一种铺放管材及其制备工艺

摘要

本发明涉及一种铺放管材及其制备工艺，属于特种管材生产技术领域，该管材由网笼和复合胶料浇注制成，所述复合胶料包括如下重量份原料：改性聚丙烯颗粒65‑80份、聚乙烯颗粒45‑60份、丁基橡胶粉12‑20份、抗氧剂1.8‑2.1份、成核剂0.4‑0.6份、流平剂3.5‑5份；其中改性聚丙烯颗粒先以烯丙基氯和磷酸生成含有双键和磷酸基团的聚合单体，再催化聚合形成聚合物，该聚合物侧链上的磷酸基团与金属作用形成磷酸盐络合物，以共价键的形式把聚合物牢固地连接到金属基材上，大大提升胶料层的与金属基材的结合力，解决钢塑复合管材易剥落的问题，同时钢丝以网笼形式作为管材的骨架，赋予管材优异的抗压性能。

权利要求

1.一种铺放管材，由网笼和复合胶料浇注制成，其特征在于，所述复合胶料包括如下原料：

改性聚丙烯颗粒、聚乙烯颗粒、丁基橡胶粉、抗氧剂、成核剂和流平剂；

所述改性聚丙烯颗粒由以下步骤制备：步骤A1：取烯丙基氯和磷酸混合加入反应器，再加入无水乙醇和碘化钾，氮气保护下，水浴加热至32‑37℃，搅拌反应3‑5h，通入氨气调节反应液pH值为6‑7，分液取有机相，除去无水乙醇，制得聚合单体；

步骤A2：取聚合单体和丙酮加入反应器中，再加入偶氮二异丁腈，密封下室温搅拌反应

2‑3h，然后通风搅拌，制得改性聚丙烯树脂；

步骤A3：将改性聚丙烯树脂和塑化剂DOP混合塑炼，之后挤出造粒，制成改性聚丙烯颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种铺放管材，其特征在于，步骤A1中，烯丙基氯、磷酸、无水乙醇和碘化钾的用量比为1mol：1.1‑1.3mol：8‑12mL：1.3‑1.7g。

3.根据权利要求1所述的一种铺放管材，其特征在于，步骤A2中，聚合单体、丙酮、偶氮二异丁腈的用量比为15mL：20mL：0.4‑0.6g。

4.根据权利要求1所述的一种铺放管材，其特征在于，步骤A3中，改性聚丙烯颗粒、塑化剂DOP的用量质量比为100:1.2‑1.5。

5.根据权利要求1所述的一种铺放管材，其特征在于，步骤A3中，改性聚丙烯颗树脂使用前采用50目筛网过滤。

6.根据权利要求1所述的一种铺放管材，其特征在于，步骤A3中，混合塑炼的温度为

160‑180℃，塑炼时间为2‑3h。

7.根据权利要求1所述的一种铺放管材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：网笼制备：采用钢丝扎成网笼，设置内环钢丝密度为1.8‑2.2cm/根，外环钢丝密度为

3.5‑4cm/根，内环和外环的钢丝通过钢丝焊接连接，钢丝的密度为10‑12cm/根；

网笼处理：将网笼采用碳酸钠溶液在40‑50℃下碱洗，自来水清洗后采用稀硫酸酸洗，再次自来水清洗、晾干备用；

复合胶料制备：将改性聚丙烯颗粒、聚乙烯颗粒、丁基橡胶粉和抗氧剂在190‑210℃下密炼处理，之后加入成核剂和流平剂，搅拌5‑10min，再由螺杆挤出机将混料挤出，设置出料温度为140‑150℃，制成复合胶料；

浇注成型：模具预热至80‑100℃，将网笼放入模具中定位，将复合胶料挤入模具中，冷却成型、切边，制得铺放管材。

8.根据权利要求1所述的一种铺放管材，其特征在于，复合胶料的原料的具体重量份如下：改性聚丙烯颗粒65‑80份、聚乙烯颗粒45‑60份、丁基橡胶粉12‑20份、抗氧剂1.8‑2.1份、成核剂0.4‑0.6份和流平剂3.5‑5份。

说明书

一种铺放管材及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明属于特种管材生产技术领域，具体地，涉及一种铺放管材及其制备工艺。

背景技术

[0002] 在工业和民用工程中，各种流体或者气体多采用管道进行输送，于是，现有技术中有各式各样的管材，塑料类管材因其抗渗好、耐腐蚀、易于成型而备受青睐，常用于酸、碱、
蒸汽等输送，水泥管承压能力强、使用寿命长、价格低廉，常用于给排水工程建设中。

[0003] 化工生产中通常需要对化工原料及化工污水进行输送，用于输送的管道必须具有良好的抗压性能和抗渗性能，常见的塑料类管材抗压性能不佳，铺设在地下的管道易被压
裂，造成泄漏，水泥管材抗渗性能不好，随着使用时间增加，化工污水易渗入地下且不易被
发现，造成严重的环境污染，现有技术中，也有钢塑复合管材，该种管材以钢板制成基层管
材，在表面喷覆塑料胶料，但是其塑料胶料与钢板的结合强度不高，在反复受压工况下，塑
料层与钢板层易剥落，使用寿命不长。

发明内容

[0004] 为了克服技术背景中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种铺放管材及其制备工艺。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0006] 一种铺放管材由网笼和复合胶料浇注制成，所述复合胶料包括如下重量份原料：

[0007] 改性聚丙烯颗粒65‑80份、聚乙烯颗粒45‑60份、丁基橡胶粉12‑20份、抗氧剂1.8‑2.1份、成核剂0.4‑0.6份、流平剂3.5‑5份；

[0008] 改性聚丙烯颗粒由以下步骤制备：

[0009] 步骤A1：取烯丙基氯和磷酸混合加入反应器，之后向反应器中加入无水乙醇和碘化钾，使用氮气排出反应器内空气，水浴加热32‑37℃，控制搅拌速度为180‑240r/min，反应
3‑5h，之后向反应液中通入氨气至反应液pH为6‑7，静置分液，取下层液相，室温下搅拌5‑
8h，将反应液中的无水乙醇挥发，制得聚合单体；

[0010] 具体反应过程如下：

[0011]

[0012] 步骤A2：取聚合单体和丙酮加入反应器中，再加入偶氮二异丁腈，将反应器密封，室温下，控制搅拌速度为200‑250r/min，反应2‑3h，然后反应器再通风条件下，降低搅拌速
度为40‑60r/min，继续搅拌8‑10h，制得改性聚丙烯树脂；

[0013] 具体反应过程如下：

[0014]

[0015] 步骤A3：将改性聚丙烯树脂和塑化剂DOP加入开放式塑炼设备中，控制塑炼温度为160‑180℃，塑炼2‑3h，之后挤出造粒，制成改性聚丙烯颗粒。

[0016] 进一步地，步骤A1中，烯丙基氯、磷酸、无水乙醇和碘化钾的用量比为1mol：1.1‑1.3mol：8‑12mL：1.3‑1.7g。

[0017] 进一步地，步骤A2中，聚合单体、丙酮、偶氮二异丁腈的用量比为15mL：20mL：0.4‑0.6g。

[0018] 进一步地，步骤A3中，改性聚丙烯颗粒、塑化剂DOP的用量质量比为100:1.2‑1.5，改性聚丙烯树脂使用前采用50目筛网过滤。

[0019] 进一步地，抗氧剂为双酚A。

[0020] 进一步地，成核剂为成核剂DX‑Z3C。

[0021] 进一步地，流平剂为流平剂BYK‑358N。

[0022] 一种铺放管材的制备工艺，包括如下步骤：

[0023] 网笼制备：采用钢丝扎成网笼，设置内环钢丝密度为1.8‑2.2cm/根，外环钢丝密度为3.5‑4cm/根，内环和外环的钢丝通过钢丝焊接连接，钢丝的密度为10‑12cm/根；

[0024] 网笼处理：将网笼置于碳酸钠溶液中，在40‑50℃下清洗10‑15min，采用自来水冲洗网笼1‑2次，再将网笼置于稀硫酸中浸泡8‑10min，之后用自来水冲洗1‑2次，晾干备用；

[0025] 复合胶料制备：按重量份改性将聚丙烯颗粒、聚乙烯颗粒、丁基橡胶粉和抗氧剂加入密炼机中，控制温度190‑210℃，搅拌速度为200‑300r/min密炼处理20‑30min，之后向密
炼机中加入成核剂、消泡剂和流平剂，搅拌5‑10min，再由螺杆挤出机将混料挤出，设置出料
温度为140‑150℃，制成复合胶料；

[0026] 浇注成型：模具预热至80‑100℃，将网笼放入模具中定位，将复合胶料挤入模具中，冷却成型、切边，制得铺放管材。

[0027] 本发明的有益效果：

[0028] 本发明在制备铺放管材的过程中制备了一种改性聚丙烯颗粒，其以烯丙基氯和磷酸为原料，在碘化钾的催化作用下发生取代反应，生成含有双键和磷酸基团的聚合单体，再
由聚合单体在偶氮二异丁腈催化下发生加聚反应，生成侧链含有磷酸基团的聚丙烯树脂，
最后将树脂塑化造粒，该种改性聚丙烯颗粒侧链上的磷酸基团上的磷羟基与金属表面有较
强的螯合作用，可以与多价金属作用形成磷酸盐络合物，进而形成一层致密的磷化膜，一来
以共价键的形式把聚合物牢固地连接到金属基材上，成为聚合物与金属基材之间的桥梁，
从而提高胶料与金属的结合力，解决胶料层剥落问题，二来致密的磷化膜可以将金属基材
表面钝化防止表面生锈，大大提升管材的使用寿命。

[0029] 本发明提供的一种铺放管材由网笼和复合胶料浇注制成，以钢丝网笼为骨架，在受力时起到支撑和回复作用，具有良好的抗压、抗拉性能，且网笼进行碱洗和酸洗处理，去
除表面杂质，使得磷酸基团更好的与金属基材反应得到化学键，另一方面对钢丝表面糙化，
增加胶料与钢丝的结合位点，进一步提升结合力，复合胶料原料中加入的丁基橡胶粉填充
在胶料中进一步提升胶料抗渗性能。

具体实施方式

[0030] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的
实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都
属于本发明保护的范围。

[0031] 实施例中：

[0032] 抗氧剂采用双酚A。

[0033] 成核剂采用成核剂DX‑Z3C。

[0034] 流平剂采用流平剂BYK‑358N。

[0035] 碳酸钠溶液的质量分数为5％。

[0036] 稀硫酸的质量分数为8％。

[0037] 实施例1

[0038] 本实施例制备一种改性聚丙烯颗粒，具体制备过程如下：

[0039] 步骤A1：取烯丙基氯和磷酸混合加入反应器，之后向反应器中加入无水乙醇和碘化钾，向反应器中充入氮气将反应器内的空气排出，水浴加热32℃，控制搅拌速度为180r/
min，反应3h，之后向反应液中通入氨气至反应液pH为6，静置分液，取下层液相，室温下搅拌
5h，将反应液中的无水乙醇挥发，制得聚合单体，其中，烯丙基氯、磷酸、无水乙醇和碘化钾
的用量比为1mol：1.1mol：8mL：1.3g；

[0040] 步骤A2：取聚合单体和丙酮加入反应器中，再加入偶氮二异丁腈，将反应器密封，室温下，控制搅拌速度为200r/min，反应2h，然后反应器再通风条件下，降低搅拌速度为
40r/min，继续搅拌8h，制得改性聚丙烯树脂，其中，聚合单体、丙酮、偶氮二异丁腈的用量比
为15mL：20mL：0.4g；

[0041] 步骤A3：将改性聚丙烯树脂和塑化剂DOP加入开放式塑料设备中，控制塑炼温度为160℃，塑炼2h，之后挤出造粒，制成改性聚丙烯颗粒，其中，改性聚丙烯颗粒、塑化剂DOP的
用量质量比为100:1.2，改性聚丙烯颗粒使用前采用50目筛网过滤。

[0042] 实施例2

[0043] 本实施例制备一种改性聚丙烯颗粒，具体制备过程如下：

[0044] 步骤A1：取烯丙基氯和磷酸混合加入反应器，之后向反应器中加入无水乙醇和碘化钾，向反应器中充入氮气将反应器内的空气排出，水浴加热35℃，控制搅拌速度为200r/
min，反应4h，之后向反应液中通入氨气至反应液pH为7，静置分液，取下层液相，室温下搅拌
7h，将反应液中的无水乙醇挥发，制得聚合单体，其中，烯丙基氯、磷酸、无水乙醇和碘化钾
的用量比为1mol：1.2mol：10mL：1.5g；

[0045] 步骤A2：取聚合单体和丙酮加入反应器中，再加入偶氮二异丁腈，将反应器密封，室温下，控制搅拌速度为200r/min，反应2h，然后反应器再通风条件下，降低搅拌速度为
50r/min，继续搅拌9h，制得改性聚丙烯树脂，其中，聚合单体、丙酮、偶氮二异丁腈的用量比
为15mL：20mL：0.5g；

[0046] 步骤A3：将改性聚丙烯树脂和塑化剂DOP加入开放式塑料设备中，控制塑炼温度为170℃，塑炼2h，之后挤出造粒，制成改性聚丙烯颗粒，其中，改性聚丙烯颗粒、塑化剂DOP的
用量质量比为100:1.4，改性聚丙烯颗粒使用前采用50目筛网过滤。

[0047] 实施例3

[0048] 本实施例制备一种改性聚丙烯颗粒，具体制备过程如下：

[0049] 步骤A1：取烯丙基氯和磷酸混合加入反应器，之后向反应器中加入无水乙醇和碘化钾，向反应器中充入氮气将反应器内的空气排出，水浴加热37℃，控制搅拌速度为240r/
min，反应5h，之后向反应液中通入氨气至反应液pH为7，静置分液，取下层液相，室温下搅拌
8h，将反应液中的无水乙醇挥发，制得聚合单体，其中，烯丙基氯、磷酸、无水乙醇和碘化钾
的用量比为1mol：1.3mol：12mL：1.7g；

[0050] 步骤A2：取聚合单体和丙酮加入反应器中，再加入偶氮二异丁腈，将反应器密封，室温下，控制搅拌速度为250r/min，反应3h，然后反应器再通风条件下，降低搅拌速度为
60r/min，继续搅拌10h，制得改性聚丙烯树脂，其中，聚合单体、丙酮、偶氮二异丁腈的用量
比为15mL：20mL：0.6g；

[0051] 步骤A3：将改性聚丙烯树脂和塑化剂DOP加入开放式塑料设备中，控制塑炼温度为180℃，塑炼3h，之后挤出造粒，制成改性聚丙烯颗粒，其中，改性聚丙烯颗粒、塑化剂DOP的
用量质量比为100:1.5，改性聚丙烯颗粒使用前采用50目筛网过滤。

[0052] 实施例4

[0053] 本实施例制备一种铺放管材，按照重量份计包括如下原料：

[0054] 改性聚丙烯颗粒65份、实施例1制备的聚乙烯颗粒45份、丁基橡胶粉12份、抗氧剂1.8份、成核剂0.4份、流平剂3.5份；

[0055] 具体制备过程如下：

[0056] 网笼制备：采用钢丝扎成网笼，设置内环钢丝密度为1.8cm/根，外环钢丝密度为3.5cm/根，内环和外环的钢丝通过钢丝焊接连接，钢丝的密度为10cm/根；

[0057] 网笼处理：将网笼置于碳酸钠溶液中，在40℃下清洗10min，采用自来水冲洗网笼1次，再将网笼置于稀硫酸中浸泡8min，之后用自来水冲洗1次，晾干备用；

[0058] 复合胶料制备：按重量份改性聚丙烯颗粒、聚乙烯颗粒、丁基橡胶粉和抗氧剂加入密炼机中，控制温度190℃，搅拌速度为200r/min密炼处理30min，之后向密炼机中加入成核
剂、消泡剂和流平剂，搅拌10min，再由螺杆挤出机将混料挤出，设置出料温度为140℃，制成
复合胶料；

[0059] 浇注成型：模具预热至80℃，将网笼放入模具中定位，将复合胶料挤入模具中，冷却成型、切边，制得铺放管材。

[0060] 实施例5

[0061] 本实施例制备一种铺放管材，按照重量份计包括如下原料：

[0062] 改性聚丙烯颗粒70份、实施例2制备的聚乙烯颗粒50份、丁基橡胶粉15份、抗氧剂2份、成核剂0.5份、流平剂4份；

[0063] 具体制备过程如下：

[0064] 网笼制备：采用钢丝扎成网笼，设置内环钢丝密度为2cm/根，外环钢丝密度为3.8cm/根，内环和外环的钢丝通过钢丝焊接连接，钢丝的密度为11cm/根；

[0065] 网笼处理：将网笼置于碳酸钠溶液中，在45℃下清洗12min，采用自来水冲洗网笼2次，再将网笼置于稀硫酸中浸泡9min，之后用自来水冲洗2次，晾干备用；

[0066] 复合胶料制备：按重量份改性聚丙烯颗粒、聚乙烯颗粒、丁基橡胶粉和抗氧剂加入密炼机中，控制温度200℃，搅拌速度为200r/min密炼处理25min，之后向密炼机中加入成核
剂、消泡剂和流平剂，搅拌8min，再由螺杆挤出机将混料挤出，设置出料温度为145℃，制成
复合胶料；

[0067] 浇注成型：模具预热至90℃，将网笼放入模具中定位，将复合胶料挤入模具中，冷却成型、切边，制得铺放管材。

[0068] 实施例6

[0069] 本实施例制备一种铺放管材，按照重量份计包括如下原料：

[0070] 改性聚丙烯颗粒80份、实施例3制备的聚乙烯颗粒60份、丁基橡胶粉20份、抗氧剂2.1份、成核剂0.6份、流平剂5份；

[0071] 具体制备过程如下：

[0072] 网笼制备：采用钢丝扎成网笼，设置内环钢丝密度为2.2cm/根，外环钢丝密度为4cm/根，内环和外环的钢丝通过钢丝焊接连接，钢丝的密度为12cm/根；

[0073] 网笼处理：将网笼置于碳酸钠溶液中，在50℃下清洗15min，采用自来水冲洗网笼2次，再将网笼置于稀硫酸中浸泡10min，之后用自来水冲洗2次，晾干备用；

[0074] 复合胶料制备：按重量份改性聚丙烯颗粒、聚乙烯颗粒、丁基橡胶粉和抗氧剂加入密炼机中，控制温度210℃，搅拌速度为300r/min密炼处理20min，之后向密炼机中加入成核
剂、消泡剂和流平剂，搅拌5min，再由螺杆挤出机将混料挤出，设置出料温度为150℃，制成
复合胶料；

[0075] 浇注成型：模具预热至100℃，将网笼放入模具中定位，将复合胶料挤入模具中，冷却成型、切边，制得铺放管材。

[0076] 对比例1

[0077] 本对比例为市售PVC管材。

[0078] 对比例2

[0079] 本对比例为市售水泥管材。

[0080] 对比例3

[0081] 本对比例为市售钢塑复合管。

[0082] 取实施例4‑6和对比例1‑3制成试样进行性能测试，具体测试如下：

[0083] 按照GB/T 6111‑2003，对实施例4‑6、对比例1和对比例3进行耐内压试验，测试数据如表1：

[0084] 表1

[0085]

[0086] 由表1可知，实施例4‑6制得的管材具有优异的抗内压性能，其中实施例5达到15.5MPa，可用于高压介质输送。

[0087] 取实施例4‑6和对比例2，封端后向内部充入3MPa自来水，观察表面渗水情况，记录表面渗水天数，具体数据如表2：

[0088] 表2

[0089]  20d 30d 40d 50d
实施例4 无渗水 无渗水 无渗水 无渗水
实施例5 无渗水 无渗水 无渗水 无渗水
实施例6 无渗水 无渗水 无渗水 无渗水
对比例2 无渗水 无渗水 无渗水 表面渗水

[0090] 由表2可知，实施例4‑6制得的管材具有良好的抗渗性能，在3MPa水压下50d未出现渗漏现象。

[0091] 取实施例4‑6和对比例1‑3，放在液压压力机下进行径向抗压试验，测量变化率，具体数据如表3：

[0092] 表3

[0093]   30MPa 60MPa 90MPa 100MPa实施例4 0.35％ 0.87％ 25.35％ 57.85％
实施例5 0.27％ 0.67％ 21.65％ 49.78％
实施例6 0.43％ 1.12％ 33.98％ 61.45％
对比例1 9.45％ 完全压扁 / /
对比例2 无变形 无变形 崩塌 /
对比例3 2.78％ 8.52％ 43.75 完全压扁

[0094] 由表3可知，实施例5，在90MPa压强下，径向变形率为21.65％，对比例1被完全压扁，对比例2水泥管崩塌，对比例3径向变形率为43.75％，本发明制备的管材具有良好的抗
压性能。

[0095] 将实施例4‑6和对比例3放置液压压力机上，径向进行30MPa反复下压，记录胶料层与基材可见剥落的次数，具体数据如表4：

[0096] 表4

[0097]  实施例4 实施例5 实施例6 对比例3
次数 277 293 245 122

[0098] 由表4可知，实施例4‑6的受压次数远大于对比例3，其中实施例5高达293次，胶料与基材结合能力强，不易与剥落，这是由于添加的改性聚丙烯颗粒侧链上的磷酸基团上的
磷羟基与金属表面有较强的螯合作用，可以与多价金属作用形成磷酸盐络合物，进而形成
一层致密的磷化膜，以共价键的形式把聚合物牢固地连接到金属基材上，成为聚合物与金
属基材之间的桥梁，且网笼进行碱洗和酸洗处理，去除表面杂质，使得磷酸基团更好的与金
属基材反应得到化学键，另一方面对钢丝表面糙化，增加胶料与钢丝的结合位点，进一步提
升结合力，从具有优异的抗剥落性能。

[0099] 在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例
或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而
且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适
的方式结合。

[0100] 以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超
越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。