技术领域
[0001] 本发明涉及复合管道技术领域，尤其涉及一种超耐磨耐腐蚀复合管道及制备方法。
相关背景技术
[0002] 随着工业水平的不断提高，PE、PVC塑料管道不断取代金属管道，广泛应用于建筑供水、建筑排水、城市供水、排水等领域。该管道由于重量轻、不会生锈、成本低、安装方便等被人们所喜好，但目前的PE管道在力学性能、耐压性能、抗冲击性、耐磨性以及透水性能等方面均不能满足用力需求，继而复合管道应运而生，复合管道通过各种材料复合等方式进行结合，加强管道的性能。
[0003] 正是由于复合管道的性能加强，其所适用的范围、环境也更加的严峻，故在复合管道的使用过程中，仍然会出现耐腐蚀性差、耐磨性差的问题，降低了复合管道的使用寿命，同时复合管道在制备的过程中，通常是为了提升复合管道的综合性能，针对性较低，因此本发明提出一种超耐磨耐腐蚀复合管道及制备方法以解决现有技术中存在的问题。
具体实施方式
[0025] 为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0026] 以下实施例中所使用的原料均通过常规商购途径获得，紫外线吸收剂为水杨酸苯3
酯，超高分子量聚乙烯的分子量为150万以上，高密度聚乙烯密度为0.950g/cm ，低密度聚
3
乙烯的密度为0.910g/cm ，废旧聚乙烯塑料的来源为市场购买已筛选并经过粉碎处理的废旧聚乙烯塑料粉末，碳纳米管为单壁碳纳米管，其粒径为2nm，二氧化钛的平均粒径为25nm，环氧树脂保护层的喷涂方式是将环氧树脂粉末通过静电喷涂的方式喷涂在表面，偶联剂为硅烷偶联剂，分散剂为聚乙烯醇分散剂。
[0027] 实施例一
[0028] 根据图1所示，本实施例提出了一种超耐磨耐腐蚀复合管道，包括内层、中间层和外层，内层、中间层和外层之间通过热熔胶层进行连接，外层的表面喷涂有保护层，即本复合管道的结构共计六层，分别为保护层‑外层‑热熔胶层‑中间层‑热熔胶层‑内层，内层包括以下重量份原料组成：超高分子量聚乙烯90份、碳纳米管1份、二氧化钛2份、纳米银3份和蒙脱土4份，中间层包括以下重量份原料组成：高密度聚乙烯60份、低密度聚乙烯10份、废旧聚乙烯塑料12份、丁苯橡胶12份和高岭土6份，外层包括以下重量份原料组成：聚四氟乙烯基体65份、玻璃纤维10份、聚酰亚胺10份、氧化铝5份、石墨5份、紫外线吸收剂5份，保护层为环氧树脂保护层，中间层内还设有钢网骨架，内层和外层均包括以下重量份原料：抗氧化剂3份、增塑剂3份和交联剂2份，内层还包括以下重量份原料：偶联剂5份和分散剂5份，交联剂为过氧化苯甲酰，抗氧化剂为抗氧化剂1010，增塑剂为环氧大豆油。
[0029] 一种超耐磨耐腐蚀复合管道的制备方法，包括以下步骤：
[0030] 步骤一、材料准备
[0031] 精准称量所有的原料，其包括超高分子量聚乙烯、碳纳米管、二氧化钛、纳米银、蒙脱土、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、废旧聚乙烯塑料、丁苯橡胶和高岭土、聚四氟乙烯基体、玻璃纤维、聚酰亚胺、氧化铝、石墨、紫外线吸收剂、抗氧化剂、增塑剂和交联剂、偶联剂和分散剂；
[0032] 步骤二、中间层的制备
[0033] 将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、废旧聚乙烯塑料、丁苯橡胶和高岭土加入高速混合机内，进行混合，混合时间为40min混合机转速为800rpm/min，然后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出，并与钢网骨架同步复合成型；
[0034] 步骤三、内层的制备
[0035] 将超高分子量聚乙烯、碳纳米管、二氧化钛、纳米银和蒙脱土加入高速混合机内，进行混合，混合时间为10min，混合机转速为600rpm/min，然后加入抗氧化剂、增塑剂、交联剂、偶联剂、分散剂，继续混合，混合时间为20min，转速为1300rpm/min，之后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出成型，蒙脱土使用前，通过离子交换反应方法对蒙脱土进行有机改性；
[0036] 步骤四、外层的制备
[0037] 将聚四氟乙烯基体、玻璃纤维、聚酰亚胺、氧化铝、石墨、紫外线吸收剂、抗氧化剂、增塑剂和交联剂加入高速混合机内，进行混合，混合时间为15min，混合机转速为800rpm/min，之后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出成型；
[0038] 步骤五、管道复合及后处理
[0039] 采用热熔胶连接的方式，依次将内层和中间层，中间层和外层进行连接，得到复合管道，然后在外层的表面喷涂一层环氧树脂保护层，完成制备，得到超耐磨耐腐蚀复合管道。
[0040] 本实施例中，挤出机采用单螺杆机，单螺杆机的加工温度为250℃，螺杆转速为100r/min。
[0041] 实施例二
[0042] 根据图1所示，本实施例提出了一种超耐磨耐腐蚀复合管道，包括内层、中间层和外层，内层、中间层和外层之间通过热熔胶层进行连接，外层的表面喷涂有保护层，内层包括以下重量份原料组成：超高分子量聚乙烯80份、碳纳米管3份、二氧化钛4份、纳米银5份和蒙脱土8份，中间层包括以下重量份原料组成：高密度聚乙烯40份、低密度聚乙烯25份、废旧聚乙烯塑料15份、丁苯橡胶15份和高岭土5份，外层包括以下重量份原料组成：聚四氟乙烯基体80份、玻璃纤维5份、聚酰亚胺5份、氧化铝3份、石墨3份、紫外线吸收剂4份，保护层为环氧树脂保护层，中间层内还设有钢网骨架，内层和外层均包括以下重量份原料：抗氧化剂2份、增塑剂4份和交联剂3份，内层还包括以下重量份原料：偶联剂3份和分散剂3份，交联剂为过氧化二异丙苯，抗氧化剂为抗氧化剂1076，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
[0043] 一种超耐磨耐腐蚀复合管道的制备方法，包括以下步骤：
[0044] 步骤一、材料准备
[0045] 精准称量所有的原料，其包括超高分子量聚乙烯、碳纳米管、二氧化钛、纳米银、蒙脱土、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、废旧聚乙烯塑料、丁苯橡胶和高岭土、聚四氟乙烯基体、玻璃纤维、聚酰亚胺、氧化铝、石墨、紫外线吸收剂、抗氧化剂、增塑剂和交联剂、偶联剂和分散剂；
[0046] 步骤二、中间层的制备
[0047] 将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、废旧聚乙烯塑料、丁苯橡胶和高岭土加入高速混合机内，进行混合，混合时间为20min，混合机转速为1200rpm/min，然后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出，并与钢网骨架同步复合成型；
[0048] 步骤三、内层的制备
[0049] 将超高分子量聚乙烯、碳纳米管、二氧化钛、纳米银和蒙脱土加入高速混合机内，进行混合，混合时间为10min，混合机转速为600rpm/min，然后加入抗氧化剂、增塑剂、交联剂、偶联剂、分散剂，继续混合，混合时间为20min，转速为1300rpm/min，之后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出成型，步骤三中，蒙脱土使用前，通过离子交换反应方法对蒙脱土进行有机改性，；
[0050] 步骤四、外层的制备
[0051] 将聚四氟乙烯基体、玻璃纤维、聚酰亚胺、氧化铝、石墨、紫外线吸收剂、抗氧化剂、增塑剂和交联剂加入高速混合机内，进行混合，混合时间为15min，混合机转速为800rpm/min，之后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出成型；
[0052] 步骤五、管道复合及后处理
[0053] 采用热熔胶连接的方式，依次将内层和中间层，中间层和外层进行连接，得到复合管道，然后在外层的表面喷涂一层环氧树脂保护层，完成制备，得到超耐磨耐腐蚀复合管道。
[0054] 本实施例中，挤出机采用单螺杆机，单螺杆机的加工温度为280℃，螺杆转速为120r/min。
[0055] 实施例三
[0056] 根据图1所示，本实施例提出了一种超耐磨耐腐蚀复合管道，包括内层、中间层和外层，内层、中间层和外层之间通过热熔胶层进行连接，外层的表面喷涂有保护层，内层包括以下重量份原料组成：超高分子量聚乙烯85份、碳纳米管2份、二氧化钛3份、纳米银4份和蒙脱土6份，中间层包括以下重量份原料组成：高密度聚乙烯50份、低密度聚乙烯18份、废旧聚乙烯塑料13份、丁苯橡胶13份和高岭土5.5份，外层包括以下重量份原料组成：聚四氟乙烯基体73份、玻璃纤维7份、聚酰亚胺6份、氧化铝4份、石墨4份、紫外线吸收剂4.5份，保护层为环氧树脂保护层，中间层内还设有钢网骨架，内层和外层均包括以下重量份原料：抗氧化剂2.5份、增塑剂3.5份和交联剂2.5份，内层还包括以下重量份原料：偶联剂4份和分散剂4份，交联剂为过氧化二异丙苯，抗氧化剂为抗氧化剂168，增塑剂为柠檬酸三丁酯。
[0057] 一种超耐磨耐腐蚀复合管道的制备方法，包括以下步骤：
[0058] 步骤一、材料准备
[0059] 精准称量所有的原料，其包括超高分子量聚乙烯、碳纳米管、二氧化钛、纳米银、蒙脱土、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、废旧聚乙烯塑料、丁苯橡胶和高岭土、聚四氟乙烯基体、玻璃纤维、聚酰亚胺、氧化铝、石墨、紫外线吸收剂、抗氧化剂、增塑剂和交联剂、偶联剂和分散剂；
[0060] 步骤二、中间层的制备
[0061] 将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、废旧聚乙烯塑料、丁苯橡胶和高岭土加入高速混合机内，进行混合，混合时间为30min混合机转速为1000rpm/min，然后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出，并与钢网骨架同步复合成型；
[0062] 步骤三、内层的制备
[0063] 将超高分子量聚乙烯、碳纳米管、二氧化钛、纳米银和蒙脱土加入高速混合机内，进行混合，混合时间为10min，混合机转速为600rpm/min，然后加入抗氧化剂、增塑剂、交联剂、偶联剂、分散剂，继续混合，混合时间为20min，转速为1300rpm/min，之后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出成型，蒙脱土使用前，通过离子交换反应方法对蒙脱土进行有机改性，即通过离子交换反应，将蒙脱土层间的钠离子替换为有机阳离子，如长链烷基铵盐，以增强其与聚合物的相容性；
[0064] 步骤四、外层的制备
[0065] 将聚四氟乙烯基体、玻璃纤维、聚酰亚胺、氧化铝、石墨、紫外线吸收剂、抗氧化剂、增塑剂和交联剂加入高速混合机内，进行混合，混合时间为15min，混合机转速为800rpm/min，之后将混合好的原料加入挤出机中，通过挤出机挤出成型；
[0066] 步骤五、管道复合及后处理
[0067] 采用热熔胶连接的方式，依次将内层和中间层，中间层和外层进行连接，得到复合管道，然后在外层的表面喷涂一层环氧树脂保护层，完成制备，得到超耐磨耐腐蚀复合管道。
[0068] 本实施例中，挤出机采用单螺杆机，单螺杆机的加工温度为295℃，螺杆转速为140r/min。
[0069] 结合实施例一、实施例二和实施例三，本发明提供的超耐磨耐腐蚀复合管道，采用内层、中间层和外层的组合，首先，基于中间层，采用了钢骨架塑料管的方式，以聚乙烯为基体，和钢网骨架进行配合，钢网骨架是采用连续缠绕、焊接成钢网骨架，其具有耐压耐腐蚀的效果，使得管道能够承受更高的压力和重量负荷，具体的，对于基体而言，采用了高密度聚乙烯和低密度聚乙烯配合的方式，提高混合物的加工性能，使得制品更容易成型，进一步的加入废旧聚乙烯塑料、高岭土和丁苯橡胶，废旧聚乙烯塑料的引入可以减少环境污染和资源浪费，丁苯橡胶的加入可以提高中间层的弹性和抗冲击性，同时还能够提高材料的耐磨性能，高岭土则是提高混合物的稳定性，由此中间层的自身性能得到了保障。
[0070] 其次针对内层，由于复合管道的内侧是用于介质的传输，故需要加强复合管道内侧的耐磨性，继而本发明以超高分子量聚乙烯为基体，其具有很好的耐磨性和抗冲击性，继而辅以碳纳米管、二氧化钛、纳米银和蒙脱土，碳纳米管、二氧化钛、蒙脱土以及纳米银作为增强材料与超高分子量聚乙烯进行混合，提高内层的耐腐蚀性能，由此，加强复合管道内层的耐磨性，并保障其一定的耐腐蚀性能。
[0071] 最后针对外层，其通常是暴露在外界环境下，容易受到腐蚀，继而需要加强其耐腐蚀性，故本发明以聚四氟乙烯基体为主材料，并辅以玻璃纤维、聚酰亚胺、氧化铝、石墨和紫外线吸收剂，聚四氟乙烯本身一种非常优秀的耐腐蚀材料，继而通过玻璃纤维提升其机械强度和耐热性，同时保持其耐腐蚀性，聚酰亚胺、氧化铝、石墨作为功能添加剂，加强外层性能的同时，保持其耐腐蚀性，使其更适合于各种复杂和苛刻的应用环境，相对应的，还在外层的表面喷涂一层环氧树脂保护层，其具有一定的耐腐性能，由此本发明针对管道的应用特征，进行针对性的加强，以提供一种超耐磨耐腐蚀复合管道，满足日益增长的需求。
[0072] 其次，针对耐腐蚀性和耐磨性对实施例一、实施例二和实施例三制备的复合管道进行试验，试验是在制备的复合管道上，切割出试验样品，利用试验样品进行试验，耐磨性是利用摩擦磨损实验机进行，实验机参数为：滑动速度为1m/s，载荷为1MPa，滑动路程为9000m，如下表所示：
[0073]
[0074] 相比之下，以市场上购买的耐磨聚乙烯单管道，其磨损系数为0.41，本实施例一、实施例二和实施例三制备的复合管道的耐磨性能具有明显提升。
[0075] 其耐腐蚀性则是通过将其放置于浓度为1mol/L的盐酸溶液中以及lmol/L的氢氧化钠溶液中12h，统计失重情况，如下表所示：
[0076] 实施例一 实施例二 实施例三
浸酸失重率(％) 1.24 1.18 0.95
浸碱失重率(％) 1.41 1.33 1.25
[0077] 相比之下，以市场上购买的耐腐蚀聚乙烯单管道，其浸酸失重率为3.4％，浸碱失重率为4.5％，本实施例一、实施例二和实施例三制备的复合管道的耐腐蚀性能具有明显提升。
[0078] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明框架和适用范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
