一种高强度钢骨架塑料双层复合管及其制备方法与流程

本发明涉及复合管，具体为一种高强度钢骨架塑料双层复合管及其制备方法。

背景技术：

1、钢骨架塑料复合管是通过增强钢丝网骨架与内外层聚乙烯塑料互相包容组成的一个整体，其通过钢骨架与树脂之间刚柔相济，进而表现出较强的承压能力。由于钢骨架塑料复合管的优异的抗压性和抗腐蚀性能，因而被广泛用于市政工程、海洋工程、农田灌溉、化学工业、油田、气田等领域。

2、但市场上现有的钢骨架塑料复合管外层仅为聚乙烯塑料层，所以在强度上有所欠缺，再加上其耐磨性差，易导致管道磨损严重，会导致其强度显著降低，极大的影响了钢骨架塑料复合管的使用寿命；同时市场上的钢骨架塑料复合管长期使用后，会出现钢腐蚀，对于钢骨架塑料复合管的强度也有着极大的负面影响。经长期磨损、腐蚀，使得钢骨架塑料复合管的承压能力急速下降，导致管道输送系统不能正常使用，将会给人们带来巨大的经济损失。

3、综上所述，制备一种具有高强度，且耐磨性、耐腐蚀性能优异的钢骨架塑料复合管是极有必要的，其具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强度钢骨架塑料双层复合管及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种高强度钢骨架塑料双层复合管，包括有机层和钢骨架层；有机层由有机树脂液注塑冷却得到；

4、所述有机树脂液包括以下组分，按重量份数计：超高分子量聚乙烯树脂60～80份、低密度聚乙烯树脂5～10份、增强树脂5～20份、改性橡胶5～10份、润滑剂4～6份、抗氧化剂1～2份。

5、进一步的，所述高强度钢骨架塑料双层复合管的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤一：(1)将氧化石墨烯胺化处理，得到氨化石墨烯；(2)将二氧化钛、硅微粉用氨基类硅烷偶联剂改性，得到改性填料；(3)氨化石墨烯、改性填料与马来酸酐接枝聚乙烯接枝，得到增强树脂；

7、步骤二：(1)将四氟乙烯、全氟丙烯、全氟丁烯引发聚合，经硫化，得到氟橡胶；(2)将氟橡胶、氧化聚乙烯蜡、环氧改性剂混合均匀，通过双螺杆挤出机在180～200℃下，以100～150rpm的转速挤出造粒，得到改性橡胶；

8、步骤三：(1)将超高分子量聚乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂、增强树脂、改性橡胶、润滑剂、抗氧化剂混合均匀，加热至170～200℃，使其熔融，得到有机树脂液；(2)将钢骨架置于复合管成型模具内，后将有机树脂液注塑到模具内，冷却，得到高强度钢骨架塑料双层复合管。

9、进一步的，所述步骤一的具体过程为：(1)在100～120w的微波功率下，对氧化石墨烯低火加热10～30s，完成微波处理，再将其置于20～28wt％的氨水溶液中，在80～90℃下，超声分散处理4～8h后，待其反应液自然冷却至室温，经过滤、洗涤、干燥，得到氨化石墨烯；(2)将二氧化钛、硅微粉以质量比1:1加入到无水乙醇中，超声分散5～15min后，加入氨基类硅烷偶联剂，在50～70℃下，机械搅拌2～6h，后经过滤、洗涤、干燥，得到改性填料；(3)将氨化石墨烯、改性填料加入四氢呋喃中，超声分散5～15min后，再向其中加入马来酸酐接枝聚乙烯，在30～80℃下反应2～12h，反应结束后，向反应液中滴加0.1～2mol/l的氢氧化钠的乙醇溶液，直至反应液ph至为7～9，经分离、洗涤，得到增强树脂。

10、进一步的，所述氨基类硅烷偶联剂包括但不限于3-氨基丙基三乙氧基硅烷、(3-氨丙基)三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种或多种的组合，加入量为二氧化钛和硅微粉质量和的5～10％。

11、进一步的，所述氨化石墨烯、改性填料、马来酸酐接枝聚乙烯三者质量比为(0.1～0.5):(0.1～0.5):1。

12、石墨烯是一种能够增强聚乙烯树脂耐腐蚀性能、耐磨性能的材料，但其在树脂中的分散性能不佳，极易发生团聚；另一方面，方案中引入了二氧化钛和硅微粉两者的混杂填料，两填料能够使聚乙烯树脂的结晶能力提高，在协同增强树脂的耐腐蚀性能和耐磨性，还能进一步改善聚乙烯树脂的力学性能；再者，石墨烯、二氧化钛、硅微粉都属于导热材料，在聚乙烯树脂熔融状态时，可以起到增加黏度的作用，进而增加聚乙烯分子链的缠结作用，使其具有更为复杂的网络链结构，进一步实现聚乙烯树脂的耐磨性和耐腐蚀性以及强度的增强。因此，方案中，通过将氧化石墨烯氨化处理以及将填料(二氧化钛和硅微粉)用氨基类硅烷偶联剂改性后，再与马来酸酐接枝聚乙烯发生反应，通过酰胺基进行稳固的化学连接；增强了三者在树脂中的分散性，最终用其对复合管有机层改性，以制备得到具有高强度、高耐磨、高耐腐蚀的钢骨架塑料双层复合管，且由于耐磨性和耐腐蚀性较好，可以使复合管长期维持较高的强度，以延长复合管的使用寿命。

13、进一步的，所述氟橡胶的制备方法为：(1)向反应容器内加入去离子水后，将其抽真空至真空度为0.02～0.1mpa，再加入乳化剂、四氟乙烯、全氟丙烯、全氟丁烯，直至反应容器的压力变为2～5mpa，得到待反应液；(2)将待反应液升温至60～130℃，再加入引发剂、链转移剂a、ph值调节剂，搅拌反应；(3)反应期间，持续向反应容器内补加四氟乙烯、全氟丙烯、全氟丁烯以维持反应容器恒压，待反应2～6h后，向反应容器内加入链转移剂b，加入完毕后，继续反应2～6h，结束反应，得到氟烯聚合物；(4)将氟烯聚合物、改性炭黑、氧化锌混合均匀，后加入硫磺，于100～150℃下硫化，得到氟橡胶。

14、进一步的，所述四氟乙烯、全氟丙烯、全氟丁烯三者质量比为1:75:100。

15、进一步的，所述乳化剂为全氟辛酸铵，加入量为去离子水质量的1～2％。

16、进一步的，所述引发剂为过硫酸盐，加入量为去离子水质量的1～2％。

17、进一步的，所述链转移剂a包括但不限于四氯化碳、丙酮、丙二酸二乙酯、乙酸乙酯中的任一种，加入量为去离子水质量的1～2％。

18、进一步的，所述链转移剂b为四氟二溴乙烷，加入量为去离子水质量的1～3％。

19、进一步的，所述ph值调节剂为硼砂，加入量为去离子水质量的0.5～1％。

20、进一步的，所述氟烯聚合物、改性炭黑、氧化锌、硫磺四者质量比为10:(1～3):(0.3～0.6):(0.1～0.3)。

21、进一步的，所述改性炭黑的制备方法为：将炭黑、无水乙醇、乙烯基三甲氧基硅烷加入到搅拌器内，升温至40～60℃，搅拌混合1～3h，得到改性炭黑；其中乙烯基三甲氧基硅烷的加入量为炭黑质量的2～5％。

22、进一步的，所述氟橡胶、氧化聚乙烯蜡、环氧改性剂三者质量比为80:(4～8):(1～3)。

23、进一步的，所述环氧改性剂包括但不限于间氯过氧苯甲酸、过氧乙酸、丁烷二过氧酸中的任一种。

24、进一步的，所述双螺杆挤出机螺杆比为40:1。

25、通过四氟乙烯、全氟丙烯、全氟丁烯引发聚合，得到氟烯聚合物，再经硫化制备得到氟橡胶，最后用氧化聚乙烯蜡、环氧改性剂对氟橡胶进行改性，得到改性橡胶；氟橡胶具有较低的表面能，能够降低复合管有机层的摩擦系数，且耐腐蚀性能优异，可以很好提高复合管耐磨性和耐腐蚀性能，但其韧性较差，因此方案中，通过先后通过炭黑、氧化聚乙烯蜡、环氧改性剂对其进行改性，炭黑可以明显改善氟橡胶的力学性能，使其强度、韧性等得到改善，进而促进有机层的性能提升；氧化聚乙烯蜡改性后，可以增强与主体树脂的相容性；最后环氧改性剂则通过将氟橡胶中部分双键环氧化，引入极性环氧基，增强分子间作用，可以进一步改善氟橡胶力学性能。即方案中通过制备高耐磨耐腐蚀的氟橡胶，并对其力学性能进行改善，其可以对复合管有机层的力学性能和耐腐蚀耐磨性能得到增强，且能够使其长期维持复合管较高强度。

26、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：(1)通过超高分子量聚乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂配合，可以增强有机树脂液的流动性，更利于注塑；(2)石墨烯、二氧化钛、硅微粉三者协同对马来酸酐接枝聚乙烯改性接枝，改善了三者在有机树脂液中的分散性，对于复合管的耐磨性、耐腐蚀性以及强度都有了较大的提升；(3)通过氟橡胶对复合管改性，进一步增强复合管的耐磨性、耐腐蚀性以及强度；(4)由于增强树脂、改性橡胶协同作用，极大的改善了复合管的耐磨性、耐腐蚀性，使得复合管具有更长久的耐用寿命，可以使其长期维持较高的强度。