一种FIPP热塑修复材料及其制备方法与流程

本发明涉及非开挖管道，特别涉及一种fipp热塑修复材料及其制备方法。

背景技术：

1、城市排水管道被称为城市的“地下生命线”，肩负着城市排污、排涝的重要任务。随着时间推移，地下管道经历着外部环境变化、内部腐蚀等因素的破坏，城市中许多地下管道出现了裂纹，漏水等现象，严重的甚至发生了爆裂现象，由地下管网线引起的“城市内涝、管线事故、地面塌陷、环境污染”等呈“高发、易发”态势，严重危害人们的生活和出行安全。鉴于此，对老旧管道的修复治理成为目前水环境治理及城市更新的重要工作。

2、作为非开挖管道修复技术的一种，热塑成型是一种新型的管道非开挖修复技术，它是指将工厂预制衬管加热软化，牵引置入原有管道内部，通过加热加压使其与原管道紧密贴合，然后冷却形成内衬管，达到修复目的，简称fipp(formed-in-place pipe)。该技术主要利用热塑性高分子材料可多次加热成型、重复使用的特点，材料出厂就是成品材料，内衬管道可工厂预制生产，无需现场固化，提高了非开挖管道修复的工程质量。

3、现有的fipp热塑修复材料主要为pvc内衬管，pvc内衬管具有耐腐蚀性强、强度高、刚性好等特点。虽然初步实现了产业化，但在实际应用过程中，仍存在以下缺陷：1、材料耐磨性差，fipp热塑修复材料通常采用拉入的方式进入旧管道，在将其加热软化牵引置入原管道内部进行修复过程中，常与管道井壁、原管道内壁产生磨损划伤，且在修复后的使用过程中，受到排污废水的长期冲刷，也容易造成磨损，导致其强度下降。2、由于埋深较深、地下水位较高的旧管采用fipp热塑修复材料进行结构性修复时要求修复后的内衬管壁厚较大，一方面较厚的内衬管材料自重较大，施工过程中所需牵拉引力较大时，内衬管存在拉裂的问题，并不适宜于长距离修复时一次施工成型；另一方面较厚的内衬管会减小管道内空截面积，进而对管道过流能力造成一定影响。3、较厚的内衬管材料所需加热软化时间较长，大大降低了施工效率。4、材料施工过程中，由于重力作用或原管道内积水无法完全清理干净的情况下，往往造成pvc内衬管软化施工完后，一侧厚度偏薄，达不到技术要求的问题。

4、cn109810430b公开了一种利用聚氯乙烯生产热塑成型法管道修复的管材配方中提出用改性的pvc材料解决了pvc内衬管加热软化的问题。cn114752156a公开了一种热塑成型管道非开挖修复材料及其制备方法，解决了材料抵抗弯曲变形的能力。但是以上制备方法仍存在耐磨性差、抗拉强度不足、导热性能低、尺寸稳定性不足、不适宜破损严重、埋深较大、且地下水位较高的中大型管道的修复。

5、此外，虽然二氧化硅硬度大，具有良好的耐磨性，但是纳米二氧化硅表面含大量的羟基，颗粒之间容易形成团聚体，颗粒间作用力大，容易导致纳米二氧化硅在聚氯乙烯(pvc)聚合物中难以均匀分散，造成pvc与纳米二氧化硅之间的界面作用减弱，不利于pvc性能的提升。纳米二氧化硅的改性方法主要有以下几种：物理法、化学法和聚合物接枝法等。目前通常采用钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂等偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性，而单独使用此类偶联剂改性并不适用于pvc树脂基体，虽然改性后的纳米二氧化硅制作的fipp热塑修复材料耐磨性得到提高，但材料的韧性和加工性能大大下降。pvc材料添加玻璃纤维作为增强材料已越来越普遍，所采用的玻璃纤维为短玻璃纤维，在加工过程中，短玻璃纤维与树脂相容性较差，需使用偶联剂对玻璃纤维表面改性以解决界面相容性等问题，如cn103554752a公开了一种用氨基硅烷偶联剂处理的玻璃纤维来解决界面相容性的问题，但该类偶联剂并不适用于pvc树脂基体，且加工过程中玻璃纤维在螺杆和机筒之间仍存在较大的磨损，所制得的材料增强效果达不到理想要求。

6、因此，行业内亟需针对破损严重、埋深较大、且高地下水位的中大型排水管道修复应用，研发生产一种不仅耐磨、导热性能好以及抗拉强度高，而且结构性能优异(弹性模量等指标)、具有低收缩率和高尺寸稳定性(低蠕变)、壁厚较薄的fipp热塑修复材料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服背景技术的不足之处而提供一种耐磨性能好、拉伸强度高、导热性能好，且具有低收缩率和高尺寸稳定性(低蠕变)，在恶劣温度条件下，具有高力学性的fipp热塑修复材料及其制备方法。

2、为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种fipp热塑修复材料包括按重量份数计的如下组分：100份聚氯乙烯树脂、5～20份改性纳米二氧化硅、5～10份改性长玻璃纤维、3～6份增韧剂、1.8～2.2份热稳定剂、1.6～2.4份润滑剂和0.5～1.0份热可逆交联剂。

3、基于一个发明总的构思，本发明的实施例提供了一种fipp热塑修复材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：称取聚氯乙烯树脂、改性长玻璃纤维加入高速混合机中加热进行搅拌，控制温度和转速，加入热稳定剂、增韧剂、热可逆交联剂和润滑剂，再加入改性纳米二氧化硅，随后转入冷混设备中继续混合，直至50℃以下后排出、过筛、冷却，得到混合料；

5、s2：将混合料在常温下放置熟化，再输入双螺杆挤出机中进行塑化挤出，经真空定型、折叠、牵引、加热、切割、收卷，制得fipp热塑修复材料。

6、优选的，所述改性纳米二氧化硅的制备过程为：

7、将纳米二氧化硅在105℃下干燥3h；

8、将六甲基二硅氮烷溶于硅酸钠水溶液中，然后机械搅拌分散15min，调节ph，并于室温下加入干燥后的纳米二氧化硅和eva乳液，混合均匀，利用超声水浴分散处理30min，然后加热至80℃并恒温，待反应结束后，进行真空抽滤、干燥、研磨，即得。利用弹性体乙烯醋酸乙烯酯共聚物(eva)进行原位液相表面修饰改性纳米二氧化硅，因eva与pvc属于相容体系，使得纳米二氧化硅可以更均匀分散在pvc树脂基体中；同时，eva具有良好的塑性、弹性和耐高温性能，eva与纳米二氧化硅可以形成互穿网络，使得材料的韧性、耐热性大幅提高，能够有效解决fipp热塑修复材料在施工过程中反复加热带来的性能损失，实现本发明中fipp热塑修复材料耐磨性和加工性能的同步提升，还解决了纳米二氧化硅易因表面活性羟基而团聚等问题。

9、优选的，所述eva乳液中eva含量为20％～35％。

10、优选的，所述步骤s1的混合料的具体制备过程为如下：

11、在0～400r/min的条件下，将聚氯乙烯树脂、改性长玻璃纤维加入高速混合机混合室；

12、在40～60℃且转速1000～1200r/min的条件下，加入热稳定剂；

13、在50～90℃且转速1000～1200r/min的条件下，加入增韧剂、热可逆交联剂和润滑剂；

14、在80～100℃且转速1000～1200r/min的条件下，加入改性纳米二氧化硅；

15、在1000～1200r/min的条件下充分搅拌，直至温度达到115～120℃后转入冷混设备中，在500～600r/min的条件下继续混合，冷混至50℃以下时，排出、过筛，即得。首先加入聚氯乙烯树脂(pvc)与改性长玻璃纤维初步预混，控制温度在60℃之前加入热稳定剂，充分发挥热稳定剂对pvc树脂的稳定作用，避免pvc树脂降解变色；润滑剂早加入有利于物料凝胶化作用；然后加入其他试剂与pvc混合；最后加入改性纳米二氧化硅，一方面避免了无机填料对润滑剂的吸收，另一方面也减少这些较硬颗粒对混料设备的磨损。

16、优选的，所述步骤s2中放置熟化时间为12～24h。

17、优选的，所述步骤s2中塑化挤出的温度分为：一区185～190℃，二区180～185℃，三区175～180℃，四区165～170℃，合流芯160～165℃；其中，模具加热区温度分别控制在185～195℃和200～210℃。

18、优选的，所述改性长玻璃纤维为长玻璃纤维经3-氯丙基甲基二氯硅烷表面改性处理所得；其中，长玻璃纤维为无碱玻璃纤维无捻粗纱，直径为10～20um。本发明采用含氯偶联剂(3-氯丙基甲基二氯硅烷)对长玻璃纤维进行表面活化处理后，作为增强材料添加到原料中，相比于其他偶联剂，含氯偶联剂与pvc基体具有更好的相容性，提高了长玻璃纤维与pvc基体间的界面相容性、界面结合力；另一方面减小了纤维在加工过程中的磨损，提高了材料的整体力学性能，且使制得的fipp热塑修复材料具有低收缩率和高的尺寸稳定性，同时改性长玻璃纤维均匀的分散在pvc基体中，形成了致密的导热网络，有效地提高了该热塑修复材料的导热性能。

19、优选的，所述纳米二氧化硅纯度大于99％，粒径为10～200nm。

20、优选的，所述聚氯乙烯树脂为sg-3、sg-5中的至少一种；所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯、丙烯酸酯类共聚物中的至少一种；所述热稳定剂为钙锌环保稳定剂；所述热可逆交联剂为双环戊二烯二甲酸盐、双环戊二烯二羧酸钠盐、双环戊二烯衍生物羧酸盐中的至少一种；所述润滑剂为聚乙烯蜡、op蜡、硬脂酸、氯化石蜡、硬脂酸钙中的至少一种。

21、本发明的上述方案具有如下的有益效果：

22、本发明利用弹性体乙烯醋酸乙烯酯共聚物(eva)进行原位液相表面修饰包覆改性纳米二氧化硅制得改性纳米二氧化硅，而改性后的纳米二氧化硅作为fipp热塑修复材料的填料，有助于提高其在pvc树脂基体中的分散性；此外，通过共混实现pvc耐磨性能，力学性能(拉伸、冲击)和加工性能的同步提高；通过利用3-氯丙基甲基二氯硅烷对长玻璃纤维进行表面浸润处理，提高了长玻璃纤维与pvc基体间的界面相容性、界面结合力，通过改性长玻璃纤维的引入，进一步的提高了材料整体力学性能和导热性，使其具有低收缩率和高的尺寸稳定性(低蠕变)，且在恶劣温度条件下，具有高力学性能保持性。有效的解决了现有fipp热塑修复材料抗拉强度不足，加热软化时间长，易形变等问题。本发明还提供了一种简便、易工业化生产的制备方法，本发明提供的fipp热塑修复材料可针对破损严重、埋深较大、且高地下水位的中大型排水管道进行非开挖修复，提高了其在管道修复中的应用。