本發(fā)明涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉煤灰管材及其制備方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)塑料管的受力形式主要為環(huán)向受拉，管壁厚度正比于直徑與內(nèi)壓的乘積。由于一般塑料材料的抗拉強(qiáng)度都比較低(如聚乙烯材料的抗拉強(qiáng)度為22Mpa)，因此，在較大直徑和較大壓力下，管壁厚度相當(dāng)大，并且隨管徑和內(nèi)壓加大而迅速增大，制造成本隨之快速增加。近年來開發(fā)應(yīng)用了鋼絲網(wǎng)骨架、加筋增強(qiáng)等塑料復(fù)合管，在提高管材抗壓能力上效果明顯，但是因?yàn)椴牧咸匦院凸に嚰夹g(shù)的制約，管材壁厚依然很大，特別是在使用量最多的壓力(如0.8-1.0Mpa)區(qū)間管材，其壁厚還超過了常規(guī)塑料管，成本和價格很高。
目前，對粉煤灰的利用主要作為水泥、空心磚等建材的輔料，應(yīng)用比例和使用量都不理想。粉煤灰可塑性材料制備管材的構(gòu)想，受粉煤灰與其它材料各自抗拉強(qiáng)度及彈性模量等固有特性的影響，不能形成可在各個材料間平衡的受力主體，使其受力后難以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變形，且材料的強(qiáng)度不夠。
由此可見，傳統(tǒng)的塑料管材在制造成本，抗壓能力以及材料強(qiáng)度方面，存在嚴(yán)重的不足和缺陷，亟待進(jìn)一步改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于一種加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材及其制備方法，用以解決現(xiàn)有的塑料管材在制造和應(yīng)用過程中的存在的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材，包括改性粉煤灰塑料管、纏繞在所述粉煤灰塑料管外表面的筋材以及包覆所述粉煤灰塑料管的外包層，其中，所述粉煤灰塑料管原料以重量份數(shù)計：高分子樹脂30-60份、粉煤灰30-70份、偶聯(lián)劑0.5-5份、聚乙烯蠟1-10份、硬脂酸0.1-5份、抗沖改性劑0.1-0.5份、炭黑1-5份。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述改性粉煤灰塑料管的原料以重量份數(shù)計：高分子樹脂35-55份、粉煤灰35-65份、偶聯(lián)劑1-4份、聚乙烯蠟3-7份、硬脂酸0.5-4份、抗沖改性劑0.2-0.4份、炭黑2-4份。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述抗沖改性劑為ACR或CPE。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述粉煤灰的細(xì)度為100-500目。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述高分子樹脂為密度在0.940-0.976g/cm3的高密度聚乙烯。
本發(fā)明還提供一種上述所述的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的制備方法，其特征在于，所述方法包括：
將粉煤灰、偶聯(lián)劑混合并攪拌均勻形成第一混合物；
將高分子樹脂、聚乙烯蠟、硬脂酸、抗沖改性劑、炭黑依次加入所述第一混合物中，混合并攪拌均勻形成改性粉煤灰樹脂；
將所述改性粉煤灰樹脂進(jìn)行造粒得到改性粉煤灰樹脂顆粒料；
將所述改性粉煤灰樹脂顆粒料與高分子樹脂混合均勻形成第二混合物，并將所述第二混合物擠入管材模具擠壓成模，定型冷卻形成改性粉煤灰塑料管；
將所述筋材通過環(huán)筋機(jī)包覆在所述改性粉煤灰塑料管材外表面；
將所述改性粉煤灰塑料管的外表面包覆一層外包層，所述外包層為所述第二混合物或高密度聚乙烯。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一混合物是依次將所述粉煤灰、所 述偶聯(lián)劑加入高速混合機(jī)攪拌形成的，所述第一混合物的形成溫度范圍為80℃-110℃。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述定型冷卻是在噴淋冷卻水環(huán)境中進(jìn)行的。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述筋材的直徑為0.1-5mm，抗拉強(qiáng)度為1000-4000Mpa。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述外包層在所述改性粉煤灰塑料管的外表面的包覆厚度為1-5mm。
本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材具有以下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明將高強(qiáng)度金屬筋材、改性粉煤灰樹脂與高分子樹脂復(fù)合，改性粉煤灰樹脂顆粒料的可塑性好，材料的剛度強(qiáng)，并將金屬筋材呈連續(xù)螺旋狀嵌入改性粉煤灰的管材中，作為承載內(nèi)水壓力的主體，控制了受力后的變形，減少了壁厚20～90％；此外，本發(fā)明管材中含有30～50％價格低廉的粉煤灰，大大降低了管材整體成本，應(yīng)用范圍廣泛，開辟了對粉煤灰綜合利用的新途徑，達(dá)到了對廢物進(jìn)行回收利用的目的；本發(fā)明的制備方法中通過調(diào)整各個條件以及加料的次序，提高了粉煤灰管本身的強(qiáng)度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的制備過程。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明提供一種加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材，其包括改性粉煤灰塑料管、纏繞在所述粉煤灰塑料管外表面的筋材以及包覆所述粉煤灰塑料管的外包層，其中，改性粉煤灰塑料管原料以重量份數(shù)計：高分子樹脂30-60份、粉煤灰30-70份、偶聯(lián)劑0.5-5份、聚乙烯蠟1-10份、硬脂酸0.1-5份、抗沖改性劑0.1-0.5份、炭黑1-5份。
在本發(fā)明的各個實(shí)施例中，優(yōu)選地，改性粉煤灰塑料管原料以重量 份數(shù)計：高分子樹脂35-55份、粉煤灰35-65份、偶聯(lián)劑1-4份、聚乙烯蠟3-7份、硬脂酸0.5-4份、抗沖改性劑0.2-0.4份、炭黑2-4份。
在本發(fā)明的各個實(shí)施中，優(yōu)選地，改性粉煤灰塑料管原料以重量份數(shù)計：高分子樹脂40-50份、粉煤灰40-60份、偶聯(lián)劑2-3份、聚乙烯蠟4-6份、硬脂酸2-3份、抗沖改性劑0.25-0.35份、炭黑2.5-3.5份。
其中，上述實(shí)施例中，高分子樹脂為高密度聚乙烯，其為無毒、無味，密度在0.940-0.976g/cm3范圍內(nèi)；結(jié)晶度為80％-90％，軟化點(diǎn)為125-135℃，使用溫度可達(dá)100℃；熔化溫度120-160℃。偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑?？箾_改性劑為丙烯酸酯類聚合物(ACR)或氯化聚乙烯(CPE)。ACR(Acrylic copolymer)是具有核殼結(jié)構(gòu)的丙烯酸酯類共聚物，是一種綜合性能優(yōu)良的PVC抗沖改性劑。氯化聚乙烯材料(CPE)為飽和高分子材料，具有良好的耐油性、阻燃性及著色性能。
其中，筋材為高強(qiáng)度金屬筋材，該高強(qiáng)度金屬筋材為環(huán)向金屬筋材，其為絲狀，直徑為0.1-5毫米，抗拉強(qiáng)度為1000-4000Mpa。
本發(fā)明中，粉煤灰細(xì)度為100-500目，比如：110目、120目、130目、140目、150目、180目、200、220目、250目、280目、300目、330目、350目、380目、400目、420目、450目、480目或500目，以及其中任意兩值之間的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的制備方法，包括以下步驟：
將粉煤灰、偶聯(lián)劑混合并攪拌均勻形成第一混合物，粉煤灰、偶聯(lián)劑混合并攪拌過程中的溫度范圍為85℃-110℃，第一混合物是依次將粉煤灰、偶聯(lián)劑加入高速混合機(jī)攪拌形成的。
將高分子樹脂、聚乙烯蠟、硬脂酸、抗沖改性劑、炭黑依次加入第一混合物中，混合并攪拌均勻形成改性粉煤灰樹脂；
將改性粉煤灰樹脂進(jìn)行造粒得到改性粉煤灰樹脂顆粒料；
將改性粉煤灰樹脂顆粒料與高分子樹脂混合均勻，并將混合物擠入管材模具擠壓成模，定型冷卻，其中，定型冷卻是在噴淋水箱中進(jìn)行定 型。
通過環(huán)筋機(jī)將改性粉煤灰塑料管材上包覆金屬筋材，具體的，在管材外壁上沿著管材的長度方向相隔一定間距，呈連續(xù)螺旋狀的纏繞環(huán)向金屬筋材。
最后，將所述改性粉煤灰塑料管的外表面及金屬筋材包覆一層外包層，所述外包層為所述第二混合物或高密度聚乙烯，形成加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材。再進(jìn)一步的將加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材通過牽引機(jī)牽引，定尺加工以及精加工后入庫。
本發(fā)明首先對粉煤灰表面的進(jìn)行處理，先形成第一混合物，再將高分子樹脂、聚乙烯蠟、硬脂酸、抗沖改性劑、炭黑依次加入第一混合物中形成可塑性的改性粉煤灰樹脂。該過程恰到好處的適應(yīng)了粉煤灰的改性過程，該加料順序?qū)Ω男苑勖夯覙渲男纬删陀兄匾挠绊懽饔茫诒３挚伤苄缘耐瑫r，也增強(qiáng)了原料形成后的剛度和強(qiáng)度。本發(fā)明粉煤灰中的金屬氧化物如SiO2、Al2O3、FeO、MgO、TiO2等對高密度聚乙烯等熱塑性樹脂起到有效增強(qiáng)作用，同時保留了良好的可塑性，使得支撐的管材的環(huán)剛度等性能大大提高。本發(fā)明管材進(jìn)一步地結(jié)合纏繞的金屬或非金屬絲的協(xié)同倍增作用大大提高了管材的環(huán)剛度、耐壓和承壓效果。
由于本發(fā)明加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的綜合性能優(yōu)異，最小壁厚以DN50、63、75、90、110、125、160、200、250、315(mm)管材為例分別為2.0、2.2、2.6、3.0、3.6、4.0、4.8、5.8、7.0、8.5(mm)，其中包覆第二混合物或者高密度聚乙烯的厚度依管材性能要求不同為1-5mm之間。加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材充分有效地利用了粉煤灰，提高了管材抗壓能力、顯著降低了制造成本，該管材應(yīng)用范圍廣，可代替常規(guī)多種輸水用管材。
實(shí)施例1
本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材，改性粉煤灰塑料管原料以重量份數(shù)計：高分子樹脂30份、粉煤灰30份、偶聯(lián)劑0.5份、聚乙烯蠟1份、 硬脂酸0.1份、抗沖改性劑0.1份、炭黑1份。
實(shí)施例2
本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材，改性粉煤灰塑料管原料以重量份數(shù)計：高分子樹脂40份、粉煤灰50份、偶聯(lián)劑3份、聚乙烯蠟6份、硬脂酸3份、抗沖改性劑0.3份、炭黑2份。
實(shí)施例3
本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材，其中，改性粉煤灰塑料管原料以重量份數(shù)計：高分子樹脂60份、粉煤灰70份、偶聯(lián)劑5份、聚乙烯蠟10份、硬脂酸5份、抗沖改性劑0.5份、炭黑3份。
下面具體通過一個實(shí)施例來說明上述任意一種加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的制備方法。
本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的制備方法，包括以下步驟：
步驟A：將粉煤灰、偶聯(lián)劑混合并攪拌均勻形成第一混合物，粉煤灰、偶聯(lián)劑混合并攪拌過程中的溫度范圍為90℃，第一混合物是依次將粉煤灰、偶聯(lián)劑加入高速混合機(jī)形成的。
步驟B：將高分子樹脂、聚乙烯蠟、硬脂酸、抗沖改性劑、炭黑依次加入第一混合物中，混合并攪拌均勻形成改性粉煤灰樹脂；
步驟C：將改性粉煤灰樹脂進(jìn)行造粒得到改性粉煤灰樹脂顆粒料；
步驟D：將改性粉煤灰樹脂顆粒料與高分子樹脂混合均勻形成第二混合物，并將第二混合物擠入管材模具擠壓成模，定型冷卻形成改性粉煤灰塑料管；其中，定型冷卻是在噴淋冷卻水環(huán)境中進(jìn)行定型。
步驟E：通過環(huán)筋機(jī)將筋材纏繞到粉煤灰塑料管上得到加筋增強(qiáng)改性粉煤灰塑料管；具體的，在管材外壁上沿著管材的長度方向相隔一定間距，呈連續(xù)螺旋狀的環(huán)向金屬筋材，其中，環(huán)向金屬筋材為絲狀，其直徑為0.1-5毫米，抗拉強(qiáng)度為1000-4000Mpa。
步驟F：在加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管的外面包覆一層外包層，該外包層為第二混合物或高密度聚乙烯，形成加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材。將加筋 增強(qiáng)粉煤灰塑料管材通過牽引機(jī)牽引，定尺加工以及精加工后入庫。
本發(fā)明對筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的性能進(jìn)行了如下測試，如表1和表2所示：
表1為本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材的材料及力學(xué)性能結(jié)果：
表2為加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材與同類其它管材的性能比較結(jié)果
注：比較是以工程中應(yīng)用較多的規(guī)格為：口徑315mm，額定壓力1.0 Mpa為例。
表1和表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：本發(fā)明的加筋增強(qiáng)粉煤灰塑料管材比同類其它管材更耐壓、重量更輕、成本更低、能耗少、環(huán)境更友好，更環(huán)保。
本發(fā)明將高強(qiáng)度金屬筋材、改性粉煤灰樹脂與高分子樹脂復(fù)合，改性粉煤灰樹脂顆粒料的可塑性好，強(qiáng)度大，進(jìn)一步地通過該金屬筋材呈連續(xù)螺旋狀嵌入由上述材料構(gòu)成的管材中，并且作為承載內(nèi)水壓力的主體，控制了受力后的變形，其管壁的受力形式變?yōu)榄h(huán)向受拉和以環(huán)向鋼筋為支座的縱向連續(xù)梁受彎，壁厚不再隨壓力及管徑的變化而增加，減少壁厚20～90％。此外，本發(fā)明中，價格低廉的粉煤灰在管壁材料中占比達(dá)到30～50％，大大降低了管材成本，應(yīng)用范圍廣泛，開辟了對粉煤灰綜合利用的新途徑，達(dá)到了對廢物進(jìn)行回收利用的目的。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。