塑料管材专用料和连续纤维布增强塑料管材的制备方法与流程

本发明涉及管材，尤其涉及一种塑料管材专用料和连续纤维布增强塑料管材的制备方法。

背景技术：

塑料管材作为一种化学建材，具有低能耗、耐腐蚀、环境友好、使用寿命长的特点。但是，塑料管材普遍存在刚性低、尺寸稳定性差，易发生蠕变及应力松弛破坏的缺陷，单一的树脂材料往往无法满足高载荷、易沉降等特殊工况条件的要求，往往需要通过改性手段对其进行增强、增韧。纤维布(套)是一种网络状结构材料，具有高模量、耐腐蚀、优异尺寸稳定性等优点，纤维布(套)网络中的纤维相互缠绕、纵横交错，在基体树脂中表现为各向异性，能有效地提高纤维布(套)增强管材的抗拉强度、耐冲击性和尺寸稳定性，抑制蠕变及应力松弛等造成的耐久性破坏。

实用新型专利CN2601817Y报道了“长玻纤螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头”。该管材的生产步骤包括将玻璃纤维连续裁切成一定长度的短纤维，使玻璃纤维混合到塑料熔体中，然后使混合熔体绕管材芯棒轴线螺旋流动。该生产方法可以提高纤维与树脂之间的均匀混合程度，简化纤维增强管材的生产流程，降低生产成本；但是这种增强管材的最大问题是伴随着连续长纤维被裁切成3～5mm的短纤维，大幅度降低了纤维对管材韧性、冲击强度、拉伸强度的提升空间。

发明专利CN1844722A报道了“连续长纤维缠绕增强塑料管材”。该发明采用连续长纤维增强热塑性塑料管，缠绕成型制造不同口径的塑料管。由粘结剂包覆的连续纤维束缠绕到已经有底层的塑料管上，或者在线复合挤出涂覆，就地缠绕到一个已加热的圆柱形不锈钢胚上，层层叠加，形成具有规定内径的连续长纤维增强塑料管材。该发明生产的管材采用连续长纤维进行改性，具有高强度和高抗拉性，但是纤维束在基体树脂中的一维分布只能在单方向上对管材进行增强，而无法有效地提高管材整体的韧性和抗冲性能。

根据上述报道，短纤维和连续纤维束对塑料管材的增强、增韧改性都存在着技术上或工艺上的不足之处。采用短纤维对塑料管材进行改性时，短纤维在基体树脂中类似“零维”颗粒状形式存在，在力学性能上表现为各向同性，可以提高管材的刚性，但是无法有效提升塑料管材的抗拉强度、耐冲击强度；而采用连续纤维束对塑料管材进行增强改性时，纤维束在树脂中以一维结构形式存在，在单个方向上能提高管材的抗拉强度和耐冲击强度，但是无法提高沿其他方向上的强度和韧性。

技术实现要素：

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种塑料管材专用料和连续纤维布增强塑料管材的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种塑料管材专用料，由以下重量份的组分制备而成：

基体树脂：100份；

无机粉体：0～60份；

相容剂：1～10份；

偶联剂：1-5份；

润滑剂：0.1～1份；

抗氧剂：0.1～1份；

成核剂：0.1～1份。

所述的基体树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或多种的组合。

所述的相容剂选自聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种的混合物。

所述的无机粉体选自碳酸钙、滑石粉、硅灰石、硫酸钡、玻璃短纤维中的一种或多种的组合。也可以由上述材料直接加工成填充功能母粒使用。

所述的偶联剂选自钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸中的一种。

所述的润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺及其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、硅酮中的一种或多种的组合。

所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂中的一种或多种的组合。

所述成核剂选自苯甲酸、己二酸、苯甲酸钠、对苯酚磺酸钠、二苄叉山梨糖醇及其衍生物中的一种或多种的组合。

基于上述专用料的连续纤维布增强塑料管材的制备方法，包括以下步骤：

(1)将基体树脂、无机粉体、相容剂、偶联剂、润滑剂、抗氧剂、成核剂依次加入高速混合搅拌机中充分混合，制得管材专用料；

(2)将管材专用料由喂料机分别定量输送到主挤出机和辅挤出机，熔融、混炼；

(3)采用多层共挤出机头模具，该多层共挤出机头模具包括复合模头、芯模、口模和复合外模，复合模头与主挤出机相连，复合外模与辅挤出机相连，口模上设有引入连续纤维布的穿布孔及穿布通道；

(4)将主挤出机中的熔融料通过复合模头导入机头模具，将辅挤出机中的熔融料通过复合外模导入机头模具；同时将连续纤维布通过牵引导入口模，并与来自机头模具的树脂在口模端口处相互交汇，最后挤出，经真空定径、冷却、成型，即得到具有多层复合结构的连续纤维布增强塑料管材。

所述连续纤维布为经表面改性处理的连续纤维布，表面改性处理包括化学交联改性处理、物理表面改性处理或PE树脂预涂敷处理。

所述连续纤维布材质选自玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚氨酯纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、金属纤维中的一种或多种的组合。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和特点：

1、采用一次挤出成型生产，工艺简单，设备投入少，生产效率高；

2、连续纤维布通过特制口模并被基体树脂均匀的包覆，纤维束在树脂中层状铺设；

3、连续纤维布增强塑料管材具有高刚性、高韧性、耐冲击、使用寿命长，并能有效地抑制蠕变和应力松弛破坏。

附图说明

图1为本发明中的连续纤维布增强塑料管材的断面结构示意图；

图2为本发明中采用的多层共挤出机头模具的结构示意图；

图3为机头模具中的口模的结构示意图。

具体实施方式

本发明中的连续纤维布增强塑料管材的断面结构如图1A、图1B、图1C所示，图1中所示：1-外层；2-经表面改性处理的连续纤维布；3-基体树脂。

图2为本发明中采用的多层共挤出机头模具的结构示意图；图2中所示：6-复合模头，7-模头压板，8-复合外模，9-模芯，10-口模，11-穿布孔，12-辅挤出机进料口，13-辅料流道。图3为其中的口模的结构示意图。图3中所示：14-穿布通道，15-穿布孔，16-树脂流道。

本发明中的基体树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等树脂；相容剂为聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等；无机粉体可以由碳酸钙、滑石粉、硅灰石、硫酸钡、玻璃短纤维等中的一种或多种组合，或者直接加工成填充功能母粒。偶联剂可以为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸等商业化的偶联剂；润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺及其衍生物、季戊四醇硬脂酸酯、聚四氟乙烯、硅酮等。抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、含硫抗氧剂、复合抗氧剂等；成核剂为苯甲酸、己二酸、苯甲酸钠、对苯酚磺酸钠等。

下面结合具体的实施例详细说明本发明的连续纤维布增强塑料管材的制备方法。

实施例1

塑料管材专用料配料：

HDPE树脂：100公斤；

POE：3公斤；

EVA：3公斤；

硅烷偶联剂：2公斤；

聚乙烯蜡：0.3公斤；

硬脂酸锌：0.3公斤；

抗氧剂168：0.1公斤；

成核剂：0.1公斤。

首先将一定经纬密度的连续纤维布进行PE树脂预涂敷处理，备用；将HDPE、POE、EVA、硅烷偶联剂、聚乙烯蜡、硬脂酸锌、抗氧剂168、成核剂按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得管材专用料；专用料分别进入主挤出机、 辅挤出机，并与穿过机头模具的连续纤维布在口模端口处相互交汇，经过真空定径、冷却、成型，最后得到连续纤维布增强塑料管材。

实施例2

塑料管材专用料配料：

PP树脂：100公斤；

无机粉体：30公斤；

EVA：2公斤；

EPDM：2公斤；

铝酸酯类偶联剂：2公斤；

石蜡：1公斤；

硬脂酸锌：0.2公斤；

抗氧剂BHT：0.1公斤；

成核剂：0.1公斤。

首先将一定经纬密度的连续纤维布进行PE树脂预涂敷处理，备用；将PP、无机粉体、EVA、EPDM、铝酸酯类偶联剂、石蜡、硬脂酸锌、抗氧剂BHT、成核剂按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得管材专用料；专用料分别进入主挤出机、辅挤出机，并与穿过机头模具的连续纤维布在口模端口处相互交汇，经过真空定径、冷却、成型，最后得到连续纤维布增强塑料管材。

实施例3

塑料管材专用料配料：

HDPE树脂：100公斤；

无机粉体：60公斤；

EVA：2公斤；

POE：2公斤；

乙烯-辛烯共聚物：1公斤；

钛酸酯类偶联剂：2公斤；

石蜡：0.5公斤；

聚乙烯蜡：0.2公斤；

抗氧剂1010：0.1公斤；

成核剂：0.1公斤。

首先将一定经纬密度的连续纤维布进行PE树脂预涂敷处理，备用；将HDPE、无机粉体、EVA、POE、乙烯-辛烯共聚物、钛酸酯类偶联剂、石蜡、聚乙烯蜡、抗氧剂1010、成核剂按上述比例依次加入高速混合搅拌机中混合均匀制得管材专用料；专用料分别进入主挤出机、辅挤出机，并与穿过机头模具的连续纤维布在口模端口处相互交汇，经过真空定径、冷却、成型，最后得到连续纤维布增强塑料管材。