30米/min，启动牵引机缓慢将双层管坯引入真空定型机内，外管层受真空压强影响吸附在模具上，内管层受内部水流机械推力向外挤压贴紧外管层，冷却温度设为15℃，喷淋降温后定型，得到pe复合管。
58.实施例4：
59.按重量份准备如下原料uhmw-pe树脂75份、hdpe树脂25份、抗氧化剂0.6份、聚乙烯蜡2份、羧甲基纤维素1份。
60.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
61.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入抗氧化剂与、羧甲基纤维素，搅拌速度1200r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼145min，保温搅拌75min。
62.按重量份准备如下原料hdpe90份、uhme-pe10份、炭黑2份、硬脂酸钙1份、羧甲基纤维素1份。
63.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
64.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，升温至240℃，再放入uhmw-pe树脂母粒，待全部变为熔融状态后，降低温度至200℃加入炭黑与、羧甲基纤维素，搅拌速度1200r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
65.按重量份准备如下原料hdpe100份、炭黑8份、硬脂酸钙3份、羧甲基纤维素1份、羧甲基纤维素1份。
66.将hdpe树脂母粒放入转盘中，设置转速120r/min使用压缩空气吹扫20min，全部原料送入干燥箱内65℃干燥1h，干燥后的原料送入搅拌设备中混合。
67.原料混合完毕后送入熔炼设备进行熔融混炼，先放入hdpe树脂母粒，设定温度198℃搅拌速度300r/min，待hdpe树脂母粒熔化后，降温温至190℃，再放入炭黑与羧甲基纤维素，搅拌速度600r/min，最后放入聚乙烯蜡，熔炼120min，保温搅拌75min。
68.将熔融状态的原料降温至160℃，使用真空吸料机吸入挤出设备，设定挤出温度210℃，吸料机和挤出设备的速度比为1：2，通过特定模具压缩挤出得到内侧粘附涂层的承压内管层管坯，将钢丝骨架覆盖在支撑柱外侧，涂布粘结剂后再挤出外管层管坯包裹承压内管层管坯与粘结层，将复合管坯料粘附在牵引螺杆上，设置牵引速度为30米/min，启动牵引机缓慢将双层管坯引入真空定型机内，外管层受真空压强影响吸附在模具上，内管层受内部水流机械推力向外挤压贴紧外管层，冷却温度设为15℃，喷淋降温后定型，得到pe复合管。
69.对上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中的复合管进行性能测试，测试结果见表：
[0070][0071]
实施例实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制得产品皆符合标准，其中实施例1、实施例4的静液压强度、纵向回缩率、断裂伸长率、抗冲击性能、耐环境应力及弯曲强度等相较于其他产物更高，实施例2产物弯曲强度较低、耐环境应力开裂时间相较于其他产物较短，实施例3抗冲击性能与断裂伸长率相较于其他产物较为逊色，实施例4整体强度较高，但生产成本也较高。
[0072]
本发明的实施方式并不限于上述实施例所述，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在形式和细节上对本发明做出各种改变和改进，而这些均被认为落入了本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述复合管包括uhmw-pe涂层、承压内管层、粘结层与外管层，其制备方法包括如下步骤：s1：将原料除去灰尘并干燥，将干燥后的原料分别送入不同的熔炼设备进行初步熔炼，将熔融状态的原料送入挤出设备中；s2：将原料按特定模具共同挤出涂层与承压内管层管坯，挤出的承压内管层管坯外周放置钢丝后涂布粘结剂形成粘结层；s3：进行二次挤出，使外管层管坯充分包裹钢丝与粘结剂，内外管层覆盖在粘结层两侧，初步形成形成复合管坯；s4：将复合管坯粘附在牵引螺杆上，启动牵引机将管坯送入真空定型机中进行冷却，挤压定型后得到复合管成品。2.根据权利要求1所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述uhmw-pe涂层管由以下质量份数的组分制备而成：uhmw-pe树脂75～80份、hdpe树脂20～25份、抗氧化剂0.2～1份、聚乙烯蜡1～3份。3.根据权利要求2所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述承压内管层由以下质量份数的组分制备而成：hdpe80～90份、uhme-pe8～10份、炭黑1～3份、硬脂酸钙1～3份。4.根据权利要求3所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述外管层由以下质量份数的组分制备而成：hdpe90～100份、炭黑6～10份、硬脂酸钙1～5份、羧甲基纤维素0.1～2份。5.根据权利要求4所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述粘结层原料为粘结剂，所述粘结层内包裹设有钢丝网。6.根据权利要求5所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述抗氧化剂选用抗氧剂1010与抗氧剂168联用。7.根据权利要求6所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述uhme-pe与所述hdpe进行熔炼时，需在高速搅拌机中以1200r/min充分混合15min。8.根据权利要求7所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述承压内管层的原料进行熔炼时，熔炼温度为210～240℃。9.根据权利要求8所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述挤出方式采用连续通道的同向旋转的双螺杆挤出。10.根据权利要求9所述的一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，其特征在于：所述涂层与所述承压内管层原料中可加入羧甲基纤维素增加流动性。

技术总结
本发明提供一种自增强型轻质聚乙烯复合管及其制备方法，复合管包括UHMW-PE涂层、承压内管层、粘结层与外管层，其制备方法包括如下步骤，将原料除去灰尘并干燥，将干燥后的原料分别送入不同的熔炼设备进行初步熔炼，将熔融状态的原料送入挤出设备中，将原料按特定模具共同挤出涂层与承压内管层管坯，挤出的承压内管层管坯外周放置钢丝后涂布粘结剂形成粘结层，进行二次挤出，使外管层管坯充分包裹钢丝与粘结剂，内外管层覆盖在粘结层两侧，初步形成形成复合管坯，将复合管坯粘附在牵引螺杆上，启动牵引机将管坯送入真空定型机中进行冷却，挤压定型后得到复合管成品；本发明整体上具有管材的摩擦系数较低、管材的强度性能较好的优点。的优点。


技术研发人员：周峰 卜小海 金玉龙 徐铭举 张凯
受保护的技术使用者：江苏惠升管业集团有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/20