本发明涉及复合管
技术领域：
，具体而言，涉及一种耐磨复合管及其制备方法。
背景技术：
：目前，耐磨管道作为一种特种工业管道，在国民经济中扮演着非常重要的地位，其主要用于矿山，如矿浆选矿输送和尾矿的长距离管道输送；疏浚，如江河湖海的清淤疏浚、抽沙排沙；冶金，如精矿浆、冶金废渣、煤粉等输送；化工，如盐浆、碱浆等固液混合物的输送；电力，如火电厂除灰、排渣、送粉、回粉、脱硫工艺管道等。因此，耐磨管道在许多工业领域均得到了广泛的应用。传统的耐磨管道主要以钢管、铸铁管等金属管道为主，但其存在严重的腐蚀和磨损问题，使得该种管道使用寿命短，工程维护费用高。采用内衬技术应用于钢管、铸铁管后，衬胶或衬塑钢管虽然大大地提高了其耐磨性能，但又存在管材笨重、安装连接不方便等问题，而且胶层或塑层易与钢管脱层而造成管道堵塞，这严重阻碍了衬胶或衬塑钢管的发展。现有的一些复合管，如陶瓷复合管、铸石复合管等，虽然具有较好的耐磨性，但是成本造价较高。另外，非金属管道如橡胶管、超高分子量聚乙烯管材也逐渐在该领域兴起。橡胶管虽然耐腐蚀、耐磨性能有所提高，但终究因其工程造价高而限制其发展。超高分子量聚乙烯管道尽管凭其耐腐蚀、耐磨和自润滑等综合性能得到了较广泛的应用，但也暴露出难加工等缺陷，而且其耐磨性在恶劣工况下存在不足。因而需要开发出新型的管材来解决现有技术中的这些问题。技术实现要素：鉴于此，本发明提出了一种耐磨复合管及其制备方法，旨在解决现有的耐磨复合管加工难度大，且耐磨强度较低，在复合管的使用过程中极易磨损从而影响复合管的正常使用的问题。一个方面，本发明提出了一种耐磨复合管，其特征在于，包括：管体，所述管体为聚乙烯材料制成；所述管体的内侧壁设置有耐磨层，所述耐磨层为热塑性弹性体材料；所述热塑性弹性体材料通过硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体，并辅助以填料、填充油、热塑性树脂制得。进一步地，所述热塑性弹性体材料的重量配比的组分：所述硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体20～80份、所述填料1～30份、所述填充油1～50份以及所述热塑性树脂1～30份；进一步地，所述硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体的化学式为：ch2(x)-ch2-c(o)o-(ch2)n-sirmr′(3-m)和/或ch3-ch(x)-c(o)o-(ch2)n-sirmr′(3-m)其中，r表示可水解基团，r′表示具有1至6个碳原子的烃基，m取值1、2或3；n取值1～20的自然数，x表示苯乙烯类热塑性弹性体。进一步地，所述硅烷的添加量为所述苯乙烯类热塑性弹性体重量份的0.5%～30%，其结构式如下：ch2=ch-c(o)o-(ch2)n-sirmr′(3-m)其中：r表示可水解烷氧基团；r′表示具有1至6个碳原子的烃基；m取值1、2或3；n取值1～20的自然数。进一步地，所述硅烷包括丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷中的任意一种。进一步地，所述硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体材料通过苯乙烯类热塑性弹性体和硅烷经过催化反应制得，所述催化反应的催化剂为lewis酸催化剂，所述催化剂的用量小于等于所述热塑性弹性体材料的1%。进一步地，所述填料为二氧化硅，所述二氧化硅的粒径为0.1～10µm；所述填充油为闪点大于200℃的饱和直链烷烃油和/或环烷烃油；所述热塑性树脂为聚乙烯和/或聚丙烯。进一步地，所述苯乙烯类热塑性弹性体为热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物弹性体、热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三元嵌段共聚物弹性体、热塑性高苯乙烯的苯乙烯型嵌段共聚物弹性体任一种或几种的组合。另一个方面，本发明提出了一种耐磨复合管制备方法，包括：制备热塑性弹性体材料；将聚乙烯加入挤出机的主机中，并将所述热塑性弹性体材料加入挤出机的共挤机中，开启所述主机和共挤机，通过共挤模具进行成型、定径套定径、冷却箱冷却、牵引机牵引以制备所述复合管；所述主机的温度为190～210℃，所述主机的螺杆转速为50～150rpm，所述共挤机的温度为140～180℃，所述共挤机的螺杆转速为50～100rpm，所述共挤模具的温度为150～200℃，所述牵引机的牵引速度为0.1～3.0m/min；在制备所述热塑性弹性体材料时，按照重量份将填料、硅烷、苯乙烯类热塑性弹性体和催化剂加入混合机中，开动所述混合机，在1～500rpm条件下混合1～15min，然后提高所述混合机的转速至500～1000rpm，混合15～30min后关闭所述混合机，加入填充油、热塑性树脂后，开动所述混合机，在1～500rpm条件下继续混合1～15min后，通过造粒挤出机进行造粒制得所述热塑性弹性体材料。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过在聚乙烯管体内壁设置高耐磨热塑性弹性体材料，通过共挤技术将聚乙烯和高耐磨热塑性弹性体材料加工为一体，形成复合管，使得高耐磨的热塑性弹性体材料与聚乙烯材料形成互补，将高耐磨热塑性弹性体材料的高耐磨性与聚乙烯材料的耐腐蚀性、超强的稳定性和较好的耐冲击性有机地结合到一起，从而使得本发明的复合管具有高耐磨性能，耐腐性强，并且稳定性强，也使得复合管的使用寿命更长。本发明所述的复合管充分发挥聚乙烯材料的优点，并克服了聚乙烯材料的耐磨性不高的缺点，使得复合管不仅使用寿命长、耐冲击性强以及耐腐蚀强的优点，同时还具有极强的耐磨性能，大大提高了复合管的耐磨强度和使用寿命，节约成本。进一步地，本发明通过在聚乙烯管体内壁设置高耐磨热塑性弹性体材料这一简单的结构，使得本复合管不仅加工成型方便快捷，而且耐磨性能突出，大大降低了复合管的制作加工难度。进一步地，通过在管体内壁设置高耐磨热塑性弹性体材料的耐磨层，而高耐磨热塑性弹性体材料是一种经过改性的可挤出的热塑性弹性体管道材料，通过硅烷接枝改性，形成轻度交联体系，使得热塑性弹性体呈橡胶状，具有很高的弹性伸长率，可以通过弹性形变能有效吸收固体颗粒的冲击能，同时又具有优异的拉伸强度和抗撕裂性，当尖锐颗粒划伤材料表面后，能有效地阻止裂纹的延伸，从而大大提高了复合管的耐磨性能。进一步地，本发明管体所用的聚乙烯材料和高耐磨热塑性弹性体材料是一种质量较轻的材料，与现有的通过金属材料制作复合管的技术手段相比，本发明使用上述两种材料制作的复合管还具有质量较轻的特点，从而在使用本复合管时，大大减少了本复合管的搬运、运输以及安装过程中的所需的劳动力以及施工成本的投入，使得本复合管具有运输便捷、便于操作的特点。进一步地，本发明管体所用的聚乙烯材料和高耐磨热塑性弹性体材料均为热塑性树脂材料，进而与现有技术中的金属材料相比，本复合管可通过高温加热的方式连接固定，减少了焊接机械的使用，且高温加热的方式连接的一体性较强，能够将多段本复合管有机的连为一体，从而减少了连接时所需施工成本的投入，使得本复合管操作便捷，易于加工。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本发明实施例耐磨复合管的结构示意图；图2为本发明实施例耐磨复合管的a-a方向截面图；图3为本发明实施例耐磨复合管制备方法的流程图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。参阅图1所示，其为本发明实施例耐磨复合管的结构示意图。本实施例中耐磨复合管包括：管体2和耐磨层1，其中，管体2由聚乙烯材料制成；耐磨层1设置在管体2的内侧壁上。耐磨层1为热塑性弹性体材料，热塑性弹性体材料通过硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体，并辅助以填料、填充油、热塑性树脂制得。热塑性弹性体材料的重量配比的组分：硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体20～80份、填料1～30份、填充油1～50份以及热塑性树脂1～30份。具体的，首先制备热塑性弹性体材料，在热塑性弹性体材料制备完成后，将热塑性弹性体材料放入挤出机的共挤机内，并将聚乙烯材料放入挤出机的主机内，同时启动共挤机和主机，并通过共挤模具成型、定径套定径、冷却箱冷却、牵引机牵引从而制得复合管。具体而言，制备复合管的硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体的化学式为：ch2(x)-ch2-c(o)o-(ch2)n-sirmr′(3-m)和/或ch3-ch(x)-c(o)o-(ch2)n-sirmr′(3-m)其中，r表示可水解基团，r′表示具有1至6个碳原子的烃基，m取值1、2或3；n取值1～20的自然数，x表示苯乙烯类热塑性弹性体。基于上述实施例的一种可能的实现方式中，硅烷的添加量为苯乙烯类热塑性弹性体的0.5wt%～30wt%，其结构式如下：ch2=ch-c(o)o-(ch2)n-sirmr′(3-m)其中：r表示可水解烷氧基团；r′表示具有1至6个碳原子的烃基；m取值1、2或3；n取值1～20的自然数。在硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体生成反应过程中，能够在不存在任何自由基引发剂的情况下与苯乙烯类热塑性弹性体反应，且所述硅烷能够部分水解并缩合成低聚物。优选的，硅烷可以选择丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷中的任意一种。同时，在硅烷接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体生成反应过程中还加入了催化剂，一方面降低了反应所需要的热量，降低了反应条件，进而保证了反应的顺利进行；另一方面进一步帮助分散了填料，提高了材料的制作质量。需要注意的是，催化剂的用量可以控制反应物在混合阶段过程中产生的化学键的数目，以优化扭矩、接枝率和存在含羟基的填料的分散性，因此催化剂的用量不宜超过体系的1%。基于上述实施例的另一种可能的实现方式中，热塑性弹性体材料通过苯乙烯类热塑性弹性体和硅烷经过催化反应制得，催化反应的催化剂为lewis酸催化剂，催化剂的用量小于等于热塑性弹性体材料的1%。lewis酸催化剂可以为三氟化硼、三氟化硼乙酸、四氯化锡中的一种，或者为其他种类lewis酸催化剂。基于上述实施例的另一种可能的实现方式中，填料选用二氧化硅，二氧化硅的粒径为0.1～10µm，用量占热塑性弹性体材料的1～30wt%；填充油为闪点大于200℃的饱和直链烷烃油和/或环烷烃油，饱和直链烷烃油和/或环烷烃油的用量占热塑性弹性体材料的1～50wt%；热塑性树脂为聚乙烯和/或聚丙烯，聚乙烯和/或聚丙烯的用量占热塑性弹性体材料的1～30wt%。具体而言，制备管体2的聚乙烯可以为pe100级或pe80级材料。聚乙烯材料具有易加工、耐冲击、耐候性强、耐腐蚀性能强等优点，聚乙烯管体2作为外表层是主要的承压层。上述苯乙烯类热塑性弹性体为热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物弹性体、热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三元嵌段共聚物弹性体、热塑性高苯乙烯的苯乙烯型嵌段共聚物弹性体任一种或几种的组合。其中，当苯乙烯类热塑性弹性体为热塑性高苯乙烯的苯乙烯型嵌段共聚物弹性体时，苯乙烯含量大于等于共聚物弹性体的45wt%。基于上述实施例的另一种可能的实现方式中，耐磨层1的厚度为2-5mm。可以理解的是，本发明通过在聚乙烯管体内壁设置高耐磨热塑性弹性体材料，通过共挤技术将聚乙烯和高耐磨热塑性弹性体材料加工为一体，形成复合管，使得高耐磨的热塑性弹性体材料与聚乙烯材料形成互补，将高耐磨热塑性弹性体材料的高耐磨性与聚乙烯材料的耐腐蚀性、超强的稳定性和较好的耐冲击性有机地结合到一起，从而使得本发明的复合管具有高耐磨性能，耐腐性强，并且稳定性强，也使得复合管的使用寿命更长。进一步地，本发明所述的复合管充分发挥聚乙烯材料的优点，并克服了聚乙烯材料的耐磨性不高的缺点，使得复合管不仅使用寿命长、耐冲击性强以及耐腐蚀强的优点，同时还具有极强的耐磨性能，大大提高了复合管的耐磨强度和使用寿命，节约成本。参阅图3所示，其为本发明实施例耐磨复合管制备方法的流程图。本实施例所述耐磨复合管制备方法包括以下步骤：步骤s101制备热塑性弹性体材料；步骤s102将聚乙烯加入主机中，将热塑性弹性体材料加入共挤机；步骤s103通过成型、定径、冷却、牵引以制备复合管。具体而言，步骤s101制备热塑性弹性体材料。在制备热塑性弹性体材料时，将填料、硅烷、苯乙烯类热塑性弹性体和催化剂加入混合机中，开动混合机，在1～500rpm条件下混合1～15min，然后提高混合机的转速至500～1000rpm，混合15～30min后关闭混合机，加入填充油、热塑性树脂后，开动混合机，在1～500rpm条件下继续混合1～15min后，通过造粒挤出机进行造粒制得所述热塑性弹性体材料。具体而言，步骤s102将聚乙烯加入主机中，将热塑性弹性体材料加入共挤机。在热塑性弹性体材料制备完成后，将聚乙烯加入挤出机的主机中，并将热塑性弹性体材料加入挤出机的共挤机中，开启主机和共挤机。具体而言，步骤s103通过成型、定径、冷却、牵引以制备复合管。在开启主机和共挤机后，通过共挤模具进行成型、定径套定径、冷却箱冷却、牵引机牵引以制备所述复合管。具体的，上述步骤s102、s103在复合管制作流水线上进行。具体的，在制作复合管时，主机的温度为190～210℃，主机的螺杆转速为50～150rpm，共挤机的温度为140～180℃，共挤机的螺杆转速为50～100rpm，共挤模具的温度为150～200℃，牵引机的牵引速度为0.1～3.0m/min。可以理解的是，通过上述方法制得的复合管，不仅加工成型方便快捷，而且耐磨性能突出，通过在聚乙烯管体内壁设置一种高耐磨的热塑性弹性体材料，与聚乙烯材料形成互补，同时还大大降低了复合管的制作加工难度。进一步地，本实施例的所述方法通过共挤技术将聚乙烯和高耐磨热塑性弹性体材料加工为一体，形成复合管，使得高耐磨的热塑性弹性体材料与聚乙烯材料形成互补，将高耐磨热塑性弹性体材料的高耐磨性与聚乙烯材料的耐腐蚀性、超强的稳定性和较好的耐冲击性有机地结合到一起，从而使得本发明的复合管具有高耐磨性能，耐腐性强，并且稳定性强，也使得复合管的使用寿命更长，进一步节省了反复更换管材的成本投入，有效地节约了成本。基于上述实施例的热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：步骤a：将硅烷、苯乙烯类热塑性弹性体、催化剂以及填料加入高速混合机中，先进行低速混合，再进行高速混合,然后停机加入填充油、热塑性树脂，继续进行低速混合后出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质通过螺杆挤出机造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。下面结合具体实施例对本实施例做进一步详细说明。实施例1步骤a：将4.5重量份的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、25重量份的热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、25重量份的热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（sebs）嵌段共聚物、0.5重量份的三氟化硼乙酸以及10重量份的二氧化硅加入高速混合机中，先以200rpm低速混合10min，然后提高转速至800rpm，混合25min后停机，加入30重量份的填充油、5重量份的聚乙烯树脂，继续在200rpm低速下混合10min出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质加入挤出机中，在120℃下反应约3min之后，造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。实施例2步骤a：将8.1重量份的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、30重量份的热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、0.9重量份的三氟化硼乙酸以及30重量份的二氧化硅加入高速混合机中，先以0rpm低速混合15min，然后提高转速至1000rpm，混合1min后停机，加入1重量份的填充油、30重量份的聚乙烯树脂，继续在0rpm低速下混合15min出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质加入挤出机中，在80℃下反应3min之后，造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。实施例3步骤a：将2重量份的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、9重量份的热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、9重量份的热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（sebs）嵌段共聚物、0.5重量份的三氟化硼乙酸以及30重量份的二氧化硅加入高速混合机中，先以500rpm低速混合5min，然后提高转速至1000rpm，混合10min后停机，加入19.5重量份的填充油、30重量份的聚丙烯树脂，继续在500rpm低速下混合5min出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质加入挤出机中，在100℃下反应3min之后，造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。实施例4步骤a：将4.5重量份的丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、15重量份的热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、15重量份的热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（sebs）嵌段共聚物、15重量份的苯乙烯含量超过共聚物约65wt%的苯乙烯型嵌段共聚物、0.5重量份的四氯化锡以及5重量份的二氧化硅加入高速混合机中，先以200rpm低速混合10min，然后提高转速至800rpm，混合25min后停机，加入25重量份的填充油、20重量份的聚丙烯树脂，继续在200rpm低速下混合10min出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质加入挤出机中，在180℃下反应3min之后，造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。实施例5步骤a：将7重量份的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、20重量份的热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、20重量份的热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（sebs）嵌段共聚物、1重量份的三氟化硼乙酸以及1重量份的二氧化硅加入高速混合机中，先以200rpm低速混合10min，然后提高转速至800rpm，混合25min后停机，加入50重量份的填充油、1重量份的聚乙烯树脂，继续在200rpm低速下混合10min出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质加入挤出机中，在200℃下反应3min之后，造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。实施例6步骤a：将0.4重量份的丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、20重量份的热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、30重量份的热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（sebs）嵌段共聚物、29.6重量份的苯乙烯含量超过共聚物约65wt%的苯乙烯型嵌段共聚物、0.6重量份的四氯化锡以及1重量份的二氧化硅加入高速混合机中，先以200rpm低速混合10min，然后提高转速至800rpm，混合25min后停机，加入17.4重量份的填充油、1重量份的聚丙烯树脂，继续在200rpm低速下混合10min出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质加入挤出机中，在180℃下反应3min之后，造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。实施例7步骤a：将6重量份的丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、10重量份的热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）嵌段共聚物、10重量份的热塑性苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（sebs）嵌段共聚物、1重量份的三氟化硼乙酸以及25重量份的二氧化硅加入高速混合机中，先以200rpm低速混合10min，然后提高转速至800rpm，混合25min后停机，加入23重量份的填充油、25重量份的聚乙烯树脂，继续在200rpm低速下混合10min出料得到中间物质；步骤b：将所述中间物质加入挤出机中，在200℃下反应3min之后，造粒得到所述高耐磨热塑性弹性体管道材料。经分析检测，上述高耐磨热塑性弹性体管道材料各种性能参数如下表：项目熔融指数（190℃，2.16kg），g/10min拉伸强度,mpa断裂伸长率,%砂浆磨损率,%实施例10.7205800.19实施例20.5195650.23实施例30.6185900.21实施例40.6206200.18实施例50.8186100.19实施例60.7176000.23实施例70.5195900.21可以看出，本实施例中的改性高耐磨热塑性弹性体管道材料具有很高的弹性伸长率，可以通过弹性形变能有效吸收固体颗粒的冲击能，同时又具有优异的拉伸强度和抗撕裂性，当尖锐颗粒划伤材料表面后，能有效地阻止裂纹的延伸，从而大大提高了所述材料的耐磨耗性。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页12