一种玄武岩纤维增强聚丙烯管道及其制备方法与流程

本发明涉及塑料管道，具体涉及一种玄武岩纤维增强聚丙烯管道及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯管道作为三大塑料管道之一，具有良好的力学性能且无毒、卫生、可回收利用，广泛应用于水资源的输送，特别是无规共聚聚丙烯(pp-r)管道，目前是家装给水输送首选的管道。但随着人们生活水平的不断提高，人们越来越重视用水体验感，随即前置过滤器、净水机、软水机、增压机等各种各样的设备被安装于家装给水管道系统中，加之pp-r管道本身的低温脆性，使得pp-r管道在冬季运输、安装以及运行过程中存在较大的脆断、破裂等风险。

2、cn107883076a公开了一种高耐压、高抗冲pp-r管，中间层采用短切玄武岩纤维增强pp-r，并且引入柔性相容剂，配合β-成核剂改性的内外层提高了pp-r管材的耐压、抗冲性能，但是该柔性剂不耐热，会降低pp-r管道的耐热性能。cn115895122b公开了一种玄武岩纤维增强聚丙烯材料，采用硅灰石与玄武岩纤维协同增强聚丙烯材料，并以马来酸酐接枝物与硅烷接枝物的复合相容剂改善硅灰石、玄武岩纤维与聚丙烯的相容性，提高聚丙烯材料的耐压性能、耐热性能，但该材料的制备方法需先将短切的玄武岩纤维与预混料经双螺杆造粒机挤出造粒，再经管道挤出机挤出制备管道，经过多次螺杆剪切后，易导致纤维断裂，形成大量极短的纤维，极短的纤维在挤出过程中易垂直管道内壁方向分布，在管道冷却定型时受纤维、pp-r材料的收缩性能不一，致使管道的内壁出现大量的凹坑凸起，给微生物提供适宜的滋生环境，从而造成管材在使用过程中更易滋生大量的细菌、藻类等微生物，影响人们的用水安全。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种玄武岩纤维增强聚丙烯管道及其制备方法，以解决现有的管道存在耐低温性能差以及管内壁存在凹坑凸起的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种玄武岩纤维增强聚丙烯管道，依次包括内层、中间增强层和外层，内层、外层均为pp-r树脂层，中间增强层为玄武岩纤维增强的pp-r复合材料，其中pp-r复合材料由100份pp-r树脂、10-30份改性玄武岩纤维、1-5份相容剂、0.1-3份引发剂、0.1-3份抗氧化剂复配而成，其中改性玄武岩纤维由玄武岩纤维经刻蚀后再经马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物改性而得。

4、进一步，所述改性玄武岩纤维通过如下步骤制得：配置质量分数为1-10％马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物溶液，将经过刻蚀处理的玄武岩纤维置于马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物溶液中浸泡一段时间，后进行接枝反应，之后将得到的玄武岩纤维切割和/或研磨，得到长度为0.1-0.5mm的改性玄武岩纤维。

5、进一步，采用酸溶液对脱浆处理后的玄武岩纤维进行刻蚀，酸溶液浓度为1-10mol/l，脱浆处理后的玄武岩纤维在酸溶液中处理的时长为5-30min。

6、进一步，所述酸溶液所采用的酸为盐酸、硫酸、醋酸、植酸、柠檬酸、苯甲酸中的至少一种。

7、进一步，所述酸为醋酸、植酸中的至少一种，其腐蚀性较小，不会对玄武岩纤维造成较大的损伤，可保留玄武岩纤维的本体强度。

8、进一步，脱浆处理后的玄武岩纤维为连续纤维，直径为9-22μm。

9、进一步，所述马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物溶液质量分数为5-10％。

10、进一步，所述马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物为马来酸酐-乙烯基三乙氧基硅烷共聚物、马来酸酐-乙烯基三甲氧基硅烷共聚物中的至少一种。

11、进一步，所述马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物的结构式为：

12、

13、其中r1为-h或-ch3；r2为-si(oc2h5)3或-si(och3)3，下述实施例1中r2为-si(oc2h5)3，m、n介于10-150之间，数均分子量为1-4万。

14、进一步，所述改性玄武岩纤维长度为0.2-0.4mm。

15、进一步，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝poe中的至少一种。

16、进一步，所述引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的至少一种。

17、进一步，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076中的至少一种。

18、本发明还提供一种玄武岩纤维增强聚丙烯管道的制备方法，包括如下步骤：

19、将所述的pp-r复合材料与管道内外层的pp-r材料经三层挤出机熔融挤出得到玄武岩纤维增强聚丙烯管道。

20、进一步，所述玄武岩纤维增强聚丙烯管道的内层与外层厚度比例为1：1，中间层占总壁厚的比例为30-80％。

21、进一步，所述三层挤出机中的中间层挤出机采用高混炼高耐磨螺杆，螺杆材质为38crmoala，表面经过氮化处理。

22、进一步，所述熔融挤出条件为：内层、外层机筒温度180-230℃，中间层机筒温度215-235℃，模头温度为215-235℃。

23、本方案的原理及优点是：

24、1、采用酸溶液与玄武岩纤维成分中的氧化物发生反应，在表面形成沟槽或凹陷，增加纤维表面积、纤维表面硅醇基团的数量以及纤维表面粗糙度，使pp-r树脂或马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物更容易渗透到沟槽或者凹陷里，显示出类似于锚固的作用，提高纤维与基体之间的界面结合力，且采用的酸溶液为低浓度低腐蚀性酸，不会对玄武岩纤维造成较大的损伤，可保留玄武岩纤维的本体强度。

25、2、采用马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物对玄武岩纤维进行接枝改性，利用硅烷偶联剂能够水解，烷基被羟基所取代形成硅醇键，硅醇键进一步与玄武岩纤维表面的硅醇基团发生反应生成si-o-si或氢键，从而马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物的一端与玄武岩纤维发生反应形成化学键而牢固地接枝到纤维表面；同时，马来酸酐在引发剂的作用下，与pp-r树脂发生接枝反应，使得马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物的另一端与pp-r树脂牢固地接枝在一起。马来酸酐-硅烷偶联剂共聚物起到“桥梁”连接作用，牢固地连接着玄武岩纤维与pp-r树脂，沿着管道挤出的方向形成三维网状结构，一层一层的层叠交错连接在一起，大大地增强了玄武岩纤维与pp-r树脂的黏附力，使得管道的纵向、横向强度都得到提升，低温脆性得到改善，管道的承压、耐高温、耐低温能力显著提高。

26、3、采用连续的玄武岩纤维进行改性处理，最后只需经过一次挤出机熔融挤出便得到玄武岩纤维增强pp-r管道，使得管道内的玄武岩纤维的长度均匀度较高，极短的纤维含量少，垂直管道内壁方向分布的纤维少，从而挤出的管道的内壁光滑，不易滋生微生物。

27、4、本发明通过对玄武岩纤维的改性以及对改性玄武岩纤维的应用，既确保了制得的管材承压能力大幅度提高、还使得管到的耐低温性能和管内壁的摩擦系数大大降低，管道内壁更为光滑，更是在制作过程中耗时短、操作步骤简单，有利于本发明管道的大规模生产。

28、综上，总本发明能够提高pp-r管道的强度、韧性，增强pp-r管道的承压能力，改善pp-r管道的低温脆性，避免pp-r管道在冬季运输、安装以及使用过程中出现脆断、破裂等问题；同时制得的管道内壁光滑，不易滋生细菌、藻类等微生物。