CN117465045B - 高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，能够生产制备获得高模量的聚丙烯多层筒体，具有较好的抗弯性能和环刚度，适用于一体化泵站用；通过高密度聚乙烯、丁苯透明抗冲树脂配合复合填充料能够强化提高聚丙烯材料自身的环刚度；该生产工艺中2‑萘基磷酸酯单钠盐、2,2'‑亚甲基双(4,6‑二叔丁基苯基)磷酸酯钠，能够与含羟基无机填料和聚丙烯基材化学结构相互交联，解决了传统填料相容性差问题，同时使其获得相互交联的连接键结构，继而提高材料模量；热压退火工艺能够进一步提高聚丙烯的结晶度和中间增粘树脂的粘黏效果，增加整体结构的力学性能，有利于获得稳定的高模量结构。

Description

高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺。

背景技术

一体化泵站是提升污水、雨水、饮用水、废水等提升排水的装备，目前市场上一体化泵站筒体材质种类主要包括玻璃钢、不锈钢、碳钢、聚丙烯等。

现有授权公告号为CN 102730952 B的专利提供了一种玻璃钢化炉及玻璃钢化方法，其主要工艺方法的目的在于生产制备玻璃钢；但是考虑玻璃钢材质存在不可降解、不可回收性，且对环境不友好的问题；而不锈钢、碳钢等金属材质虽不易变形，但耐腐蚀性与耐久度较差，材质导电、有安全隐患；目前聚丙烯材质虽耐腐蚀，但是材料制备筒体的环刚度较差，容易变形损坏。

因此设计制备一种高模量聚丙烯一体化泵站筒体结构，使得聚丙烯筒体具有较高的抗弯性能和环刚度，可以更好地承受外力保持形状；鉴于此，我们提出高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺。

发明内容

本发明的目的是解决上述背景技术中提到的不足，提供高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，所述筒体的具体生产工艺步骤为：

步骤一：配置混匀高模量聚丙烯筒壁原料组分，通过螺杆挤出机混合挤出造粒，制备获得复合原料母粒；

步骤二：干燥复合原料母粒，通过注塑机注塑，将复合原料母粒熔融料注入制备筒体内衬的筒体模具内；

所述复合原料母粒以聚丙烯为基材，聚丙烯基材采用嵌段共聚聚丙烯，各组分具体质量份数为：100份嵌段共聚聚丙烯、24-28份丁苯透明抗冲树脂、6-7份高密度聚乙烯、9-11份复合填充料、2-4份石蜡、1.8-2份2-萘基磷酸酯单钠盐、0.2-0.3份2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠、0.4-0.6份硬脂酸钙；

步骤三：筒体内衬冷却脱模，旋转筒体内衬，在筒体内衬表面上涂覆增粘树脂；

步骤四：筒体内衬表面连续缠绕加筋材料，形成加强筋层，在加强筋层上再次涂覆增粘树脂；

步骤五：将步骤四结构插设至制备筒体外衬的筒体模具内，通过注塑机注塑，将复合原料母粒熔融料注入模具内；

步骤六：冷却脱模，施加热压退火工艺后自然冷却至室温制得高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体，所述热压退火工艺具体步骤为：将脱模筒体放置在环境温度为110-125℃，且密封施加8-12MPa气压，保压处理1.5-2h后自然冷却后泄压取出。

优选的，所述筒体采用｛A(CBC)｝_nA层状结构；

其中：A为复合原料母粒制成的筒体内衬或筒体外衬；

B为加强筋层；C为增粘树脂；n为正整数数值1、2、3。

优选的，设置所述丁苯透明抗冲树脂和所述高密度聚乙烯质量分数比例为4∶1。

优选的，所述复合填充料包括粒径5-15μm且等质量份数比的含羟基无机填料和六方氮化硼，所述含羟基无机填料包括质量份数比为2-2.5∶1∶1的滑石粉、煅烧高岭土、云母粉。

优选的，所述含羟基无机填料进行改性处理工艺，具体工艺步骤为：干燥含羟基无机填料，配置含有0.8-1.2wt%正辛基三乙氧基硅烷的无水乙醇改性溶液，浸入含羟基无机填料搅拌30-40min，110-120℃下干燥处理。

优选的，所述复合原料母粒挤出造粒生产工艺具体为：将各组分原料混合后通过双螺杆挤出机挤出造粒，设置七个温段依序为200±1℃、205±1℃、220±1℃、235±5℃、235±5℃、230±5℃、205±5℃，螺杆喂料转速20r/min；主机螺杆转速200r/min。

优选的，所述注塑机注塑工艺具体生产工艺为：设置三段注塑温度区间依序为：225±2℃、215±2、205±2℃，并设置注射压力120-135MPa、保压30-60S。

优选的，所述加筋材料的生产工艺流程为：在玻璃原料中共混加入占玻璃原料质量份数3-8%的纳米硅粉，控制纳米硅粉粒径35-100nm；

升温加热至1100-1250℃熔融共混，拉丝制纤控制纤维直径为20-35μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，能够生产制备获得高模量的聚丙烯多层筒体，具有较好的抗弯性能和环刚度，适用于一体化泵站用；该筒体结构通过高密度聚乙烯、丁苯透明抗冲树脂配合复合填充料能够强化提高聚丙烯材料自身的物理抗形变性能；

重要的是，该生产工艺中2-萘基磷酸酯单钠盐、2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠能够与含羟基无机填料和聚丙烯基材化学结构相互交联，解决了传统填料相容性差问题的同时使其获得相互交联的连接键结构，继而提高材料模量；并且生产工艺中最后施加的热压退火工艺能够进一步提高聚丙烯的结晶度和中间增粘树脂的粘黏效果，增加整体结构的力学性能，有利于获得稳定的高模量结构。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过以下实施例来详述上述技术方案：

实施例1

高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，本实施例的筒体采用筒体内衬-增粘树脂-加强筋层-增粘树脂-筒体外衬多层结构，该筒体的具体生产工艺包括筒体内衬和筒体外衬的复合原料母粒制备。

复合原料母粒以聚丙烯为基材，具体采用嵌段共聚聚丙烯，按下方比例份数称重高模量聚丙烯筒壁原料各组分备用：

嵌段共聚聚丙烯SB9310： 100份；

丁苯透明抗冲树脂KR03： 28份；

高密度聚乙烯DMDA8008： 7份；

复合填充料： 10.5份；

石蜡10#： 3份；

2-萘基磷酸酯单钠盐： 2份；

2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠： 0.3份；

硬脂酸钙： 0.5份。

其中复合填充料包括粒径15μm且质量份数比为1∶1的含羟基无机填料和六方氮化硼，含羟基无机填料包括质量份数比为2∶1∶1的东莞市金鑫粉体科技有限公司滑石粉、石家庄亿田矿产品有限公司煅烧高岭土、广州亿峰化工科技有限公司云母粉；需要注意的是，本实施例中含羟基无机填料进行改性处理工艺，具体工艺步骤为：干燥含羟基无机填料，配置含有1wt%正辛基三乙氧基硅烷的无水乙醇改性溶液，控制料液比为1∶2，浸入含羟基无机填料搅拌30min，110℃下干燥处理8h。

首先需要注意的是，本实施例中添加的复合填充料能够增加聚丙烯模量，其作为填料起到的物理增效众所周知，无机填料虽能够明显提高基体树脂的环刚度，但是填料填充过程存在如下明显问题：填料容易出现粒子团聚情况，共混容易不相容，妨碍均匀性，因此需要考虑分散问题和界面相容性问题，所以目前大多改用硅烷偶联剂进行表面改性，降低填料的表面极性，但是二者之间只是消除或降低极性排斥作用力，并无键合连接关系来提高整体结构稳定。

因此该生产工艺值得重点解释说明的是，本实施例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其突出创造性在于：该复合填充料采用的改性滑石粉、煅烧高岭土、云母粉，表面均含有丰富的羟基结构；同时聚丙烯内亦含有羟基等化学官能团结构，重点在于本生产工艺中2-萘基磷酸酯单钠盐和2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠中均含有多个具有活性的磷酸基团，磷酸基团能够通过羟基与聚丙烯和含羟基无机填料之间发生化学交联结构；与传统的消除极性工艺方法不同，创造性的使得填料和聚丙烯间获得交联结构，能够配合改性结构降低极性排斥作用力，继而能够提高该筒体材料的模量；韩国雪佛龙菲利普产丁苯透明抗冲树脂KR03、独山子石化产高密度聚乙烯DMDA8008的目的在于共混提高基体的力学性能，从材料自身提高模量，并且配合硬脂酸钙使其与聚丙烯之间分子链交联，促进热熔注塑时结晶，增加刚度和模量强度。

加筋材料的生产工艺流程为：使用河北鑫旭矿产品有限公司325目高硼玻璃粉原料，共混加入占玻璃原料质量份数8%的北京德科岛金科技有限公司纳米硅粉DK-Si-001；升温加热至1250℃熔融共混，拉丝制纤控制纤维直径为30μm，120股合股后成纱。

将上述各组分通过双螺杆挤出机混合挤出造粒，制备获得复合原料母粒；挤出造粒生产工艺具体为：HT-30型双螺杆挤出机将各组分原料混合挤出，设置七个温段依序为200℃、205℃、220℃、235℃、235℃、230℃、205℃，螺杆喂料转速20r/min；主机螺杆转速200r/min，造粒后80℃干燥12h后备用，因为原料组分中填料的增加和丁苯透明抗冲树脂KR03、高密度聚乙烯的添加会使得热熔玻璃化温度增高，上述温段能够充分热熔混合原料。

接着使用CJ80E型注塑机注塑，设置三段注塑温度区间依序为：225℃、215℃、205℃，并设置注射压力135MPa、保压60S；该注塑过程先将复合原料母粒熔融料注入制备筒体内衬的筒体模具内冷却脱模，旋转筒体内衬，在筒体内衬表面上涂覆埃克森美孚化工Escorez 1102增粘树脂；在筒体内衬表面连续缠绕加筋材料，形成加强筋层，在加强筋层上再次涂覆埃克森美孚化工Escorez 1102增粘树脂；接着插设至制备筒体外衬的筒体模具内，通过注塑机再次注塑获得筒体外衬。

待冷却后脱模，施加热压退火工艺，热压退火工艺具体步骤为：将脱模筒体放置在环境温度为115℃，且密封施加8MPa气压，保压处理2h后自然冷却后泄压取出制得高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体。

需要解释的是，创造性的热压退火工艺亦是该聚丙烯模量性能的重要影响因素，热压退火工艺的目的在于通过施加温度和热压使得分子链相互缠绕、二次结晶，提高分子间内部结晶度，有利于提高模量，同时本实施例的热压退火工艺温度低于筒体热熔温度，接近Escorez 1102增粘树脂热熔温度，热压条件下能够增大连接层结合力，有利于获得稳定整体的筒体结构。

实施例2

本实施例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别仅在于：本实施例中含羟基无机填料改性工艺过程中采用配置含有10wt%正辛基三乙氧基硅烷的无水乙醇改性溶液改性，其他条件均一致。

实施例3

本实施例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别仅在于：本实施例复合填充料中不设有六方氮化硼，其他条件均一致。

实施例4

本实施例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别仅在于：本实施例中设有35质量份数的丁苯透明抗冲树脂KR03，其他条件均一致。

实施例5

本实施例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别仅在于：本实施例仅设有35质量份数的高密度聚乙烯DMDA8008，其他条件均一致。

对比例1

本对比例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别仅在于：本对比例不添加2-萘基磷酸酯单钠盐和2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠，其他条件均一致。

对比例2

本对比例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别仅在于：本对比例中不添加复合填充料，其他条件均一致。

对比例3

本对比例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别仅在于：本对比例中不施加热压退火工艺，其他条件均一致。

对比例4

本对比例的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，与实施例1区别在于：本对比例采用空白对照，复合原料母粒仅使用嵌段共聚聚丙烯，不添加其他组分，且不施加热压退火工艺，其他条件均一致。

根据实施例1-5以及对比例1-4分别制备试样测试判断模量性能，具体参考标准ASTM D 790-03《非增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲性能标准试验方法1》；参考推荐的试件尺寸为127×12.7×3.2 mm，为了便于测试该筒体内衬-增粘树脂-加强筋层-增粘树脂-筒体外衬按比例分别厚1.3mm、0.1mm、0.4mm、0.1mm、1.3mm；支座跨距-深度比为16；

测试极值当使试样产生变形，直到试件外表面断裂，或者直到最大应变达到5.0%，以两者中最早出现的情况为依据，测试各试样弹性模量，具体数据如下表1和表2：

表1：

表2：

首先，由表1和表2样品测试数据对比可知，弹性模量是描述材料在受力下抗弯性能的物理量，该层状设置的筒体结构较传统聚丙烯具有明显大幅提升的高弹性模量；弹性模量与筒体环刚度成正比例关系，弹性模量越高，环刚度则越强，即作为一体化泵站用多层筒体具有较好的抗变形能力；

具体的，实施例2数据可知改性溶液浓度也影响模量，考虑其改性过程中过量改性浓度与填料表面发生化学反应，降低或减少了组分中用于磷酸集团交联的位点，因此削弱了与聚丙烯之间的交联结构关系，故充分改性并不会提高，优选实施例1；实施例3说明适量添加的填料起到提高模量，其六方氮化硼具有高硬度物理性能；实施例4和实施例5说明丁苯透明抗冲树脂KR03和高密度聚乙烯均具有明显提高模量的能力，但是其单一设置并不能达到最有效果，虽差距不明显，可优选实施例1配比；

对比例2说明两种组分影响模量，而配合对比例2说明不添加复合填充料的模量变化亦大；对比例3说明热压退火工艺影响较小，但必不可缺，对于进一步提高峰值具有重要意义；其中对比例1-3较对比例4说明各对比例条件均对模量具有影响，协同配合方可获得最优效果，优选实施例1。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (7)

1.高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其特征在于：所述筒体的具体生产工艺步骤为：

步骤一：配置混匀高模量聚丙烯筒壁原料组分，通过螺杆挤出机混合挤出造粒，制备获得复合原料母粒；

步骤二：干燥复合原料母粒，通过注塑机注塑，将复合原料母粒熔融料注入制备筒体内衬的筒体模具内；

所述复合原料母粒以聚丙烯为基材，聚丙烯基材采用嵌段共聚聚丙烯，各组分具体质量份数为：100份嵌段共聚聚丙烯、24-28份丁苯透明抗冲树脂、6-7份高密度聚乙烯、9-11份复合填充料、2-4份石蜡、1.8-2份2-萘基磷酸酯单钠盐、0.2-0.3份2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠、0.4-0.6份硬脂酸钙；

所述复合填充料包括粒径5-15μm且等质量份数比的含羟基无机填料和六方氮化硼，所述含羟基无机填料包括质量份数比为2-2.5∶1∶1的滑石粉、煅烧高岭土、云母粉；

步骤三：筒体内衬冷却脱模，旋转筒体内衬，在筒体内衬表面上涂覆增粘树脂；

步骤四：筒体内衬表面连续缠绕加筋材料，形成加强筋层，在加强筋层上再次涂覆增粘树脂；

步骤五：将步骤四结构插设至制备筒体外衬的筒体模具内，通过注塑机注塑，将复合原料母粒熔融料注入模具内；

步骤六：冷却脱模，施加热压退火工艺后自然冷却至室温制得高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体，所述热压退火工艺具体步骤为：将脱模筒体放置在环境温度为110-125℃，且密封施加8-12MPa气压，保压处理1.5-2h后自然冷却后泄压取出。

2.如权利要求1所述的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其特征在于：所述筒体采用｛A(CBC)｝_nA层状结构；

其中：A为复合原料母粒制成的筒体内衬或筒体外衬；

B为加强筋层；C为增粘树脂；n为正整数数值1、2、3。

3.如权利要求1所述的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其特征在于：设置所述丁苯透明抗冲树脂和所述高密度聚乙烯质量分数比例为4∶1。

4.如权利要求1所述的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其特征在于：所述含羟基无机填料进行改性处理工艺，具体工艺步骤为：干燥含羟基无机填料，配置含有0.8-1.2wt%正辛基三乙氧基硅烷的无水乙醇改性溶液，浸入含羟基无机填料搅拌30-40min，110-120℃下干燥处理。

5.如权利要求1所述的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其特征在于：所述复合原料母粒挤出造粒生产工艺具体为：将各组分原料混合后通过双螺杆挤出机挤出造粒，设置七个温段依序为200±1℃、205±1℃、220±1℃、235±5℃、235±5℃、230±5℃、205±5℃，螺杆喂料转速20r/min；主机螺杆转速200r/min。

6.如权利要求1所述的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其特征在于：所述注塑机注塑工艺具体生产工艺为：设置三段注塑温度区间依序为：225±2℃、215±2、205±2℃，并设置注射压力120-135MPa、保压30-60S。

7.如权利要求1所述的高模量聚丙烯一体化泵站的带筋管多层筒体生产工艺，其特征在于：所述加筋材料的生产工艺流程为：在玻璃原料中共混加入占玻璃原料质量份数3-8%的纳米硅粉，控制纳米硅粉粒径35-100nm；

升温加热至1100-1250℃熔融共混，拉丝制纤控制纤维直径为20-35μm。