[發明專利]纖維增強聚乙烯復合材料雙層管的制造方法

在審

• 申請號: 201410766864.4
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN105729747A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 張東杰;陳光巖;張海霞;俆永田;許濟峰;田月
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: B29C47/06
• 分類號: B29C47/06;C08L23/06;C08K13/04;C08K7/14;C08K7/06;B29L23/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 高龍鑫;梁揮

技術領域

本發明提供一種纖維增強聚乙烯復合材料雙層管。具體地說，利用多層共擠工藝，將聚乙烯和短線切纖維增強的聚乙烯粒料雙層共擠，獲得纖維增強聚乙烯復合材料雙層管，管壁外層是短切纖維增強聚乙烯層，管壁內側是聚乙烯層。

背景技術

通常的聚乙烯管材料都使用PE100，在最高容許壓力1MPa的情況下，管外徑和管壁厚之比(SDR)規定為11。目前，PE100管材是實用化規格最高的聚乙烯材料，由于PE管具有的耐震性、柔軟性和耐腐蝕性等特點，廣泛用于埋地水道管。聚乙烯材料具有優異的拉伸斷裂性，因此，聚乙烯管體現出良好的耐震性能，利用電氣融合等熱融合方法將聚乙烯管與同類材料的部件接合，形成一體化管道構造，在地盤下沉、地震等情況下，充分發揮聚乙烯材料的抗震性能。另外，利用聚乙烯材料的拉伸性能，管材自身易彎曲，彎曲部分的配管無需使用彎管，可以直接利用直管完成施工。聚乙烯材料的耐酸、堿性和耐電氣腐蝕性強，埋設的聚乙烯地下管無需擔心腐蝕問題。正因為上述優點，聚乙烯塑料管取代了鑄鐵管。鋼管，被廣泛使用。

可是，埋地水道專用的聚乙烯管鋪設在有機溶劑污染的土壤中時，有機溶劑會浸透聚乙烯管的管壁，把水道的水污染。因此，在土壤污染的情況下，通常鋪設鑄鐵水管或者鋼管，或者把污染的土壤改良，聚乙烯塑料管不能直接鋪放在污染的土壤中。同時，水道專用的聚乙烯管露出的配管，經常受日光照射，容易發生管老化。如果采用鋼板保護，就必須要有鋼板彎曲等工序，提高生產成本。并且，聚乙烯塑料自身的力學強度比金屬小，當設計耐水壓和土壤壓力時，必須考慮增加管材的壁厚，這樣搬運的時候較重，成本也隨之上升。雖然聚乙烯管采用熱融合方法與同類材料的管材部件結合形成一體化結構管時，結合處的力學強度比管自身的強度高，可以充分發揮聚乙烯管的耐震性能，可是，聚乙烯管和其他材質的部件結合時，前處理的步驟必不可少。

CN102408610A公開了一種增強型聚乙烯管材，有聚乙烯管體，其聚乙烯管體中施加有短玻璃纖維，在管材配料中短玻璃纖維占配料重量的3-72％。通過在管材中添加短玻璃纖維，可大大增強管材的強度，產品經檢測，屈服強度可達到80MPa以上，環剛度可提高一倍以上，添加的合理組配的阻燃劑和抗靜電劑，使聚乙烯管獲得了良好的阻燃和抗靜電性能。由于采用添加短玻璃纖維的方式來增加強度，不必將管材制作的較厚，成本低，又輕巧，使用方便，特別適合用作排水管和礦用管。

CN102408610A只是公開了增強型聚乙烯管材產品，并未公開其制備方法，而且CN102408610A公開的是聚乙烯與纖維、助劑混合后直接擠出管材的管材全體增強法，且CN102408610A不能實現根據管材具體的使用要求，調整增強層/纖維增強層的厚度比，這是纖維與聚乙烯混合后直接擠出管材不能達到的。

為了解決聚乙烯水管的耐有機溶劑腐蝕性能差、與其他材質的部件結合性能，特開2002-36431提供了一種金屬補強的聚乙烯復合材料管：聚乙烯管的外層纏繞薄層金屬片，并在金屬片外層纏繞樹脂含浸后的碳纖維(單向連續纖維或碳纖維編織物)或玻璃纖維進行增強；或者在金屬外層再覆蓋一層聚乙烯。該發明中，中間的金屬層和聚乙烯層之間，沒有任何接著劑，只是簡單物理疊加覆蓋，從復合管的切斷面中，可以將聚乙烯層與金屬層剝離開，整個復合管一體結構性能會受到影響，例如抗震時聚乙烯材料的優異拉伸性能會受到外層金屬層的制約，降低整體管材的抗震性能；同時，該發明由于要盡可能保持聚乙烯管材的柔軟性能，要求金屬層極薄，這給加工帶來了較高的技術要求，而在金屬外層附加的碳纖維增強部分，由于使用碳纖維布或樹脂含浸的連續纖維(碳纖維或玻璃纖維)，工藝過程較為復雜，生產成本較高。本發明針對上述發明中存在的問題，提出了解決方法。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種短切纖維增強聚乙烯復合材料雙層管，纖維含量根據雙層管的管徑與管壁厚度比控制在20％～50％之間。該復合管制造工藝簡單，并具有耐腐蝕性強、輕量化程度高、抗光氧化老化性能好等優點。

本發明提供一種纖維增強聚乙烯復合材料雙層管的制造方法，包括如下步驟：

(1)短纖維的切取

將碳纖維或玻璃纖維切為5mm-9mm的短纖維；

(2)纖維增強聚乙烯粒料

將切好的短纖維與混合均勻的聚乙烯粉料和抗氧劑通過雙螺桿擠出機充分混合擠出造粒，獲得纖維增強聚乙烯粒料；

(3)纖維增強聚乙烯復合材料雙層管的制造