本发明涉及一种PVC管材及其制备方法，具体涉及一种抗低温脆性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耐低温性能也不尽人意。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。本发明还添加了乙酰氧基硬脂酸丁酯、三乙二醇二异辛酸酯、油酸四氢呋喃甲酯三种耐寒增塑剂与珠光砂、透辉石粉等填料配合使用，不仅可以提高材料的耐寒性和耐候性，还可以改善材料的机械强度。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种抗低温脆性矿用管材及其制备方法，本发明制得的矿用管材耐温性优异，低温脆性比现有技术中PVC管材有很大提高，最低工作温度可达-50℃。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种抗低温脆性矿用管材，由以下重量份的原料制成：聚氯乙烯49-62、乙酰氧基硬脂酸丁酯11-17、三乙二醇二异辛酸酯10-15、月桂酸锌1-2、月桂酸钡1-2、微晶石蜡5-7、油酸四氢呋喃甲酯14-19、珠光砂18-26、季戊四醇单油酸酯5-10、蒙脱土20-30、氧化石墨烯14-26、透辉石粉17-24。一种抗低温脆性矿用管材的制备方法，包括以下步骤：(1)按照固液比1:15-25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2-5％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加热至70-75℃，搅拌1-1.5h，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0.7-1.4mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相当于氧化石墨烯质量38-46％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和32-36％的N-羟基琥珀酰亚胺，超声处理15-25min后加入步骤(1)制得的氨基化纳米蒙脱土，在250-400r/min的转速下搅拌10-15h，过滤，并分别用甲醇、去离子水各清洗三次，冷冻干燥，520-590℃煅烧2-4h，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1:20-30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3-6％的十二烷基硫酸钠，超声分散1-2h，然后水浴加热，加热至70-75℃时通入氮气，加热75-80℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量0.5-0.6％的过硫酸铵，加热至80-85℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量45-50％的丙烯酸丁酯，搅拌反应4-5h，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、油酸四氢呋喃甲酯、乙酰氧基硬脂酸丁酯、透辉石粉到高速加热混合机中，加热至80-100℃，混合8-16min，再加入月桂酸锌、月桂酸钡、微晶石蜡、珠光砂，加热至90-110℃，混合5-10min，待料温降至70-90℃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6-12min，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195-205℃，模头温度为180-200℃，螺杆转速为40-80r/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)本发明添加了乙酰氧基硬脂酸丁酯、三乙二醇二异辛酸酯、油酸四氢呋喃甲酯三种耐寒增塑剂与珠光砂、透辉石粉等填料配合使用，不仅可以提高材料的耐寒性和耐候性，还可以改善材料的机械强度。本发明制得的PVC管材机械强度高，耐候性好，耐寒性优异，低温脆性比现有技术中PVC管材有很大提高，最低工作温度可达-50℃。具体实施方式一种抗低温脆性矿用管材，由以下重量(kg)的原料制成：聚氯乙烯55、乙酰氧基硬脂酸丁酯14、三乙二醇二异辛酸酯12、月桂酸锌1.5、月桂酸钡1.5、微晶石蜡6、油酸四氢呋喃甲酯16、珠光砂22、季戊四醇单油酸酯8、蒙脱土25、氧化石墨烯20、透辉石粉21。一种抗低温脆性矿用管材的制备方法，包括以下步骤：(1)按照固液比1:15-25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2-5％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加热至70-75℃，搅拌1-1.5h，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0.7-1.4mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相当于氧化石墨烯质量38-46％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和32-36％的N-羟基琥珀酰亚胺，超声处理15-25min后加入步骤(1)制得的氨基化纳米蒙脱土，在250-400r/min的转速下搅拌10-15h，过滤，并分别用甲醇、去离子水各清洗三次，冷冻干燥，520-590℃煅烧2-4h，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1:20-30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3-6％的十二烷基硫酸钠，超声分散1-2h，然后水浴加热，加热至70-75℃时通入氮气，加热75-80℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量0.5-0.6％的过硫酸铵，加热至80-85℃时，加入相当于氧化石墨烯包覆纳米蒙脱土质量45-50％的丙烯酸丁酯，搅拌反应4-5h，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、油酸四氢呋喃甲酯、乙酰氧基硬脂酸丁酯、透辉石粉到高速加热混合机中，加热至80-100℃，混合8-16min，再加入月桂酸锌、月桂酸钡、微晶石蜡、珠光砂，加热至90-110℃，混合5-10min，待料温降至70-90℃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6-12min，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195-205℃，模头温度为180-200℃，螺杆转速为40-80r/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MPa67纵向回缩率％3.6表面电阻Ω3.4×106老化系数(70℃,144h)—0.85低温催化温度℃-50当前第1页1 2 3