本發(fā)明涉及聚合物成型加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙取向聚烯烴纏繞管材及其制備方法。

背景技術(shù)：

聚烯烴具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，體現(xiàn)在：1)化學(xué)穩(wěn)定性好，可以用于給水管道、食品包裝等領(lǐng)域；2)耐候性能優(yōu)越，尤其是低溫性能。一直是世界上應(yīng)用量較大的管道材料，我國(guó)塑料管道行業(yè)發(fā)展迅猛，已成為世界塑料管道生產(chǎn)和應(yīng)用的大國(guó)之一。聚烯烴管道在制備過(guò)程中有徑向的牽引作用，分子鏈會(huì)沿軸向取向，軸向強(qiáng)度較高；但由于定徑套的限制，分子鏈在徑向上的取向度有限，導(dǎo)致聚烯烴管材使用過(guò)程中存在著以下一些缺點(diǎn)：一、初始承壓能力低；二、韌度和強(qiáng)度較低，抗開(kāi)裂沖擊性能差。

目前，通過(guò)在內(nèi)層聚烯烴管道上纏附含有增強(qiáng)材料的纏繞層為解決上述問(wèn)題提供了一種思路。但是無(wú)論纏繞層中添加非金屬纖維填充材料，還是金屬管或網(wǎng)增強(qiáng)材料會(huì)引起以下問(wèn)題：一、填充增強(qiáng)材料在纏繞帶中的取向度是決定纏繞帶強(qiáng)度的重要因素，需要單獨(dú)控制，增加設(shè)備投入，工藝較也為較為復(fù)雜。二、增強(qiáng)材料與聚烯烴樹(shù)脂基體的收縮率不同，溫差較大時(shí)會(huì)引起分層現(xiàn)象，在金屬為增強(qiáng)材料材質(zhì)時(shí)，這一點(diǎn)更為明顯；三、增強(qiáng)材料與纏繞帶中樹(shù)脂間相容性需外加膠黏劑或相容劑來(lái)保證，增加管材制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種強(qiáng)度高、結(jié)合牢固的雙取向聚烯烴纏繞管材及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一方面，本發(fā)明提供了一種雙取向聚烯烴纏繞管材，其包括軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管，以及纏繞并熔接在聚烯烴內(nèi)管外側(cè)的拉伸取向聚烯烴帶，所述聚烯烴內(nèi)管由按重量份計(jì)的以下組分經(jīng)熔融后旋轉(zhuǎn)擠出得到：

聚烯烴 90～100份

助劑 0～10份。

在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述聚烯烴為聚丙烯、聚乙烯或聚丁烯。

在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述聚烯烴為聚丙烯，所述助劑為β成核劑。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述β成核劑為芳香族類β成核劑、稀土類β成核劑、有機(jī)酸β成核劑及有機(jī)酸β鹽類化合物β成核劑中的至少一種。更優(yōu)選的，所述芳香族類β成核劑為T(mén)MB系列化合物、CHB-5化合物、NU-100化合物或NB-328化合物；稀土類β成核劑為WBG系列稀土化合物；有機(jī)酸類β成核劑為DCHT化合物、異二酸肼或辛二酸。

第二方面，本發(fā)明提供了第一方面所述雙取向聚烯烴纏繞管材的制備方法，包括以下步驟，

S1，將聚烯烴與助劑進(jìn)行充分混合后置于旋轉(zhuǎn)擠出裝置，控制芯棒相對(duì)于口模以3～25rpm/min的轉(zhuǎn)速，于熔融段溫度180～260℃，口模段溫度150～240℃進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管胚冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管；

S2，將聚烯烴內(nèi)管溫度降低到玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上，熔點(diǎn)以下；

S3，采用表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶對(duì)聚烯烴內(nèi)管進(jìn)行纏繞，纏繞后經(jīng)滾壓，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述步驟S3中，在相鄰的拉伸取向聚烯烴帶之間施加熱熔膠。

在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶圍繞聚烯烴內(nèi)管纏繞兩層或兩層以上。

在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶設(shè)置有兩條或兩條以上，彼此圍繞聚烯烴內(nèi)管交叉纏繞。

本發(fā)明的雙取向聚烯烴纏繞管材及其制備方法相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

本發(fā)明中管材的徑向強(qiáng)度是通過(guò)內(nèi)軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管和拉伸取向聚烯烴帶共同保證，旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)使得聚烯烴內(nèi)管分子鏈沿軸向和徑向均有取向；另外，通過(guò)調(diào)整牽引速度、管材溫度、纏繞層拉伸程度、纏縛角度和纏縛層數(shù)等參數(shù)，可以對(duì)不同聚烯烴的管材進(jìn)行雙取向加工，滿足不同原料的管材成型的需要，使之應(yīng)用更加廣泛；本發(fā)明的生產(chǎn)工藝使聚烯烴管材中的分子在軸向和徑向上均具有可控的取向度，不同方向上分子鏈取向度的變化可使管材的強(qiáng)度和韌度得到實(shí)質(zhì)性的提升，能極大地提高管材的強(qiáng)度和韌度；通過(guò)將相同屬性的聚烯烴內(nèi)管和聚烯烴帶熔接、纏繞并滾壓，使之結(jié)合更加牢固。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的一種雙取向聚烯烴纏繞管材的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的第二種雙取向聚烯烴纏繞管材的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的第三種雙取向聚烯烴纏繞管材的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施方式?；诒景l(fā)明中的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的雙取向聚烯烴纏繞管材，其包括軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管1，以及纏繞并熔接在聚烯烴內(nèi)管1外側(cè)的拉伸取向聚烯烴帶2，所述聚烯烴內(nèi)管1由按重量份計(jì)的以下組分經(jīng)熔融后旋轉(zhuǎn)擠出得到：

聚烯烴 90～100份

助劑 0～10份。

其中，所述拉伸取向聚烯烴帶2可采用實(shí)心的聚烯烴帶，如圖1所示，也可以采用空心的聚烯烴帶，如圖2所示。

具體的，其制備方法包括以下步驟，

S1，將聚烯烴與助劑進(jìn)行充分混合后置于旋轉(zhuǎn)擠出裝置，控制芯棒相對(duì)于口模以3～25rpm/min的轉(zhuǎn)速，于熔融段溫度180～260℃，口模段溫度150～240℃進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管胚冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管1；

S2，將聚烯烴內(nèi)管1溫度降低到玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上，熔點(diǎn)以下；

S3，采用表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶2對(duì)聚烯烴內(nèi)管1進(jìn)行纏繞，纏繞后經(jīng)滾壓，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

其中，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶2可以設(shè)置為圍繞聚烯烴內(nèi)管1纏繞兩層或兩層以上，如圖3所示。

當(dāng)然的，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶2可設(shè)置為兩條或兩條以上，彼此圍繞聚烯烴內(nèi)管1交叉纏繞，如圖2所示。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，采用的各原料組分如下：

聚丙烯PPR 99.9kg

成核劑CHB-5 0.1kg。

制備過(guò)程如下：

將CHB-5成核劑與聚丙烯PPR混合均勻，擠出機(jī)熔融段溫度為220℃，口模溫度為170℃下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，以芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經(jīng)冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管；

送入纏繞區(qū)，將聚烯烴內(nèi)管溫度調(diào)節(jié)至150℃，纏繞機(jī)將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內(nèi)管外表面進(jìn)行纏繞，在纏繞過(guò)程中，纏繞帶相鄰側(cè)壁間熔融互接，復(fù)合成一體，通過(guò)螺旋滾壓裝置對(duì)管壁進(jìn)行滾壓，使管材壁規(guī)整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標(biāo)準(zhǔn)尺寸比(SDR)為6的雙取向聚烯烴管工作壓力與純PPR實(shí)壁管相比結(jié)果如表1所示：

表1

用上述方法制備直徑為110mm，工作壓力(MOP)為1.0的雙取向聚烯烴管工作壓力與純PPR實(shí)壁管相比結(jié)果如表2所示：

表2

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，采用的各原料組分如下：

聚丙烯PPR

制備過(guò)程如下：

將聚丙烯PPR投入擠出機(jī)，調(diào)節(jié)擠出機(jī)熔融段溫度為220℃，口模溫度為170℃下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，以芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經(jīng)冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管；

送入纏繞區(qū)，將聚烯烴內(nèi)管溫度調(diào)節(jié)至150℃，纏繞機(jī)將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內(nèi)管外表面進(jìn)行纏繞，在纏繞過(guò)程中，在相鄰拉伸取向聚烯烴帶間施加熱熔膠，復(fù)合成一體，纏繞材料規(guī)則排列，壓貼粘接成一體螺旋纏繞帶構(gòu)成雙取向聚烯烴管的管材壁；最后，通過(guò)螺旋滾壓裝置對(duì)管壁進(jìn)行滾壓，使管材壁規(guī)整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標(biāo)準(zhǔn)尺寸比(SDR)為6的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PPR實(shí)壁管相比結(jié)果如表3所示：

表3

用上述方法制備直徑為110mm，工作壓力(MOP)為1.0的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PPR實(shí)壁管相比結(jié)果如表4所示：

表4

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，采用的各原料組分如下：

聚乙烯PE100

制備過(guò)程如下：

將聚乙烯PE100投入擠出機(jī)，調(diào)節(jié)擠出機(jī)熔融段溫度為210℃，口模溫度為170℃下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，以芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經(jīng)冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管；

送入纏繞區(qū)，將聚烯烴內(nèi)管溫度調(diào)節(jié)至150℃，纏繞機(jī)將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內(nèi)管外表面進(jìn)行纏繞，在纏繞過(guò)程中，在相鄰拉伸取向聚烯烴帶間施加熱熔膠，復(fù)合成一體，纏繞材料規(guī)則排列，壓貼粘接成一體螺旋纏繞帶構(gòu)成雙取向聚烯烴管的管材壁；最后，通過(guò)螺旋滾壓裝置對(duì)管壁進(jìn)行滾壓，使管材壁規(guī)整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標(biāo)準(zhǔn)尺寸比(SDR)為11的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實(shí)壁管相比結(jié)果如表5所示：

表5

用上述方法制備外徑110mm，工作壓力(MOP)為1.25的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實(shí)壁管相比結(jié)果如表6所示：

表6

實(shí)施例4

本實(shí)施例中，采用的各原料組分如下：

聚乙烯PE100

制備過(guò)程如下：

將聚乙烯PE100投入擠出機(jī)，調(diào)節(jié)擠出機(jī)熔融段溫度為220℃，口模溫度為170℃下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，以芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經(jīng)冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內(nèi)管；

送入纏繞區(qū)，將聚烯烴內(nèi)管溫度調(diào)節(jié)至150℃，纏繞機(jī)將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內(nèi)管外表面進(jìn)行纏繞，在纏繞過(guò)程中，在相鄰拉伸取向聚烯烴帶間施加熱熔膠，復(fù)合成一體，纏繞材料規(guī)則排列，壓貼粘接成一體螺旋纏繞帶構(gòu)成雙取向聚烯烴管的管材壁；最后，通過(guò)螺旋滾壓裝置對(duì)管壁進(jìn)行滾壓，使管材壁規(guī)整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標(biāo)準(zhǔn)尺寸比(SDR)為13.6的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實(shí)壁管相比結(jié)果如表7所示：

表7

用上述方法制備外徑110mm，工作壓力(MOP)為1.0的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實(shí)壁管相比結(jié)果如表8所示：

表8

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。