[0001] 本发明涉及塑料管道技术领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强聚丙烯管道及其制备方法。

[0002] 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。

[0003] 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。

[0036] 下面通过具体实施方式进一步详细说明：

[0037] 说明书附图中的附图标记包括：内层‑1、中间增强层‑2、外层‑3。

[0038] 实施例

[0039] 一种玄武岩纤维增强聚丙烯管道的制备方法为：

[0040] S1玄武岩纤维脱浆处理：将直径为13μm的连续玄武岩纤维置于60℃丙酮溶液中处理10min，除去玄武岩纤维表面的杂质,再用足量的蒸馏水清洗玄武岩纤维后烘干，得到脱浆的玄武岩纤维；

[0041] S2玄武岩纤维刻蚀处理：将经过脱浆处理的玄武岩纤维在1mol/L的醋酸溶液中处理30min，对玄武岩纤维表面刻蚀微槽，然后用1mol/L的氢氧化钠溶液处理1min，中和玄武岩纤维表面的醋酸，再用足量的去离子水清洗玄武岩纤维后烘干，得到表面经过刻蚀的玄武岩纤维；

[0042] S3玄武岩纤维改性处理：配置质量分数为5％的马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液，搅拌水解5min(搅拌水解可以为5‑10min，本实施例1取5min)，将经过刻蚀处理的玄武岩纤维置于马来酸酐乙烯基三乙氧基硅烷共聚物溶液中浸泡10min后(当然浸泡时间也可以在10‑30min内，本实施例1取10min)，置于120℃下接枝反应30min(当然接枝反应时间可以是30‑60min，本实施例1取30min)，再经过纤维切断机切割成1mm长度，之后经过研磨、振动筛分，得到长度均匀且平均长度为0.1mm、0.3mm、0.5mm的改性玄武岩纤维。

[0043] 其中马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液，在本实施例中采用的是马来酸酐‑乙烯基三乙氧基硅烷共聚物溶液，具体结构式见图4，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，下述实施例1中数均分子量为2.5万。

[0044] 实施例1

[0045] 将100份PP‑R树脂、23份平均长度为0.3mm的改性玄武岩纤维、3份马来酸酐接枝聚丙烯相容剂、1份过氧化二异丙苯引发剂、1份抗氧化剂1010进行复配搅拌均匀得到玄武岩纤维增强PP‑R复合材料，再将玄武岩纤维增强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PP‑R管道。内层、外层挤出机的机筒温度200℃，中间层机筒温度230℃，模头温度为230℃。所得到的管道规格为dn25*en4.2，三层壁厚的比例为1：1：1。

[0046] 实施例2、3与实施例1的区别在于所用的改性玄武岩纤维的长度不同。

[0047] 实施例4‑11与实施例1的区别在于中间增强层的配方不同，具体见表1。

[0048] 表1实施例1‑11管道中间增强层的配方(按质量份数)

[0049]

[0050]

[0051] 对比例

[0052] 对比例1与实施例1的区别在于，中间增强层为纯的PP‑R树脂，未使用改性玄武岩纤维、相容剂、引发剂、抗氧化剂。

[0053] 对比例2与实施例1的区别在于，中间增强层的玄武岩纤维未经过马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物接枝改性处理。

[0054] 将上述试验得到的管道进行爆破压力、低温落锤冲击(‑10℃、1kg落锤、1m高度)、内壁粗糙度测试，得到各实施例、对比例的性能结果如表2所示：

[0055] 表2各实施例、对比例的性能结果对比表

[0056]

[0057] 由以上实施例与对比例的情况可知：实施例1、实施例7、实施例9以及实施例11的爆破压力都在15MPa以上，落锤冲击都为0/10破裂，内壁粗糙度都在0.140μm左右，耐压性能、低温韧性远高于对比例1、对比例2的管道，表明本实施例制备的玄武岩纤维增强聚丙烯管道可避免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，也可减少管道内壁滋生细菌、藻类等微生物。

[0058] 从上述表1和表2的实施例1、实施例2、实施例3进行对比可知：实例2的改性玄武岩纤维长度过短，经挤出机螺杆剪切后，部分极短纤维垂直管道内壁分布，造成管道内壁形成大量凸起凹坑，内壁粗糙度较高；而实施例3的改性玄武岩纤维的长度过长，少量过长的纤维易弯折从而垂直管道内壁分布，造成管道内壁形成少量的凸起凹坑，管道内壁粗糙度略微升高。但实施例2、实施例3与对比例1及对比例2对比可知，改性玄武岩纤维的加入使得实施例2、实例3的管道耐压性能、低温韧性都得到一定程度上提升。

[0059] 从上述表1和表2的实施例1、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9进行对比可知：改性玄武岩纤维、相容剂、引发剂的用量都对管道的耐压性能、低温韧性以及内壁粗糙度都有一定的影响。

[0060] 从上述表1和表2的实施例1、实施例10、实施例11进行对比可知：抗氧剂的用量仅对管道耐压性能、低温韧性有一定的影响，不影响管道内壁粗糙度。

[0061] 此外，为验证不同改性处理对最终的管材的影响，进行了如下试验组：

[0062] 对照组1，采用的是质量分数为1％的马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液，其他参数同实施例1。

[0063] 对照组2、采用的是质量分数为3％的马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液，其他参数同实施例1。

[0064] 对照组3、采用的是质量分数为7％的马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液，其他参数同实施例1。

[0065] 对照组4、采用的是质量分数为10％的马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液，其他参数同实施例1。

[0066] 对照组5、质量分数为5％的硅烷偶联剂(具体为乙烯基三乙氧基硅烷)溶液代替实施例1的质量分数为5％的马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液，其他参数同实施例1。

[0067] 对照组6、采用熔融接枝改性，其他参数同实施例1，将连续玄武岩纤维先脱浆，再刻蚀处理，再将纤维与PP‑R树脂、共聚物、相容剂、引发剂、抗氧剂通过熔融挤出造粒，得到中间层料，再通过三层挤出机挤出得到管材。

[0068] 表3实施例1与对照组1‑6的性能结果对比表

[0069]

[0070] 从对照组1至对照组4与实施例1的对比可知，在马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液浓度过低时，对管道的耐压性能、低温韧性和管材的粗糙度都有影响，而在浓度提高后，对管道耐压性能、低温韧性和管材的粗糙度的影响很小。

[0071] 将对照组3‑4、实施例1、对比例1‑2与对照组5的对比可知，使用普通的硅烷偶联剂进行改性，虽然在管道耐压性能和低温韧性上有所提升，但是提升幅度不大，且在粗糙度上也无法达到采用马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物溶液进行改性的效果。

[0072] 对比实施例1、对照组5和对照组6(结合图2和图3)，可以看出，当连续纤维不进行单独的切割处理，而是直接造粒后再挤出，一方面说明纤维不进行步骤S3的改性或者改性不是采用马来酸酐‑硅烷偶联剂共聚物时，对管材的耐压性能有很大的影响；另一方面说明步骤S3中对改性后的纤维进行切断和筛分对最终管材的粗糙度影响很大，若采用常规造粒后再熔融挤出的方式，会造成纤维在管材上长短不一，纤维的长度不均匀性高，造成管材内壁粗糙，从而容易造成管材在后续使用中的滋生细菌/藻类等微生物问题；而实施例1通过对连续纤维改性完成后的切割、研磨、筛分，既确保了制得的管材内壁粗糙度大幅降低，管材内壁光滑，不易滋生微生物，又使得筛分后的均匀短纤维能够直接与中层的其他原料混合而直接用于挤出，相比需要造粒的情况，实施例1的方案有助于简化生产工艺，降低生产成本。

[0073] 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。