本发明涉及波纹管材料技术领域，具体是一种赤泥改性PP复合材料及其用于制备双壁波纹管的方法。
背景技术：
赤泥亦称红泥，从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。大量的赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。赤泥主要化学成份SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3，颗粒直径0.088～0.25毫米，比重2.7～2.9，容重0.8～1.0，熔点1200～1250℃，赤泥具有巨大的比表面积和含有大量纳米和亚微米级孔隙的特点，因此，具有纳米效应，热稳定性，阻燃性等天然的特性。
双壁波纹管，是一种具有环状结构外壁和平滑内壁的新型管材，80年代初在德国首先研制成功。经过十多年的发展和完善，已经由单一的品种发展到完整的产品系列。目前在生产工艺和使用技术上已经十分成熟。由于其优异的性能和相对经济的造价，在欧美等发达国家已经得到了极大的推广和应用。在等负荷的条件下，双壁波纹管只需要较薄的管壁就可以满足要求。与同材质规格的实壁相管比，能节约一半左右的原材料，所以造价也较低，在我国，双壁波纹管的推广和应用正处在上升势态阶段。双壁管道一般使用聚乙烯树脂(PE)和聚氯乙烯(UPVC)树脂，聚丙烯树脂(PP)。随着社会进步，人们广泛意识到，如果使用高质量且更耐用产品，就能节省保养和维修费用，因而进一步需求更佳的可用性以及更高的硬度和质量的排污/排水系统用的管道。
PE双壁波纹管韧性好、抗冲击性能好、耐寒性好。但其缺点是材料弹性模量低、产品强度低、用料量多；耐高温性能差，尤其是南方夏天管材刚度明显变低，接口易变形施工 困难。
PVC双壁波纹管强度大、材料弹性模量高、难燃。但其缺点是原材料加工时热稳定性差，尤其是大口径管道很难成型，遇高温易分解、流动性差，一般常用小口径管材，大口径管材很难生产；耐寒性差，抗冲击性能差，尤其到冬天脆性大，不易施工。
PP双壁波纹管目前研究比较少，由于PP具有无毒、耐腐蚀、密度小、拉伸模量高、耐热性好、加工性能优良等优点，加工为PE双壁波纹管同等规格尺寸、同一环刚度等级管材米质量可下降，是节材型管材，这对倡导节材、节能、实施低碳经济社会有积极意义。但純PP低温脆性大、韧性差、成型收缩率大、易老化尤为严重，需要对纯料进行改性加工成可适用与制造双壁波纹管的复合材料。目前一般加入橡胶或热塑性弹性体提高韧性，或者采用无机纳米刚性粒子对PP进行改性，可实现同时增强与增韧。
赤泥作塑料填料的研究已进行多年，近年来随着塑料加工及填料表面处理剂的不断改进，赤泥在塑料行业的应用取得了新的进展。比如专利200610043514.0公开了一种利用废PVC生产的彩色塑胶地板及其制作方法，专利200810116380.X一种基于环保的赤泥复配改性协同阻燃聚乙烯，专利200910143767.9赤泥/旧塑料合成建筑装修复合材料等。赤泥改性填充主要涉及在PVC制品领域，尚未有在PP树脂粉填充改性的深度报导，更没有在PP波纹管使用的成熟案例。
当前，国内波纹管的研究热点和市场热点，仍局限于PVC，PE种类，PP类的也有报道，比如中国专利201010231705.6公开了一种组合物、用组合物生产的大口径双壁波纹管以及生产工艺：中国专利200910256085.9公开了一种复合双壁波纹管及其制备工艺；中国专利200410065143.7公开了大口径聚丙烯双壁波纹管组合物；中国专利200810182502.5公开了一种用于生产聚丙烯双壁加筋波纹管的共聚物及其制备方法。该类PP双壁波纹管技术都是在PE双壁波纹管的设备基础上进行研究的，并且均未涉及赤泥作为填充改性剂在PP双壁波纹管中的应用，所用无机刚性粒子为纳米级碳酸钙，是以牺牲矿山和环境为代价的一种发展方式。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种赤泥改性PP复合材料及其用于制备双壁波纹管的方法，该材料主要用于制作双壁波纹管，所制造的双壁波纹管具有高环刚度，韧性好，成本低的特点。另外，针对该种复合材料还提供了生产该种波纹管使用的主机和机头配置方案；使传统工业废料赤泥，有了稳定的渠道进行消耗，产生良好的循环经济、社会、环境效益。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种赤泥改性PP复合材料，由以下重量份的组分组成：聚丙烯混合树脂100份、赤泥粉60～80份、抗冲剂10～20份、相容剂0～10份、消泡剂0～10份、其他助剂0～10份；所述聚丙烯混合树脂由PP4220、PP001和PP再生料组成；所述其他助剂是硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010与芥酸酰胺的混合物。
作为本发明进一步的方案：所述赤泥改性PP复合材料，由以下重量份的组份制成：聚丙烯混合树脂100份、赤泥粉65～75份、抗冲剂15～20份、相容剂3～5份、消泡剂3～5份、其他助剂3～5份；其中，聚丙烯混合树脂中，PP4220∶PP001∶PP再生料的质量比为1.5～2.5∶0.5～1.5∶3～5；其他助剂中硬脂酸钙∶固体填料取向剂P2010∶芥酸酰胺的质量比为2.5～3.5∶2.5～3.5∶0.5～2。
作为本发明进一步的方案：所述抗冲剂采用POE。
作为本发明进一步的方案：所述相容剂采用双马来酸酐或马来酸酐或者两者的混合物。
作为本发明进一步的方案：所述的相容剂采用双马来酸酐。
一种赤泥改性PP复合材料用于制备双壁波纹管的方法，包含以下步骤：
(1)将赤泥粉放入混料捏合机，将混料捏合机控制在转速1000转/分钟，温度100～110℃条件下保持2～5分钟，以控制赤泥粉中的游离水分小于或等于0.3％；
(2)然后加入硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010，对赤泥粉进行表面活化，于混料捏合机中搅拌5～10min；
(3)捏合温度降至48～52℃，加入聚丙烯混合树脂、相容剂、抗冲剂、消泡剂与芥酸酰胺搅拌均匀，然后出料待用；
(4)将上述赤泥改性PP复合材料置于双主机锥双螺杆设备中挤出管材，经模块、真空、冷却成型、切割、包装制得双壁波纹管。(和其他波纹管管材类似，不再赘述)。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(4)中双主机锥双螺杆设备，由PE双壁波纹管成型机和以下设备构成：
(a)使用锥双80/156主电机功率55kW作为波纹管主机的外壁机；
(b)使用锥双65/132主电机功率37kW作为波纹管主机的内壁机；
(c)模头挤出压缩比相比其他物料挤出压缩比较大，在(2.0～2.8)∶1，填充在聚丙烯混合树脂中的赤泥粉使得物料的整体流动性能明显降低，应尽量避免流道急剧变化或出现台阶所引起的糊料现象，另外，在模头出口增加冷却板，使制品触摸膨胀系数减小。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明赤泥改性PP复合材料使用聚丙烯与POE共混以及无机刚性纳米粒子的使用，很好的解决现有技术的不足，满足波纹管高刚度的同时又具有较强的韧性。同时，加入相容剂和固体填料取向剂解决了赤泥在PP材料中流动性差不易加工的问题，使传统工业废料赤泥，有了稳定的渠道进行消耗，节约了大量土地，有效的抑制了对环境造成的严重的污染，产生良好的循环经济、社会、环境效益。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种赤泥改性PP复合材料及用其制造的双壁波纹管，所述赤泥改性PP复合材料采用的原材料有：聚丙烯混合树脂、赤泥粉、抗冲剂、相容剂、消泡剂、其他助剂。其中，聚丙烯混合树脂中由PP4220、PP001、PP再生料组成；其他助剂由硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010、芥酸酰胺组成。聚丙烯混合树脂结晶度较大，材料刚性好，PP4220、PP001为纯料，PP再生料熔体流动速率(190℃5kg)＜1.0，断裂伸长率≥200，拉伸强度≥18MPa，灰分＜5；加入固体填料取向剂P2010、芥酸酰胺可以使赤泥填充PP材料流动 性好。该组合物有较高的熔体强度、刚性和耐热性，同时兼备良好的抗冲击性能和加工性能。用作排水、排污管和用作通讯电缆、光缆的保护管，制作的PP波纹管成本低，环刚度可达12，环柔性经测试不开裂。赤泥粉是市售产品，购于山东宇泽环保科技有限公司，粒径0.002～0.01mm。消泡剂为市售产品，如金湖斯科特的消泡母粒。
制备工艺：
(1)将赤泥粉放入混料捏合机，将混料捏合机控制在转速1000转/分钟，温度100～110℃条件下保持2～5分钟，以控制赤泥粉中的游离水分小于或等于0.3％；
(2)然后加入硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010，对赤泥粉进行表面活化，于混料捏合机中搅拌5～10min；
(3)捏合温度降至48～52℃，加入聚丙烯混合树脂、双马来酸酐、POE、消泡母粒与芥酸酰胺搅拌均匀，然后出料待用。
(4)将上述赤泥改性PP复合材料置于双主机锥双螺杆设备中挤出管材，经模块、真空、冷却成型、切割、包装制得双壁波纹管。(和其他波纹管管材类似，不再赘述)。
以下是本发明的各实施例的原料配比，各组分按千克计，如表1所示。
表1
实施例1
(1)按上述重量将赤泥粉放入混料捏合机，将混料捏合机控制在转速1000转/分钟，温度100℃条件下保持2分钟，以控制赤泥粉中的游离水分小于或等于0.3％；
(2)然后加入硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010，对赤泥粉进行表面活化，于混料捏合机中搅拌5min；
(3)捏合温度降至48℃，加入聚丙烯混合树脂、双马来酸酐、POE、消泡母粒、芥酸酰胺，搅拌均匀，然后出料待用。
(4)将混合料用双主机锥双螺杆设备挤出管材，经模块、真空、冷却成型、切割、包装制得dn600、SN4的双壁波纹管。(和其他波纹管管材类似，不再赘述)。
实施例2
(1)按上述重量将赤泥粉放入混料捏合机，将混料捏合机控制在转速1000转/分钟，温度110℃条件下保持5分钟，以控制赤泥粉中的游离水分小于或等于0.3％；
(2)然后加入硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010，对赤泥粉进行表面活化，于混料捏合机中搅拌10min；
(3)捏合温度降至50℃，加入聚丙烯混合树脂、双马来酸酐、POE、消泡母粒、芥酸酰胺搅拌均匀，然后出料待用。
(4)将混合料用双主机锥双螺杆设备挤出管材，经模块、真空、冷却成型、切割、包装制得dn600、SN4的双壁波纹管。(和其他波纹管管材类似，不再赘述)。
实施例3
(1)按重量将赤泥粉放入混料捏合机，将混料捏合机控制在转速1000转/分钟，温度100℃条件下保持2分钟，以控制赤泥粉中的游离水分小于或等于0.3％；
(2)然后加入硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010，对赤泥粉进行表面活化，于混料捏合机中搅拌10min；
(3)捏合温度降至52℃，加入聚丙烯混合树脂、双马来酸酐、POE、消泡母粒、芥酸酰胺搅拌均匀，然后出料待用。
(4)将混合料用双主机锥双螺杆设备挤出管材，经模块、真空、冷却成型、切割、包装制得dn600、SN4的双壁波纹管。(和其他波纹管管材类似，不再赘述)。
实施例4
(1)按重量将赤泥粉放入混料捏合机，将混料捏合机控制在转速1000转/分钟，温度105℃条件下保持5分钟，以控制赤泥粉中的游离水分小于或等于0.3％；
(2)然后加入硬脂酸钙、固体填料取向剂P2010，对赤泥粉进行表面活化，于混料捏合机中搅拌5min；
(3)捏合温度降至48℃，加入聚丙烯混合树脂、双马来酸酐、POE、消泡母粒、芥酸酰胺搅拌均匀，然后出料待用。
(4)将混合料用双主机锥双螺杆设备挤出管材，经模块、真空、冷却成型、切割、包装制得dn600、SN4的双壁波纹管。(和其他波纹管管材类似，不再赘述)。
用本发明制作的双壁波纹管按照GBT 19472.2-2004的要求检测，具体典型值如表2 所示。
表2
显而易见，用本发明制作的双壁波纹管采用更薄的壁厚，主要性能指标也能达到相关检测标准。
本发明具有的优点：
1.解决炼铝厂的废渣问题，使传统工业废料-赤泥，有了稳定的渠道进行消耗，节约了大量土地，有效的抑制了对环境造成的严重的污染，产生良好的循环经济、社会、环境效益。
2.不降低管材性能的前提下，与PE双壁波纹管相比较，可以设计的更加轻薄，有效降低管材成本，吨成本可低至7000元，具有更好的市场前景和经济效益
3.用此专用料制作的双壁波纹管具有橘红色外观，美观大方。
4.赤泥具有良好的稳定性和耐老化性，阻燃性，与其他填料制作的复合材料相比可以大幅延长产品的使用寿命，据相关文献报道，寿命可以达100年。
5.用此复合材料制作的波纹管，环刚度和环柔性佳，耐冲击强度高。
6.以PE 600波纹管90/33、75/33单螺杆挤出机对比，90/33主电机功率132kW，75/33主电机功率90kW；PP 600波纹管采用外壁机锥双80/156，内壁机锥双65/132，更节能，综合能耗PP波纹管比PE波纹管的能耗低40％左右。
术语解释：
双壁波纹管：一种具有环状结构外壁和平滑内壁的新型管材。
PP：聚丙烯，一种结构规整的结晶性聚合物，五大通用塑料之一。
赤泥：赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。