一種複合管材及其製造方法
2023-06-23 00:24:31
專利名稱：一種複合管材及其製造方法
技術領域：
本發明涉及工程領域，尤其是涉及一種複合管材及其製造方法。
背景技術：
高濃度聚乙烯(High Density Polyethylene，簡稱為「HDPE」)作為一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂，以其無毒、價廉、優異的耐溼性、良好的力學性能、良好的化學穩定性、優良的耐寒性能以及易成型加工等特點，被廣泛的用於日常生活和工農業生產中。例如HDPE雙壁波紋管，被用於市政排水、排汙管道系統工程；公寓、住宅小區地下埋設排水排汙；高速公路預埋管道，高爾夫球場地下滲水管網；農田水利灌溉輸水、排澇等水利工程;化工、礦山用於流體的輸送及通風等；地下管線的保護套管和通信電纜護套管等多種領域。但是這種由於HDPE本身的韌性不夠高，硬度低以及耐環境應力開裂性不夠高等缺點，HDPE雙壁波紋管中一般會有含有化學物質的汙水等流體通過，在化學物質與外界應力的雙重作用下，使得HDPE發生降解，從而導致HDPE雙壁波紋管的損壞，從而造成了 HDPE雙壁波紋管的使用範圍被制約。另一種HDEP鋼帶纏繞管在一定程度上解決了上述HDPE雙壁波紋管韌性不夠高，硬度低以及耐環境應力開裂性不夠高等缺點。該HDEP鋼帶纏繞管是在以HDPE為基體的管材外側壁上纏繞金屬帶，例如鋼帶等。金屬帶是HDPE雙壁波紋管的主要支撐結構，而金屬的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性都高於HDPE。HDPE的作用則是耐腐蝕、耐磨損，因此在HDEP鋼帶纏繞管中用料較少。但是金屬材料的價格遠高於HDPE的價格造成了製作的HDPE鋼帶纏繞管的成本較高。
發明內容
本發明提出了一種複合管材及其製造方法，能夠降低管材的製造成本。為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種複合管材，所述複合管材按重量百分比計，包括改性納米碳酸鈣2%_15%、HDPE62%-70%、納米碳酸鈣20%_28%以及潤滑劑O. 5%_6%。優選地，所述改性納米碳酸鈣通過將納米碳酸鈣與水混合併加熱形成納米碳酸鈣與水的混合物後，再在所述納米碳酸與水的混合物中加入偶聯劑的方法得到；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣的含量為20%_50% ;所述水的含量為50%_80% ；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為88%_95% ;所述偶聯劑的含量為5%-12%。優選地,所述複合管材按重量百分比計,包括改性納米碳酸I丐8%、HDPE65%、納米碳酸鈣25%以及潤滑劑2%。優選地，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或聚乙烯蠟。優選地，所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。一種複合管材的製造方法，包括
製備改性納米碳酸鈣；將改性納米碳酸鈣、HDPE、納米碳酸鈣以及潤滑劑混合製成粒狀的混合料；將粒狀的混合料融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；將初胚冷卻定型，並加工成管材；其中，按照重量百分比計，所述混合料中改性納米碳酸鈣的含量為2%_15% ；HDPE的含量為62%-70% ;所述納米碳酸鈣的含量為20%-28% ;所少數潤滑劑的含量為O. 5%_6%。優選地，所述製備改性納米碳酸鈣的過程包括將納米碳酸鈣與水混合併加熱形成納米碳酸鈣與水的混合物；在納米碳酸鈣與水的混合物中加入偶聯劑，將加入偶聯劑的納米碳酸鈣乾燥製成改性納米碳酸鈣；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣的含量為20%_50% ;所述水的含量為50%_80% ；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為88%_95% ;所述偶聯劑的含量為5%-12%。優選地，按重量百分比計，所述納米碳酸鈣的含量為40% ;所述水的含量為60% ；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為90% ;所述偶聯劑的含量為10% O優選地，所述將納米碳酸鈣與水混合併加熱的溫度為140°C -170°C。優選地，其特徵在於，所述將粒狀的混合料融化的溫度為150°C -170°C。本發明提供的複合管材及其製造方法相比現有技術而言，製造複合管材的材料包括改性納米碳酸鈣、納米碳酸鈣、HDPE以及潤滑劑，材料價格便宜，相比HDPE鋼帶纏繞管，夠降低管材的製造成本。並且，本發明提供的複合管材以HDPE為母料，加入改性納米碳酸鈣以及納米碳酸鈣使得複合材料具有更好的力學性能，相比HDPE雙壁波紋管，具有更好的韌性，更好的硬度低以及更強的耐環境應力開裂性。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一個簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發明實施例二所提供的複合管材的製造方法的流程圖；圖2是本發明實施例三所提供的複合管材的製造方法中改性納米碳酸鈣的製備方法的流程圖；圖3是本發明實施例四所提供的複合管材的製造方法的流程圖；圖4是本發明實施例五所提供的複合管材的製造方法的流程圖；圖5是本發明實施例六所提供的複合管材的製造方法的流程圖；圖6是本發明實施例七所提供的複合管材的製造方法的流程圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明所提供的複合管材及其製造方法，通過在以HDPE為基體的材料中添加改性納米碳酸鈣從而提高管材本身的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性。且該複合管材的製造方法能夠降低管材的製造成本。本發明實施例一提供了一種複合管材。在實施例一所提供的複合管材中，按重量百分比計，包括改性納米碳酸鈣2%-15%、HDPE62%-70%、納米碳酸鈣20%_28%以及潤滑劑
O.5%-6%。本發明實施例一所提供的複合管材，本發明提供的複合管材及其製造方法相比現有技術而言，製造複合管材的材料包括改性納米碳酸鈣、納米碳酸鈣、HDPE以及潤滑劑，材料價格便宜，相比HDPE鋼帶纏繞管，夠降低管材的製造成本。並且，本發明提供的複合管材以HDPE為母料，加入改性納米碳酸鈣以及納米碳酸鈣使得複合材料具有更好的力學性能，相比HDPE雙壁波紋管，具有更好的韌性，更好的硬度低以及更強的耐環境應力開裂性。納米碳酸鈣又稱超微細碳酸鈣。標準的名稱即超細碳酸鈣。納米碳酸鈣應用最成熟的行業是塑料工業。主要應用於高檔塑料製品，可改善塑料母料的流變性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韌補強的作用，提高塑料的彎曲強度和彎曲彈性模量，熱變形溫度和尺寸穩定性。因此在本發明實施例一所提供的複合管材中，以HDPE作為母料，並加入納米碳酸鈣，可以使複合管材具備較之HDPE材料所製作的管材具有更好的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性。在本實施例一中，所述改性納米碳酸鈣通過將納米碳酸鈣與水混合併加熱形成納米碳酸鈣與水的混合物後，再在所述納米碳酸鈣與水的混合物中加入偶聯劑的方法得到；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣的含量為20%-50% ;所述水的含量為50%-80% ;按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為88%-95% ;所述偶聯劑的含量為5%-12%。偶聯劑是在塑料配混中，改善合成樹脂與無機填充劑或增強材料的界面性能的一種塑料添加劑。又稱表面改性劑。它在塑料加工過程中可降低合成樹脂熔體的粘度，改善填充劑的分散度以提高加工性能，進而使製品獲得良好的表面質量及機械性能等。納米碳酸鈣和偶聯劑混合後，形成表面改性的改性納米碳酸鈣，在複合管材中加入改性納米碳酸鈣，使得複合管材的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性更好。在上述實施例一中，優選地，所述複合管材按重量百分比計，包括改性納米碳酸鈣8%、HDPE65%、納米碳酸鈣25%以及潤滑劑2%。這樣，可以使得複合管材的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性達到最優。在上述實施例一中，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或者聚乙烯蠟。石蠟、硬磷酸脂或者聚乙烯蠟能使得各個材料之間的結合更加的緊密。所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。上述偶聯劑均能使得納米碳酸鈣的表面性質發生改性，進而使得納米碳酸鈣轉化為改性納米碳酸鈣，有利於後續管材的製作。參見圖1，本發明實施例二提供了一種複合管材的製造方法，包括
步驟101 :製備改性納米碳酸鈣；步驟102 :將改性納米碳酸鈣、HDPE、納米碳酸鈣以及潤滑劑混合製成粒狀的混合 料；步驟103 :將粒狀的混合料融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；步驟104 :將初胚冷卻定型，並加工成管材；其中，按照重量百分比計，所述混合料中改性納米碳酸鈣的含量為2%_15% ；HDPE 的含量為62%-70% ;所述納米碳酸鈣的含量為20%-28% ;所少數潤滑劑的含量為0. 5%_6%。在本實施例中，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或者聚乙烯蠟。在本發明實施例二所提供的複合管材的製造方法中，以HDPE為母料，加入改性納 米碳酸鈣以及納米碳酸鈣使得複合材料具有更好的力學性能，相比HDPE雙壁波紋管，具有 更好的韌性，更好的硬度低以及更強的耐環境應力開裂性。並且，製造複合管材的材料包括 改性納米碳酸鈣、納米碳酸鈣、HDPE以及潤滑劑，材料價格便宜，相比HDPE鋼帶纏繞管，生 產成本更低。綜上所述，本發明提供的複合管材及其製造方法，能夠提高管材本身的韌性、 硬度以及耐環境應力開裂性，並降低管材的製造成本。參見圖2所示，在本發明實施例三所提供的複合管材的製造方法中，所述製備改 性納米碳酸鈣的過程包括步驟201 :將納米碳酸鈣與水混合併加熱形成納米碳酸鈣與水的混合物；步驟202 :在納米碳酸鈣與水的混合物中加入偶聯劑，並將加入偶聯劑的納米碳 酸鈣與水的混合物乾燥製成改性納米碳酸鈣。其中，在製備改性納米碳酸鈣的額過程中，所述納米碳酸鈣與水按重量百分比計， 所述納米碳酸鈣的含量為20%-50% ;所述水的含量為50%-80% ;所述納米碳酸鈣與水的混合 物與偶聯劑按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為88%-95% ;所述偶聯 劑的含量為5%-12%。在本實施例中所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。由於納米碳酸鈣本身為粉末狀的，且偶聯劑一般由兩部分組成一部分是親無機 基團，可與無機填充劑或增強材料作用；另一部分是親有機基團，可與合成樹脂作用，因此 為了能夠使得納米碳酸鈣與偶聯劑的親無機基團充分作用，因此需要將粉狀的納米碳酸鈣 和水混合製成納米碳酸鈣與水的混合物，並且在加熱的條件下，在納米碳酸鈣與水的混合 物中加入偶聯劑，使得偶聯劑中的親無機基團能夠充分的與納米碳酸鈣作用。將已經和 偶聯劑作用的改性納米碳酸鈣加入以HDPE為母料的材料中時，偶聯劑中的親有機基團和 HDPE作用，使得製作成的複合管材具備更好的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性。在本實施例三中，優選地，所述納米碳酸鈣與水按重量百分比計，所述納米碳酸鈣 的含量為40% ;所述水的含量為60% ;所述納米碳酸鈣與水的混合物與偶聯劑按重量百分比 計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為90% ;所述偶聯劑的含量為10%。這樣，可以使得 做做成的複合管材具備更好的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性。在本發明所提供的柱塞的製造方法的各個實施方式中，作為優選方案，所述將納 米碳酸鈣與水混合併加熱的溫度為140°C -170°C。在這個溫度下，既不會影響納米碳酸鈣 以及偶聯劑的性狀，又能夠使得納米碳酸鈣和水充分混合製成納米碳酸鈣與水的混合物， 且使得納米碳酸鈣與水的混合物和偶聯劑充分的反應。
在本發明所提供的柱塞的製造方法的各個實施方式中，作為優選方案，所述混合料中改性納米碳酸鈣的含量為8% ；HDPE的含量為65% ;所述納米碳酸鈣的含量為25% ;所少數潤滑劑的含量為2%。可以使得複合管材的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性達到最優。在本發明所提供的柱塞的製造方法的各個實施方式中，作為優選方案，所述將粒狀的混合料融化的溫度為150°C -170°C。這樣，可以保證粒料的充分融化，又保證了粒料的形狀不發生變化。所述將初胚冷卻定型為使用風冷對所述初胚進行冷卻定型。使用風冷對初胚進行冷卻定型，可以保證最後製作成的複合管材的密度較大，使得其韌性、硬度以及耐環境應力開裂性達到更好。參見圖3，在本發明實施例四所提供的複合管材的製造方法中，包括步驟301 :按重量百分比計，將納米碳酸鈣20%_50%以及水50%_80%，混合，並加熱至140°C _170°C，製成納米碳酸鈣與水的混合物；步驟302 :按重量百分比計，在納米碳酸鈣與水的混合物88%_95%中加入偶聯劑5%-12%，並將加入偶聯劑的納米碳酸鈣與水的混合物乾燥製成改性納米碳酸鈣；步驟303 :按重量百分比計，將改性納米碳酸鈣2%_15%、HDPE62%_70%、納米碳酸鈣20%-28%以及潤滑劑O. 5%-6%混合製成粒狀的混合料；步驟304 :將粒狀的混合料在150°C _170°C的溫度下融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；步驟305 :使用風冷對所述初胚進行冷卻定型，並加工成管材。在本實施例中，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或者聚乙烯蠟。所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。參見圖4，在本發明實施例五所提供的複合管材的製造方法中，包括步驟401 :按重量百分比計，將納米碳酸鈣40%以及水60%，混合，並加熱至165°C，製成納米碳酸鈣與水的混合物；步驟402 :按重量百分比計，在納米碳酸鈣與水的混合物90%中加入偶聯劑10%，並將加入偶聯劑的納米碳酸鈣與水的混合物乾燥製成改性納米碳酸鈣；步驟403 :按重量百分比計，將改性納米碳酸鈣8%、HDPE65%、納米碳酸鈣25%以及潤滑劑2%混合製成粒狀的混合料；步驟404 :將粒狀的混合料在160°C的溫度下融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；步驟405 :使用風冷對所述初胚進行冷卻定型，並加工成管材。在本實施例中，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或者聚乙烯蠟。所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。參見圖5，在本發明實施例六所提供的複合管材的製造方法中，包括步驟501 :按重量百分比計，將納米碳酸鈣20%以及水80%，混合，並加熱至140°C，製成納米碳酸鈣與水的混合物；步驟502 :按重量百分比即，在納米碳酸鈣與水的混合物88%中加入偶聯劑_12%，並將加入偶聯劑的納米碳酸鈣與水的混合物乾燥製成改性納米碳酸鈣；步驟503 :按重量百分比計，將改性納米碳酸鈣2%、HDPE70%、納米碳酸鈣27. 5%以及潤滑劑O. 5%混合製成粒狀的混合料；步驟504 :將粒狀的混合料在150°C的溫度下融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；步驟505 :使用風冷對所述初胚進行冷卻定型，並加工成管材。在本實施例中，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或者聚乙烯蠟。所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。參見圖6，在本發明實施例七所提供的複合管材的製造方法中，包括步驟601 :按重量百分比計，將納米碳酸鈣50%以及水50%，混合，並加熱至170°C，製成納米碳酸鈣與水的混合物；步驟602 :按重量百分比計，在納米碳酸鈣與水的混合物95%中加入偶聯劑5%，並將加入偶聯劑的納米碳酸鈣與水的混合物乾燥製成改性納米碳酸鈣；步驟603 :按重量百分比計，將改性納米碳酸鈣15%、HDPE62%、納米碳酸鈣17%以及潤滑劑6%混合製成粒狀的混合料；步驟604 :將粒狀的混合料在170°C的溫度下融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；步驟605 :使用風冷對所述初胚進行冷卻定型，並加工成管材。在本實施例中，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或者聚乙烯蠟。所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種複合管材，其特徵在於，所述複合管材按重量百分比計，包括改性納米碳酸鈣2%-15%、HDPE62%-70%、納米碳酸鈣 20%_28% 以及潤滑劑 O. 5%_6%。
2.根據權利要求I所述的複合管材，其特徵在於，所述改性納米碳酸鈣通過將納米碳酸鈣與水混合併加熱形成納米碳酸鈣與水的混合物後，再在所述納米碳酸與水的混合物中加入偶聯劑的方法得到；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣的含量為20%-50% ;所述水的含量為50%-80% ；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為88%-95% ;所述偶聯劑的含量為 5%-12%。
3.根據權利要求I或2所述的複合管材，其特徵在於，所述複合管材按重量百分比計，包括改性納米碳酸鈣8%、HDPE65%、納米碳酸鈣25%以及潤滑劑2%。
4.根據權利要求I或2所述的複合管材，其特徵在於，所述潤滑劑為石蠟、硬磷酸脂或聚乙烯蠟。
5.根據權利要求2所述的複合管材，其特徵在於，所述偶聯劑為鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑或矽烷偶聯劑。
6.一種複合管材的製造方法，其特徵在於，包括製備改性納米碳酸鈣；將改性納米碳酸鈣、HDPE、納米碳酸鈣以及潤滑劑混合製成粒狀的混合料；將粒狀的混合料融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；將初胚冷卻定型，並加工成管材；其中，按照重量百分比計，所述混合料中改性納米碳酸鈣的含量為2%-15% ；HDPE的含量為62%-70% ;所述納米碳酸鈣的含量為20%-28% ;所少數潤滑劑的含量為O. 5%_6%。
7.根據權利要求6所述的複合管材的製造方法，其特徵在於，所述製備改性納米碳酸鈣的過程包括將納米碳酸鈣與水混合併加熱形成納米碳酸鈣與水的混合物；在納米碳酸鈣與水的混合物中加入偶聯劑，將加入偶聯劑的納米碳酸鈣乾燥製成改性納米碳酸鈣；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣的含量為20%-50% ;所述水的含量為50%-80% ；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為88%-95% ;所述偶聯劑的含量為 5%-12%。
8.根據權利要求7所述的複合管材的製造方法，其特徵在於，按重量百分比計，所述納米碳酸鈣的含量為40% ;所述水的含量為60% ；按重量百分比計，所述納米碳酸鈣與水的混合物的含量為90% ;所述偶聯劑的含量為10%。
9.根據權利要求7或8所述的複合管材的製造方法，其特徵在於，所述將納米碳酸鈣與水混合併加熱的溫度為140°C -170°C。
10.根據權利要求6-8任意一項所述的複合管材的製造方法，其特徵在於，所述將粒狀的混合料融化的溫度為150°C -170°C。
全文摘要
本發明涉及工程領域，尤其是涉及一種複合管材及其製造方法。所述複合管材的製造方法包括製備改性納米碳酸鈣；將改性納米碳酸鈣、HDPE、納米碳酸鈣以及潤滑劑混合製成粒狀的混合料；將粒狀的混合料融化並通過模具定徑擠出形成複合管材的初胚；將初胚冷卻定型，並加工成管材；其中，按照重量百分比計，所述混合料中以及所述複合管材中改性納米碳酸鈣的含量為2%-15%；HDPE的含量為62%-70%；所述納米碳酸鈣的含量為20%-28%；所少數潤滑劑的含量為0.5%-6%。本發明提供的複合管材及其製造方法，能夠提高管材本身的韌性、硬度以及耐環境應力開裂性，並降低管材的製造成本。
文檔編號C08K9/04GK102942732SQ201210504349
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者李子清, 姜聖 申請人:重慶美爾康塑膠有限公司