本发明涉及一种PVC管材及其制备方法，具体涉及一种高强高韧矿用管材及其制备方法。
背景技术：
：蒙脱土是一种典型的天然黏土矿物，具有蕴藏量高、种类繁多、价格低廉、结构等优点。蒙脱土还具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高力学性能、尺寸稳定性、热稳定性能及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能，应用前景广阔。郑玉婴、彭超在其《PVC-U/蒙脱土纳米复合管材的研制》一文中以蒙脱土为主要原料，通过适宜的有机物插层剂对其改性研制了有机蒙脱土，然后利用聚氯乙烯的亲油性，运用插层技术将PVC溶体插入有机蒙脱土层间，使蒙脱土片层剥离并以纳米尺寸分散在PVC相中,实现了纳米层状蒙脱土与PVC的复合，使制得的PVC-U/蒙脱土纳米复合管材具有优良的物理力学性能。但是上述文献制得的复合管材存在着表面电阻大，抗静电性差的缺点，管材表面一经磨擦就会产生静电，并聚集于管材表面，若应用于煤矿生产作业，静电放电时就有可能引起火灾和瓦斯爆炸，无法满足矿用管材的使用要求，限制了其应用范围。另外，上述文献制得的复合管材的强度和韧性也不尽人意。氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，是石墨烯的一种重要衍生物，与石墨烯具有相似的结构，具有优异的光学、热力学、力学和电学性能，在改善材料的导电性、导热性、力学性能等综合性能方面发挥着非常重要的作用。因此，本发明先采用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷对蒙脱土进行氨基化改性，然后采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化氧化石墨烯表面的羧基，这样氧化石墨烯表面的羧基可以与蒙脱土表面的氨基进行酰胺缩合，进而使氧化石墨烯片层包覆在蒙脱土表面，制得氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土，然后采用丙烯酸丁酯对其进行接枝改性，提高其与PVC基体的相容性及分散稳定性，制得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土，作为导电填料应用于PVC管材中，在改善PVC管材的热稳定性能和力学性能的基础上，降低了PVC管材的表面电阻，使制得的PVC管材具有优异的抗静电性。本发明还在聚氯乙烯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的高分子共混体系基础上，加入了亚白刚玉细粉、碱式硫酸镁晶须、微粉硅胶、白玉石粉等原料，不仅提高了材料的拉伸强度和韧性，还改善了材料的耐热性、耐磨性和抗冲击性能。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高强高韧矿用管材及其制备方法，本发明所述矿用管材强度高，韧性好，耐热性好，耐磨性好，抗冲击能力强。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种高强高韧矿用管材，由以下重量份的原料制成：聚氯乙烯50-70、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯10-15、氧化石墨烯18-26、亚白刚玉细粉11-18、三硬脂酸甘油酯4-7、碱式硫酸镁晶须10-15、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯9-14、微粉硅胶12-19、褐煤蜡5-8、蒙脱土24-37、硬脂酸铝2-4、硬脂酸镁1-3、白玉石粉16-23。一种高强高韧矿用管材的制备方法，包括以下步骤：(1)按照固液比1:10-20将蒙脱土加入到95％无水乙醇中，充分搅拌均匀，然后加入相当于蒙脱土质量3-6％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加热至65-70℃，搅拌1.5-2h，冷却至室温，分别用乙醇、去离子水各清洗三遍，冷冻干燥，粉碎至纳米粒径，过筛，即得氨基化纳米蒙脱土；(2)将氧化石墨烯加水搅拌制成质量浓度为0.6-1.2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相当于氧化石墨烯质量46-52％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和42-48％的N-羟基琥珀酰亚胺，超声处理20-30min后加入步骤(1)制得的氨基化纳米蒙脱土，在600-900r/min的转速下搅拌3-6h，过滤，并分别用甲醇、去离子水各清洗三次，冷冻干燥，730-770℃煅烧0.5-1.5h，冷却至室温，即得氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土；(3)按照固液比1:21-29将氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土加入到水中，再加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量2.5-4.5％的十二烷基硫酸钠，超声分散1.5-2.5h，然后水浴加热，加热至75-80℃时通入氮气，加热80-85℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量0.6-0.7％的过硫酸铵，加热至85-90℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量48-54％的丙烯酸丁酯，搅拌反应2-5h，过滤，洗涤，烘干，气流粉碎，即得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土；(4)将聚氯乙烯、碱式硫酸镁晶须、氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、硬脂酸铝到高速加热混合机中，加热至65-85℃，混合14-22min，再加入亚白刚玉细粉、微粉硅胶、褐煤蜡、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，加热至75-95℃，混合12-19min，待料温降至60-80℃时加入聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土以及其余原料，混合8-16min，即得混合料；(5)将步骤(4)制得的混合料加入到双螺杆挤出机中挤出，双螺杆挤出机机筒温度为175-195℃，模头温度为165-185℃，螺杆转速为30-60r/min，然后经拉管，冷却，切割，制成管材。本发明的有益效果：(1)本发明先采用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷对蒙脱土进行氨基化改性，然后采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化氧化石墨烯表面的羧基，这样氧化石墨烯表面的羧基可以与蒙脱土表面的氨基进行酰胺缩合，进而使氧化石墨烯片层包覆在蒙脱土表面，制得氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土，然后采用丙烯酸丁酯对其进行接枝改性，提高其与PVC基体的相容性及分散稳定性，制得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土，作为导电填料应用于PVC管材中，在改善PVC管材的热稳定性能和力学性能的基础上，降低了PVC管材的表面电阻，使制得的PVC管材具有优异的抗静电性；(2)本发明在聚氯乙烯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的高分子共混体系基础上，加入了亚白刚玉细粉、碱式硫酸镁晶须、微粉硅胶、白玉石粉等原料，不仅提高了材料的拉伸强度和韧性，还改善了材料的耐热性、耐磨性和抗冲击性能。具体实施方式一种高强高韧矿用管材，由以下重量(kg)的原料制成：聚氯乙烯60、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯12、氧化石墨烯22、亚白刚玉细粉15、三硬脂酸甘油酯5、碱式硫酸镁晶须13、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯11、微粉硅胶16、褐煤蜡6.5、蒙脱土31、硬脂酸铝3、硬脂酸镁2、白玉石粉19。一种高强高韧矿用管材的制备方法，包括以下步骤：(1)按照固液比1:10-20将蒙脱土加入到95％无水乙醇中，充分搅拌均匀，然后加入相当于蒙脱土质量3-6％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加热至65-70℃，搅拌1.5-2h，冷却至室温，分别用乙醇、去离子水各清洗三遍，冷冻干燥，粉碎至纳米粒径，过筛，即得氨基化纳米蒙脱土；(2)将氧化石墨烯加水搅拌制成质量浓度为0.6-1.2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相当于氧化石墨烯质量46-52％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和42-48％的N-羟基琥珀酰亚胺，超声处理20-30min后加入步骤(1)制得的氨基化纳米蒙脱土，在600-900r/min的转速下搅拌3-6h，过滤，并分别用甲醇、去离子水各清洗三次，冷冻干燥，730-770℃煅烧0.5-1.5h，冷却至室温，即得氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土；(3)按照固液比1:21-29将氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土加入到水中，再加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量2.5-4.5％的十二烷基硫酸钠，超声分散1.5-2.5h，然后水浴加热，加热至75-80℃时通入氮气，加热80-85℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量0.6-0.7％的过硫酸铵，加热至85-90℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量48-54％的丙烯酸丁酯，搅拌反应2-5h，过滤，洗涤，烘干，气流粉碎，即得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土；(4)将聚氯乙烯、碱式硫酸镁晶须、氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、硬脂酸铝到高速加热混合机中，加热至65-85℃，混合14-22min，再加入亚白刚玉细粉、微粉硅胶、褐煤蜡、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，加热至75-95℃，混合12-19min，待料温降至60-80℃时加入聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土以及其余原料，混合8-16min，即得混合料；(5)将步骤(4)制得的混合料加入到双螺杆挤出机中挤出，双螺杆挤出机机筒温度为175-195℃，模头温度为165-185℃，螺杆转速为30-60r/min，然后经拉管，冷却，切割，制成管材。上述实施例制得的PVC管材的主要性能检测结果如下表所示：检测项目单位检测结果拉伸强度MPa73纵向回缩率％2.9表面电阻Ω3.5×106老化系数(70℃,144h)—0.87当前第1页1 2 3