一种增强改性聚乙烯管材及其生产工艺的制作方法

本发明属于高分子材料，具体涉及一种增强改性聚乙烯管材及其生产工艺。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展以及社会进程不断推进，各行各业发展十分迅速，天然气、水利等能源产业纷纷崛起。聚乙烯管道运输不仅运输量大、高效低耗、安全可靠，还可实现自动控制，成为能源运输的主要形式。而聚乙烯管道在长距离输送石油和农业灌溉等项目中，会接触各种腐蚀性产品，如在酸、碱、油等腐蚀介质下容易导致高分子链的断裂，因此为了满足市场的需求，需要不断对聚乙烯管材的性能进行增强。

2、现有技术中，在制备聚乙烯管材时，通常会添加高性能的纤维对聚乙烯管材进行增强改性，而与已成熟应用的碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维相比，聚酰亚胺纤维具有高的玻璃化转变温度、耐候性和尺寸稳定性等优势，使制得的聚乙烯管材具有更加良好的强度和韧性，然而聚酰亚胺纤维分子链缺乏活性基团且表面光滑，导致浸渍于树脂基体后制备的复合材料界面粘结性能较差，聚酰亚胺纤维难以发挥出优异的增强增韧作用，因此，限制了聚酰亚胺纤维在聚乙烯管材方面的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种增强改性聚乙烯管材及其生产工艺，以解决背景技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，包括以下步骤：

4、s1、将有机改性蒙脱土与聚苯乙烯置于搅拌机中混合均匀，得到增强添加料；

5、s2、将聚乙烯树脂、改性聚酰亚胺纤维、增塑剂、消泡剂和增强添加料加入混合机中混合均匀，得到混合料；

6、s3、将混合料加入螺杆挤出机中，挤出成型，得到聚乙烯管材

7、进一步地，所述有机改性蒙脱土和聚苯乙烯的质量比为8-12：20-30。

8、进一步地，所述聚乙烯树脂、改性聚酰亚胺纤维、增塑剂、消泡剂和增强添加料的质量比为100-110：9-11：0.4-0.8：0.5-1：18-20。

9、进一步地，所述改性聚酰亚胺纤维通过以下步骤制得：

10、a1、向甲醇中加入乙二胺，搅拌混合后，加入聚酰亚胺纤维，搅拌反应4-6h，再经过滤、去离子水洗涤、干燥后，得到开环中间体；乙二胺作为亲核试剂，能够进攻聚酰胺纤维的酰亚胺基团，生成酰亚胺开环的聚酰亚胺纤维；

11、a2、向去离子水中加入n-羟甲基丙烯酰胺，搅拌混合后，在氮气氛围中加入开环中间体和过硫酸铵，并在60-70℃条件下搅拌反应4-6h，再经过滤、无水乙醇洗涤、干燥后，得到改性聚酰亚胺纤维；以硫酸铵为催化剂，通过开环中间体的胺基与n-羟甲基丙烯酰胺通过共价键结合，将羟基引入到聚酰亚胺纤维的分子链上。

12、进一步地，所述甲醇、乙二胺和聚酰亚胺纤维的用量比为50ml：8-12ml：10-12g。

13、进一步地，所述去离子水、n-羟甲基丙烯酰胺、开环中间体和过硫酸铵的用量比为50ml：8-10ml：8-10g：0.5-1g。

14、进一步地，所述有机改性蒙脱土通过以下步骤制得：

15、b1、向二氯甲烷中加入氯乙酰氯，混合均匀后，通入30min氮气，再滴加乙二胺/二氯甲烷混合液，搅拌反应5-6h，再加入浓度为20wt％的氢氧化钠溶液调节ph至8-9，再经抽滤、无水乙醇重结晶、干燥后，得到1,2-(2-氯乙酰氯)乙烷；以二氯甲烷为溶剂，在高温下条件下，乙二胺的端氨基能够氯乙酰氯分子中酰氯基团进行取代反应，生成1,2-(2-氯乙酰氯)乙烷。

16、b2、向乙酸乙酯中加入1,2-(2-氯乙酰氯)乙烷和n，n-二甲基叔丁胺，在85-95℃条件下回流反应70-72h，冷却后，再经过滤、乙酸乙酯洗涤、干燥后，置于无水乙醇中，搅拌溶解后，再加入钠基蒙脱土，在70-75℃条件下超声和搅拌反应2-4h，冷却后，再经过滤、去离子水洗涤、干燥后，得到有机改性蒙脱土；以n，n-二甲基叔丁胺为亲核试剂，进攻1,2-(2-氯乙酰氯)乙烷中的氯原子，生成双酰胺基团连接的季铵盐型表面活性剂，进而与钠基蒙脱土通过阳离子交换进入蒙脱土层间或覆盖蒙脱土粒子表面。

17、进一步地，所述二氯甲烷、氯乙酰氯和乙二胺/二氯甲烷混合液的用量比为70ml：15-20g：30ml，所述乙二胺/二氯甲烷混合液为乙二胺和二氯甲烷按照用量比为6-7g：40ml混合组成。

18、进一步地，所述乙酸乙酯、1,2-(2-氯乙酰氯)乙烷、n，n-二甲基叔丁胺、无水乙醇和钠基蒙脱土的用量比为80ml：4-6g：5-7g：70ml：4-10g。

19、一种增强改性聚乙烯管材，由以上生产工艺制得。

20、本发明的有益效果：

21、本发明的改性聚酰亚胺纤维表面含有大量的羟基，提高了改性聚酰亚胺纤维的表面活性，在与聚乙烯树脂进行共混时，能够通过氢键与聚乙烯树脂结合，进而将聚酰亚胺纤维均匀地分散在聚乙烯树脂基体中，避免了聚酰亚胺纤维的团聚现象，改善了改性聚酰亚胺纤维与聚乙烯树脂的相容性，当管材受到外力冲击时，分散在聚乙烯树脂基体的改性聚酰亚胺纤维能够有效承载裂纹尖端的应力集中，同时还能够偏转裂纹，阻止裂纹的进一步扩展，进而提高了制得的聚乙烯管材的强度和韧性。

22、本发明的有机改性蒙脱土通过双酰胺基团连接的季铵盐型表面活性剂处理后，有机改性蒙脱土表面引入了疏水性的长烷基链，且表面极性降低，扩大了有机改性蒙脱土的层间距，同时有机改性蒙脱土表面粗糙程度提高，在与聚苯乙烯共混时，通过聚苯乙烯插层进入并占据蒙脱土的片层空间，再进一步与聚乙烯树脂共混时，形成以球状或液滴状的“海-岛”结构分散于聚乙烯树脂的连续相中，提高了聚乙烯与聚苯乙烯的相容性，进而使制得的聚乙烯管材得到增强。

23、本发明以聚乙烯树脂为基体，通过引入的改性聚酰亚胺纤维，提高了改性聚酰亚胺纤维与聚乙烯树脂的相容性，进而使制得的聚乙烯管材得到增强，同时以聚苯乙烯为增强体，通过有机改性蒙脱土的引入增强了聚苯乙烯与聚乙烯树脂的相容性，进一步增强了制得的聚乙烯管材的强度和韧性；此外，有机改性蒙脱土的疏水性能，能够在聚乙烯树脂表面形成碳质硅酸盐，降低了氧气以及腐蚀性物质的扩散，提高了聚乙烯管材的抗氧化和耐腐蚀性能。

技术特征：

1.一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述有机改性蒙脱土和聚苯乙烯的质量比为8-12：20-30。

3.根据权利要求1所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述聚乙烯树脂、改性聚酰亚胺纤维、增塑剂、消泡剂和增强添加料质量比为100-110：9-11：0.4-0.8：0.5-1：18-20。

4.根据权利要求1所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述改性聚酰亚胺纤维通过以下步骤制得：

5.根据权利要求4所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述甲醇、乙二胺和聚酰亚胺纤维的用量比为50ml：8-12ml：10-12g。

6.根据权利要求4所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述去离子水、n-羟甲基丙烯酰胺、开环中间体和过硫酸铵的用量比为50ml：8-10ml：8-10g：0.5-1g。

7.根据权利要求1所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述有机改性蒙脱土通过以下步骤制得：

8.根据权利要求7所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述二氯甲烷、氯乙酰氯和乙二胺/二氯甲烷混合液的用量比为70ml：15-20g：30ml，所述乙二胺/二氯甲烷混合液为乙二胺和二氯甲烷按照用量比为6-7g：40ml混合组成。

9.根据权利要求7所述的一种增强改性聚乙烯管材的生产工艺，其特征在于，所述乙酸乙酯、1,2-(2-氯乙酰氯)乙烷、n，n-二甲基叔丁胺、无水乙醇和钠基蒙脱土的用量比为80ml：4-6g：5-7g：70ml：4-10g。

10.一种增强改性聚乙烯管材，其特征在于，根据权利要求1-9任意一项所述的生产工艺制得。

技术总结本发明公开了一种增强改性聚乙烯管材及其生产工艺，属于高分子材料技术领域，包括以下重量份原料：100‑110份聚乙烯树脂、9‑11份改性聚酰亚胺纤维、0.4‑0.8份增塑剂、0.5‑1份消泡剂、8‑12份有机改性蒙脱土和20‑30份聚苯乙烯。本发明以聚乙烯树脂为基体，通过改性聚酰亚胺纤维的引入，提高了改性聚酰亚胺纤维与聚乙烯树脂的相容性，进而使制得的聚乙烯管材得到增强，同时以聚苯乙烯为增强体，将有机改性蒙脱土与聚苯乙烯共混，进而再与聚乙烯树脂共混，提高了聚苯乙烯与聚乙烯树脂的相容性，进一步增强了聚乙烯管材的强度和韧性，同时有机改性蒙脱土的引入，提高了聚乙烯管材的抗氧化和耐腐蚀性能。技术研发人员：郭宗余,张付群,陈再红,董雪受保护的技术使用者：安徽省生宸源材料科技实业发展股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12