一种双取向聚烯烃缠绕管材及其制备方法与流程

本发明涉及聚合物成型加工技术领域，尤其涉及一种双取向聚烯烃缠绕管材及其制备方法。

背景技术：

聚烯烃具有优异的稳定性，体现在：1)化学稳定性好，可以用于给水管道、食品包装等领域；2)耐候性能优越，尤其是低温性能。一直是世界上应用量较大的管道材料，我国塑料管道行业发展迅猛，已成为世界塑料管道生产和应用的大国之一。聚烯烃管道在制备过程中有径向的牵引作用，分子链会沿轴向取向，轴向强度较高；但由于定径套的限制，分子链在径向上的取向度有限，导致聚烯烃管材使用过程中存在着以下一些缺点：一、初始承压能力低；二、韧度和强度较低，抗开裂冲击性能差。

目前，通过在内层聚烯烃管道上缠附含有增强材料的缠绕层为解决上述问题提供了一种思路。但是无论缠绕层中添加非金属纤维填充材料，还是金属管或网增强材料会引起以下问题：一、填充增强材料在缠绕带中的取向度是决定缠绕带强度的重要因素，需要单独控制，增加设备投入，工艺较也为较为复杂。二、增强材料与聚烯烃树脂基体的收缩率不同，温差较大时会引起分层现象，在金属为增强材料材质时，这一点更为明显；三、增强材料与缠绕带中树脂间相容性需外加胶黏剂或相容剂来保证，增加管材制造成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种强度高、结合牢固的双取向聚烯烃缠绕管材及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种双取向聚烯烃缠绕管材，其包括轴向和径向双取向的聚烯烃内管，以及缠绕并熔接在聚烯烃内管外侧的拉伸取向聚烯烃带，所述聚烯烃内管由按重量份计的以下组分经熔融后旋转挤出得到：

聚烯烃 90～100份

助剂 0～10份。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯或聚丁烯。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述聚烯烃为聚丙烯，所述助剂为β成核剂。进一步优选的，所述β成核剂为芳香族类β成核剂、稀土类β成核剂、有机酸β成核剂及有机酸β盐类化合物β成核剂中的至少一种。更优选的，所述芳香族类β成核剂为TMB系列化合物、CHB-5化合物、NU-100化合物或NB-328化合物；稀土类β成核剂为WBG系列稀土化合物；有机酸类β成核剂为DCHT化合物、异二酸肼或辛二酸。

第二方面，本发明提供了第一方面所述双取向聚烯烃缠绕管材的制备方法，包括以下步骤，

S1，将聚烯烃与助剂进行充分混合后置于旋转挤出装置，控制芯棒相对于口模以3～25rpm/min的转速，于熔融段温度180～260℃，口模段温度150～240℃进行熔融旋转挤出，挤出的管胚冷却定径，得到轴向和径向双取向的聚烯烃内管；

S2，将聚烯烃内管温度降低到玻璃转变温度之上，熔点以下；

S3，采用表面熔融的拉伸取向聚烯烃带对聚烯烃内管进行缠绕，缠绕后经滚压，冷却定型，即可得到双取向聚烯烃缠绕管材。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S3中，在相邻的拉伸取向聚烯烃带之间施加热熔胶。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S3中，所述拉伸取向聚烯烃带围绕聚烯烃内管缠绕两层或两层以上。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S3中，所述拉伸取向聚烯烃带设置有两条或两条以上，彼此围绕聚烯烃内管交叉缠绕。

本发明的双取向聚烯烃缠绕管材及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明中管材的径向强度是通过内轴向和径向双取向的聚烯烃内管和拉伸取向聚烯烃带共同保证，旋转挤出机使得聚烯烃内管分子链沿轴向和径向均有取向；另外，通过调整牵引速度、管材温度、缠绕层拉伸程度、缠缚角度和缠缚层数等参数，可以对不同聚烯烃的管材进行双取向加工，满足不同原料的管材成型的需要，使之应用更加广泛；本发明的生产工艺使聚烯烃管材中的分子在轴向和径向上均具有可控的取向度，不同方向上分子链取向度的变化可使管材的强度和韧度得到实质性的提升，能极大地提高管材的强度和韧度；通过将相同属性的聚烯烃内管和聚烯烃带熔接、缠绕并滚压，使之结合更加牢固。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种双取向聚烯烃缠绕管材的剖视结构示意图；

图2为本发明的第二种双取向聚烯烃缠绕管材的剖视结构示意图；

图3为本发明的第三种双取向聚烯烃缠绕管材的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的双取向聚烯烃缠绕管材，其包括轴向和径向双取向的聚烯烃内管1，以及缠绕并熔接在聚烯烃内管1外侧的拉伸取向聚烯烃带2，所述聚烯烃内管1由按重量份计的以下组分经熔融后旋转挤出得到：

聚烯烃 90～100份

助剂 0～10份。

其中，所述拉伸取向聚烯烃带2可采用实心的聚烯烃带，如图1所示，也可以采用空心的聚烯烃带，如图2所示。

具体的，其制备方法包括以下步骤，

S1，将聚烯烃与助剂进行充分混合后置于旋转挤出装置，控制芯棒相对于口模以3～25rpm/min的转速，于熔融段温度180～260℃，口模段温度150～240℃进行熔融旋转挤出，挤出的管胚冷却定径，得到轴向和径向双取向的聚烯烃内管1；

S2，将聚烯烃内管1温度降低到玻璃转变温度之上，熔点以下；

S3，采用表面熔融的拉伸取向聚烯烃带2对聚烯烃内管1进行缠绕，缠绕后经滚压，冷却定型，即可得到双取向聚烯烃缠绕管材。

其中，所述步骤S3中，所述拉伸取向聚烯烃带2可以设置为围绕聚烯烃内管1缠绕两层或两层以上，如图3所示。

当然的，所述步骤S3中，所述拉伸取向聚烯烃带2可设置为两条或两条以上，彼此围绕聚烯烃内管1交叉缠绕，如图2所示。

实施例1

本实施例中，采用的各原料组分如下：

聚丙烯PPR 99.9kg

成核剂CHB-5 0.1kg。

制备过程如下：

将CHB-5成核剂与聚丙烯PPR混合均匀，挤出机熔融段温度为220℃，口模温度为170℃下进行熔融旋转挤出，以芯棒旋转速度为8rpm/min，挤出径向和轴向双取向管胚，经冷却定径，得到轴向和径向双取向的聚烯烃内管；

送入缠绕区，将聚烯烃内管温度调节至150℃，缠绕机将表面熔融的拉伸取向聚烯烃带在聚烯烃内管外表面进行缠绕，在缠绕过程中，缠绕带相邻侧壁间熔融互接，复合成一体，通过螺旋滚压装置对管壁进行滚压，使管材壁规整圆滑，冷却定型，即可得到双取向聚烯烃缠绕管材。

用上述方法，制得外径110mm，标准尺寸比(SDR)为6的双取向聚烯烃管工作压力与纯PPR实壁管相比结果如表1所示：

表1

用上述方法制备直径为110mm，工作压力(MOP)为1.0的双取向聚烯烃管工作压力与纯PPR实壁管相比结果如表2所示：

表2

实施例2

本实施例中，采用的各原料组分如下：

聚丙烯PPR

制备过程如下：

将聚丙烯PPR投入挤出机，调节挤出机熔融段温度为220℃，口模温度为170℃下进行熔融旋转挤出，以芯棒旋转速度为8rpm/min，挤出径向和轴向双取向管胚，经冷却定径，得到轴向和径向双取向的聚烯烃内管；

送入缠绕区，将聚烯烃内管温度调节至150℃，缠绕机将表面熔融的拉伸取向聚烯烃带在聚烯烃内管外表面进行缠绕，在缠绕过程中，在相邻拉伸取向聚烯烃带间施加热熔胶，复合成一体，缠绕材料规则排列，压贴粘接成一体螺旋缠绕带构成双取向聚烯烃管的管材壁；最后，通过螺旋滚压装置对管壁进行滚压，使管材壁规整圆滑，冷却定型，即可得到双取向聚烯烃缠绕管材。

用上述方法，制得外径110mm，标准尺寸比(SDR)为6的双取向聚烯烃缠绕管材工作压力与纯PPR实壁管相比结果如表3所示：

表3

用上述方法制备直径为110mm，工作压力(MOP)为1.0的双取向聚烯烃缠绕管材工作压力与纯PPR实壁管相比结果如表4所示：

表4

实施例3

本实施例中，采用的各原料组分如下：

聚乙烯PE100

制备过程如下：

将聚乙烯PE100投入挤出机，调节挤出机熔融段温度为210℃，口模温度为170℃下进行熔融旋转挤出，以芯棒旋转速度为8rpm/min，挤出径向和轴向双取向管胚，经冷却定径，得到轴向和径向双取向的聚烯烃内管；

送入缠绕区，将聚烯烃内管温度调节至150℃，缠绕机将表面熔融的拉伸取向聚烯烃带在聚烯烃内管外表面进行缠绕，在缠绕过程中，在相邻拉伸取向聚烯烃带间施加热熔胶，复合成一体，缠绕材料规则排列，压贴粘接成一体螺旋缠绕带构成双取向聚烯烃管的管材壁；最后，通过螺旋滚压装置对管壁进行滚压，使管材壁规整圆滑，冷却定型，即可得到双取向聚烯烃缠绕管材。

用上述方法，制得外径110mm，标准尺寸比(SDR)为11的双取向聚烯烃缠绕管材工作压力与纯PE100实壁管相比结果如表5所示：

表5

用上述方法制备外径110mm，工作压力(MOP)为1.25的双取向聚烯烃缠绕管材工作压力与纯PE100实壁管相比结果如表6所示：

表6

实施例4

本实施例中，采用的各原料组分如下：

聚乙烯PE100

制备过程如下：

将聚乙烯PE100投入挤出机，调节挤出机熔融段温度为220℃，口模温度为170℃下进行熔融旋转挤出，以芯棒旋转速度为8rpm/min，挤出径向和轴向双取向管胚，经冷却定径，得到轴向和径向双取向的聚烯烃内管；

送入缠绕区，将聚烯烃内管温度调节至150℃，缠绕机将表面熔融的拉伸取向聚烯烃带在聚烯烃内管外表面进行缠绕，在缠绕过程中，在相邻拉伸取向聚烯烃带间施加热熔胶，复合成一体，缠绕材料规则排列，压贴粘接成一体螺旋缠绕带构成双取向聚烯烃管的管材壁；最后，通过螺旋滚压装置对管壁进行滚压，使管材壁规整圆滑，冷却定型，即可得到双取向聚烯烃缠绕管材。

用上述方法，制得外径110mm，标准尺寸比(SDR)为13.6的双取向聚烯烃缠绕管材工作压力与纯PE100实壁管相比结果如表7所示：

表7

用上述方法制备外径110mm，工作压力(MOP)为1.0的双取向聚烯烃缠绕管材工作压力与纯PE100实壁管相比结果如表8所示：

表8

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。