本发明涉及一种非开挖专用管材及其制备方法。
背景技术：
现代非开挖管线工程技术是对传统开挖施工的一次技术革命，它可在不破坏道路、植被及不影响环境、交通条件下进行地下管线施工，有效地解决了铁路、河流和在现有建筑物下铺设管道的难题，对电力、通信及建筑给排水等行业的发展与升级改造具有重要的应用价值，其经济和社会意义显著。由于非开挖管线技术具有上述诸多优点，它得到了较快发展，在国内外的应用已经相当广泛。
目前的非开挖管材料主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、abs等。这些未经特殊处理的管材往往使用寿命较短，而且受其使用环境以及方法的限制维修成本较高。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种非开挖专用管材，具备一定的自愈合能力，尤其适用于作为排水管道。
为达到以上目的，本发明提供一种非开挖专用管材，包括管体外层以及管体内层，所述管体外层为厚度3～8mm的pp材料，所述管体内层为厚度6～10mm的pe复合材料，所述pe复合材料包括包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯纤维、内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊、表面改性高岭土以及抗氧化剂。
pp材料的耐磨性以及防刮伤性能优于pe材料，因此本发明的管材在穿管过程中不易被划伤，此外将管材设计为两层结构有利于提高管材的使用寿命。
所述内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊是基于界面聚合制得的壳层为聚氨酯以及内部为异氰酸酯的微球，其粒径在100～400μm。这些微胶囊均匀分布在基体中，当材料内部发生裂纹时，聚氨酯球壳发生破裂，里面储存的异氰酸酯通过毛细作用流出与外部的水分子发生作用，生成的产物填充在裂缝内，使材料断裂面得到重连，从而实现材料内部微裂纹的自愈合。
所述表面改性高岭土为钛酸酯改性高岭土。钛酸酯是一种常用的偶联剂，其作用机理是在高岭土粒子表面形成一层单分子覆盖膜，使其表面性质发生根本性变化，改变填料原有的亲水性，提高加工时填料的分散性、流动性、提高填充量，减少树脂用量，降低制品成本，同时改善加工性能，增加了制品光泽，改善复合材料的强度、冲击性以及阻燃性能，提高了产品质量。
超高分子量聚乙烯(pe-uhmw)纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的一种高性能有机纤维，具有低密度、高模量、高强度的特点，其复合材料表现出较好的力学性能。由于基体中的聚乙烯与增强纤维材质相同，增强纤维与基体之间的结合十分紧密，相容性优异，可以达到无界面。此外，当管材产生裂纹时，增强纤维具有防止裂纹扩大的作用，对管材的自愈合也起到辅助的作用。
优选地，表面改性高岭土通过以下方法制备：将高速混合机预热到机体温度60～80℃，再将高岭土倒入高速混合机中搅拌10～20min，转速设置为500～1000r/min，最后将钛酸酯偶联剂倒入高速混合机混合10min后放出，得到表面改性的高岭土。
优选地，内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊通过以下方法制备：在室温下，加水制备250ml质量分数为3％的阿拉伯树胶溶液作为反应介质，将2.9g二苯基甲烷二异氰酸酯预聚体与8g异氰酸酯混合得到反应物作为油相，将油相加入阿拉伯树胶溶液中，搅拌半小时得到稳定的乳液，随后将乳液至于恒温水浴中，以7℃/min的升温速率从室温升到70℃，再加入3g1,4-丁二醇用于制造界面聚合体系，70℃下反应6h，过滤洗涤干燥得到微球。
本发明提供的上述优选实施例具有优异的力学性能以及自愈合能力。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明提供一种非开挖专用管材，包括管体外层以及管体内层，管体外层为厚度3～8mm的pp材料，管体内层为厚度6～10mm的pe复合材料。管体内层的pe复合材料包括：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯纤维、内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊、表面改性高岭土以及抗氧化剂。
表面改性高岭土通过以下方法制备：将高速混合机预热到机体温度60～80℃，再将高岭土倒入高速混合机中搅拌10～20min，转速设置为500～1000r/min，最后将钛酸酯偶联剂倒入高速混合机混合10min后放出，得到表面改性的高岭土。
内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊通过以下方法制备：在室温下，加水制备250ml质量分数为3％的阿拉伯树胶溶液作为反应介质，将2.9g二苯基甲烷二异氰酸酯预聚体与8g异氰酸酯混合得到反应物作为油相，将油相加入阿拉伯树胶溶液中，搅拌半小时得到稳定的乳液，随后将乳液至于恒温水浴中，以7℃/min的升温速率从室温升到70℃，再加入3g1,4-丁二醇用于制造界面聚合体系，70℃下反应6h，过滤洗涤干燥得到微球。
管材的制备方法属于现有技术，本发明不再详述，以下实施例为管体内层母粒的制备方法，本领域的人在获得母粒后，可以依据现有技术制备得到管体内层。
实施例1
通过以下步骤制备pe复合材料：
(1)称取高密度聚乙烯100质量份、低密度聚乙烯50质量份、超高分子量聚乙烯纤维10质量份、内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊20质量份、表面改性高岭土50质量份、抗氧化剂3质量份；
(2)将上述原料依次加入低速混合设备中充分混合5min，将混合后的原料挤出加工制备为母粒。
对比例1
通过以下步骤制备pe复合材料：
(1)称取高密度聚乙烯100质量份、低密度聚乙烯50质量份、超高分子量聚乙烯纤维10质量份、表面改性高岭土50质量份、抗氧化剂3质量份；
(2)将上述原料依次加入低速混合设备中充分混合5min，将混合后的原料挤出加工制备为母粒。
对比例2
(1)称取高密度聚乙烯100质量份、低密度聚乙烯50质量份、超高分子量聚乙烯纤维10质量份、内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊10质量份、表面改性高岭土50质量份、抗氧化剂3质量份；
(2)将上述原料依次加入低速混合设备中充分混合5min，将混合后的原料挤出加工制备为母粒。
对比例3
(1)称取高密度聚乙烯100质量份、低密度聚乙烯50质量份、超高分子量聚乙烯纤维10质量份、内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊20质量份、抗氧化剂3质量份；
(2)将上述原料依次加入低速混合设备中充分混合5min，将混合后的原料挤出加工制备为母粒。
对比例4
通过以下步骤制备pe复合材料：
(1)称取高密度聚乙烯100质量份、低密度聚乙烯50质量份、内含异氰酸酯的聚氨酯微胶囊20质量份、表面改性高岭土50质量份、抗氧化剂3质量份；
(2)将上述原料依次加入低速混合设备中充分混合5min，将混合后的原料挤出加工制备为母粒。
将实施例1和对比例1-4获得的母粒制备为相应的试样进行性能测试，测试项目与结果见表1。
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。