一种基于pvc材料的耐磨损电力管的制备工艺
阅读说明：本技术 一种基于pvc材料的耐磨损电力管的制备工艺 (Preparation process of wear-resistant power tube based on PVC material ) 是由 阳志强 徐家壮 李忠明 李茂盛 梁丽 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于PVC材料的耐磨损电力管的制备工艺,该PVC电力管由如下重量份原料制成：聚氯乙烯树脂20-25份、改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维7-10份、改性聚二甲基硅氧烷8-12份、润滑剂6.5-9份、阻燃剂8-10份、增塑剂4.5-7份；本发明在制备过程中制备了改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和改性聚二甲基硅氧烷,改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维与原本的芳香族聚酰胺纤维不同,不会和进行光化学反应,从而保证自身耐磨损性,聚二甲基硅氧烷为聚硅氧烷的一种,由于在材料内部粘度较低导致易挥发,无法起到耐磨损作用,对聚二甲基硅氧烷进行改性,增加其在材料中的粘度,降低了在长时间使用过程中的挥发度,从而保证电力管耐磨损性。(The invention discloses a preparation process of a wear-resistant power tube based on a PVC material, wherein the PVC power tube is prepared from the following raw materials in parts by weight: 20-25 parts of polyvinyl chloride resin, 7-10 parts of modified poly-p-phenylene terephthalamide fiber, 8-12 parts of modified polydimethylsiloxane, 6.5-9 parts of lubricant, 8-10 parts of flame retardant and 4.5-7 parts of plasticizer; the modified poly-p-phenylene terephthalamide fiber and the modified polydimethylsiloxane are prepared in the preparation process, the modified poly-p-phenylene terephthalamide fiber is different from the original aromatic polyamide fiber and cannot perform photochemical reaction, so that the abrasion resistance of the modified poly-p-phenylene terephthalamide fiber is ensured, the polydimethylsiloxane is one of polysiloxane, is volatile due to low viscosity in the material and cannot play a role in abrasion resistance, the polydimethylsiloxane is modified, the viscosity of the polydimethylsiloxane in the material is increased, the volatility in the long-time use process is reduced, and the abrasion resistance of the power tube is ensured.)
技术领域
本发明属于PVC电力管的制备领域，具体为一种基于PVC材料的耐磨损电力管的制备工艺。
背景技术
随着科技的不断进步，电力逐渐成为人们不可缺少的一部分，电缆也成为输送电力的唯一方式，通常情况下电缆通过PVC电力管包裹铺设在地下，来保证各个区域的电力输送，但随着安装、使用、施工使得PVC电力管受到不同程度的磨损，PVC耐磨损电力管就显得格外重要；
目前市场上使用的PVC耐磨损电力管都具有不同程度的耐磨损性，但耐磨损性效果一般，耐磨损强度较弱，在电缆铺设过程中受到光照，部分耐磨损物质易于光发生光化学反应，PVC耐磨损电力管的耐磨损性降低，同时电力管的使用年限一般在15年以上，长时间的使用使得PVC耐磨损电力管的一部分耐磨损物质挥发，导致PVC耐磨损电力管耐磨损性降低甚至失去耐磨损性，使得电缆不能受到很好的保护；
中国发明专利CN102875932B公开了一种PVC电力管的制备工艺，其原料按重量份包括：粒径为0.1-0.2mm的聚氯乙烯树脂100份、粒径为300目-700目的碳酸钙20-30冲击改性剂ACR6-10份、复合铅盐稳定剂3-6份、润滑剂氧化聚乙烯蜡0.5-2份、纳米级无剂阻燃剂4-10份；该发明具有较好的耐热性，但该发明的抗磨损性一般，在长时间使用后，PVC电力管内的组分易挥发，使得自身抗磨损能力丧失，且光稳定性较差，在经过光照后易发生光化学反应，导致PVC电力管易损坏，无法保护电缆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PVC材料的耐磨损电力管的制备工艺，针对目前市场上常见的PVC耐磨损电力管的缺陷进行改进，本发明在制备PVC耐磨损电力管时，加入了改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，增加了PVC耐磨损电力管的耐磨损性，同时使得改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维不易在光照下，发生光化学反应，保证材料的耐磨损性，加入改性聚二甲基硅氧烷，增大聚合物相对分子质量，增加耐磨物质极性，防止耐磨无挥发，进一步提升PVC耐磨损电力管的耐磨性。
本发明要解决的技术问题：
1、目前市场上使用的PVC电力管具有一定的耐磨损性，但耐磨损性一般，PVC电力管在安装和日常使用的过程中受到磨损，无法有效的保护电力管内的电缆；
2、在电缆铺设过程中，难免会遇到工期较长的工程，使得PVC电力管长期暴露在露天环境下，而多数PVC电力管为增加自身耐磨损性，会添加芳香族聚酰胺纤维，但芳香族聚酰胺纤维的光稳定性较差，易发生光化学反应，改变自身性质，导致PVC电力管的耐磨损性下降；
3、通常PVC电力管的使用年限都比较长，在15年以上，这使得PVC电力管要具备较持久性的耐磨损性，而PVC电力管在制备过程中会加入聚硅氧烷，聚硅氧烷会缓慢移行到PVC电力管表面，并形成一层持续不断的薄膜，从而达到抗磨损效果，该物质粘度较低易挥发，形成薄膜后，无法很好的附着在PVC电力管表面，使得长时间使用的PVC电力管的耐磨损性大大降低。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于PVC材料的耐磨损电力管的制备工艺，该耐磨损电力管由如下重量份原料制成：聚氯乙烯树脂20-25份、改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维7-10份、改性聚二甲基硅氧烷8-12份、润滑剂6.5-9份、阻燃剂8-10份、增塑剂4.5-7份；
该耐磨损电力管由如下方法制备：
步骤S1：聚氯乙烯树脂加入反应釜中，在温度为175-185℃，转速为200r/min的条件下，熔融1-2h至聚氯乙烯树脂转变为粘流态，将改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、改性聚二甲基硅氧烷、阻燃剂加入反应釜中，在温度为170-175℃，转速为200r/min的条件下，进行搅拌2h，制得第一混合物；
步骤S2：将润滑剂和增塑剂加入步骤S1制得的第一混合物中，在温度为180-185℃，转速为500r/min的条件下，进行搅拌3-3.5h，制得第二混合物；
步骤S3：将步骤S2制得的第二混合物加入锥形双螺杆挤出机，在转速为30r/min的条件下，进行挤出，获得第一片状物，第一片状物经过挤出模具，制成第一管状物；
步骤S4：将步骤S3制得的第一管状物，通过喷淋真空定型箱，进行定型，制得第一定型管，将第一定型管放入抬刀切割机，进行切割，将第一定型管切割至所需大小，制得基于PVC材料的耐磨损电力管。
进一步，所述的改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维由如下重量份原料制成：5-溴水杨酸甲酯15-20份、辛醇13-15份、甲醇钠13-14.5份、去离子水8-10份、无水硫酸钠10-15份、铜粉8.5-10份、苯二胺12-14份、对苯二甲酰氯13-15份、N-甲基吡咯烷酮8-10份、亚磷酸三苯酯7.5-9份、浓硫酸溶液10-15份；
该改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维由如下方法制备：
(1)将5-溴水杨酸甲酯、辛醇、甲醇钠加入蒸馏反应釜中，在温度为180-190℃的条件下，进行反应1-2h，制得中间体1，停止加热，静置至温度降到80-85℃时，保持恒温，加入去离子水对中间体1进行洗涤，洗涤后加入无水硫酸钠进行干燥，干燥30-45min，加入过滤器中，获得无水中间体1，将无水中间体1加入蒸馏器中，在温度为165-168℃，压强为2.2-2.5kPa的条件下进行蒸馏1-1.5h，制得水杨酸辛酯衍生物2；
(2)将步骤(1)制得的水杨酸辛酯衍生物2和铜粉加入反应釜中，在温度为180-185℃的条件下，进行反应2-3h，制得水杨酸辛酯衍生物3；
(3)将步骤(2)制得的水杨酸辛酯衍生物3、苯二胺、对苯二甲酰氯、N-甲基吡咯烷酮加入反应釜中，在温度为45-50℃，转速为1000r/min的条件下，进行搅拌30-45min，加入亚磷酸三苯酯加入反应釜中，在温度为100-120℃，转速为500r/min的条件下，进行反应2-3h后，进行过滤，得到聚对苯二甲酰对苯二胺衍生物4，将聚对苯二甲酰对苯二胺衍生物4加入浓硫酸溶液中，采用干喷湿纺工艺，制得改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
进一步，所述的改性聚二甲基硅氧烷由如下重量份原料制成：二甲基二氯硅烷15-20份、氢氧化钠溶液13-15份、1,4二氧六环15-20份、二氧化硒8.5-10份、四氯化钛7.5-8份、去离子水10-13份、醋酸溶液8-10份、过氧化氢15-18份；
该改性聚二甲基硅氧烷由如下方法制备：
(1)将二甲基二氯硅烷和氢氧化钠溶液加入反应釜中，在温度为75-80℃，转速为800r/min的条件下，进行反应35-50min，制得水解中间物5；
(2)将步骤(1)制得的水解中间物5、1,4-二氧六环、二氧化硒加入冷凝回流反应釜中，在温度为70-75℃，转速为800r/min的条件下，搅拌1-1.1h停止搅拌在温为160-180℃的条件下，进行回流反应6-8h，冷却制得中间产物6；
(3)将步骤(2)制得的中间产物6、四氯化钛、去离子水加入反应釜中，在温度为90-95℃，转速为1000r/min的条件下，进行反应2-2.5h，静置30-45min，出现分层，去除水层，制得中间产物7；
(4)将步骤(3)制得的中间产物7、醋酸溶液、过氧化氢加入反应釜中，在温度为100-105℃，转速为1200r/min的条件下，进行反应4-5h，制得中间体8，将中间体8静置30-40min，去除上层液层，制得改性聚二甲基硅氧烷。
进一步，所述的润滑剂为酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酰胺的一种或多种混合。
进一步，所述的阻燃剂为四溴对二甲苯、磷酸三甲苯酯、氢氧化镁一种或多种混合。
进一步，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯一种或多种混合。
进一步，所述的浓硫酸溶液的质量分数为70％。
进一步，所述的氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。
进一步，所述的醋酸溶液的浓度为6mol/L。
本发明的有益效果：
(1)本发明在制备一种基于PVC材料的耐磨损电力管，加入改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，传统的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是芳香族聚酰胺纤维，该纤维是最软和最无刮损性的纤维，适用于做抗磨损添加剂，但该材料光稳定性很差，经过光照后，发生光化学反应，自身抗磨损性大大降低甚至消失，因此，需在制备过程中加入一定量的光稳定剂进行改性，提升芳香族聚酰胺纤维的耐光性，常用的光稳定剂为水杨酸辛酯，而水杨酸性质紫外线吸收波长度范围较小，使得材料具有一定的光稳性但效果一般，改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维通将水杨酸辛酯的制备原料由水杨酸甲酯改为5-溴水杨酸甲酯，使得在产生类似水杨酸辛酯的化合物时，化合物的苯环上添加一个溴，再通过乌尔曼反应，使得水杨酸辛酯由原本的一个苯环变为两个苯环，而苯环的结构是由三个极限共振式组成，每个极限共振式都有共轭双键，所以苯环也有共轭双键，相间的π键与π键相互作用，生成大π键，由于大π键各能级间的距离较近电子容易激发，所以吸收峰的波长就增加，吸收强度也显著增加，提高纤维的光稳定性，使得基于PVC材料的耐磨损电力管在收到光照时，材料中的芳香族聚酰胺纤维，不发生光化学反应，从而保证了PVC电力管的抗磨损性；
(2)本发明在制备一种基于PVC材料的耐磨损电力管，加入改性聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷为聚硅氧烷的一种，将该物质加入塑料中，该助剂会缓慢移行到塑料表面，并形成一层持续不断的薄膜，从而达到增加塑料耐磨损性的效果，但聚硅氧烷粘度较低容易挥发，使得在塑料表面形成薄膜后，无法很好的附着在塑料表面，导致塑料本身耐磨损性无法长时间存在，改性聚二甲基硅氧烷在二甲基二氯硅烷发生水解后加入二氧化硒，二氧化硒对甲基由很好的氧化专一性，使硅上的甲基全部氧化成醛基，进一步水解制得烷基全部转化为醛基的化合物，再次进行氧化将醛基氧化成羧基，在不改变聚硅氧烷原本性质的同时，让化合物具有大量的羧基，增大了聚合物的相对分子质量，相对分子质量越大，聚合物的粘度越大，羧基为极性高的基团，使得不同分子正负极间吸引力变大，增大了分子间的范德华力，从而使得分子不得随意运动，降低了自生挥发度，保证经长时间使用PVC电力管内的抗磨损物质也不会挥发，从而进一步提升PVC电力管的抗磨损性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于PVC材料的耐磨损电力管的制备工艺，该耐磨损电力管由如下重量份原料制成：聚氯乙烯树脂20-25份、改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维7份、改性聚二甲基硅氧烷8份、润滑剂6.5份、阻燃剂8份、增塑剂4.5份；
该耐磨损电力管由如下方法制备：
步骤S1：聚氯乙烯树脂加入反应釜中，在温度为175℃，转速为200r/min的条件下，熔融1h至聚氯乙烯树脂转变为粘流态，将改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、改性聚二甲基硅氧烷、阻燃剂加入反应釜中，在温度为170℃，转速为200r/min的条件下，进行搅拌2h，制得第一混合物；
步骤S2：将润滑剂和增塑剂加入步骤S1制得的第一混合物中，在温度为180℃，转速为500r/min的条件下，进行搅拌3h，制得第二混合物；
步骤S3：将步骤S2制得的第二混合物加入锥形双螺杆挤出机，在转速为30r/min的条件下，进行挤出，获得第一片状物，第一片状物经过挤出模具，制成第一管状物；
步骤S4：将步骤S3制得的第一管状物，通过喷淋真空定型箱，进行定型，制得第一定型管，将第一定型管放入抬刀切割机，进行切割，将第一定型管切割至所需大小，制得基于PVC材料的耐磨损电力管。
所述的改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维由如下方法制备：
(1)将5-溴水杨酸甲酯、辛醇、甲醇钠加入蒸馏反应釜中，在温度为180℃的条件下，进行反应1h，制得中间体1，停止加热，静置至温度降到80℃时，保持恒温，加入去离子水对中间体1进行洗涤，洗涤后加入无水硫酸钠进行干燥，干燥30min，加入过滤器中，获得无水中间体1，将无水中间体1加入蒸馏器中，在温度为165℃，压强为2.2kPa的条件下进行蒸馏1h，制得水杨酸辛酯衍生物2；
(2)将步骤(1)制得的水杨酸辛酯衍生物2和铜粉加入反应釜中，在温度为180℃的条件下，进行反应2h，制得水杨酸辛酯衍生物3；
(3)将步骤(2)制得的水杨酸辛酯衍生物3、苯二胺、对苯二甲酰氯、N-甲基吡咯烷酮加入反应釜中，在温度为45℃，转速为1000r/min的条件下，进行搅拌30min，加入亚磷酸三苯酯加入反应釜中，在温度为100℃，转速为500r/min的条件下，进行反应2h后，进行过滤，得到聚对苯二甲酰对苯二胺衍生物4，将聚对苯二甲酰对苯二胺衍生物4加入浓硫酸溶液中，采用干喷湿纺工艺，制得改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
所述的改性聚二甲基硅氧烷由如下方法制备：
(1)将二甲基二氯硅烷和氢氧化钠溶液加入反应釜中，在温度为75℃，转速为800r/min的条件下，进行反应35min，制得水解中间物5；
(2)将步骤(1)制得的水解中间物5、1,4-二氧六环、二氧化硒加入冷凝回流反应釜中，在温度为70℃，转速为800r/min的条件下，搅拌1h停止搅拌在温为160℃的条件下，进行回流反应6h，冷却制得中间产物6；
(3)将步骤(2)制得的中间产物6、四氯化钛、去离子水加入反应釜中，在温度为90℃，转速为1000r/min的条件下，进行反应2h，静置30min，出现分层，去除水层，制得中间产物7；
(4)将步骤(3)制得的中间产物7、醋酸溶液、过氧化氢加入反应釜中，在温度为100℃，转速为1200r/min的条件下，进行反应4h，制得中间体8，将中间体8静置30min，去除上层液层，制得改性聚二甲基硅氧烷。
实施例2
一种基于PVC材料的耐磨损电力管的制备工艺，该耐磨损电力管由如下重量份原料制成：聚氯乙烯树脂25份、改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维10份、改性聚二甲基硅氧烷12份、润滑剂9份、阻燃剂10份、增塑剂7份；
该耐磨损电力管由如下方法制备：
步骤S1：聚氯乙烯树脂加入反应釜中，在温度为185℃，转速为200r/min的条件下，熔融2h至聚氯乙烯树脂转变为粘流态，将改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、改性聚二甲基硅氧烷、阻燃剂加入反应釜中，在温度为175℃，转速为200r/min的条件下，进行搅拌2h，制得第一混合物；
步骤S2：将润滑剂和增塑剂加入步骤S1制得的第一混合物中，在温度为185℃，转速为500r/min的条件下，进行搅拌3.5h，制得第二混合物；
步骤S3：将步骤S2制得的第二混合物加入锥形双螺杆挤出机，在转速为30r/min的条件下，进行挤出，获得第一片状物，第一片状物经过挤出模具，制成第一管状物；
步骤S4：将步骤S3制得的第一管状物，通过喷淋真空定型箱，进行定型，制得第一定型管，将第一定型管放入抬刀切割机，进行切割，将第一定型管切割至所需大小，制得基于PVC材料的耐磨损电力管。
对比例1
本对比例与实施例1相比，用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维代替改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，由如下方法制备：
步骤S1：聚氯乙烯树脂加入反应釜中，在温度为175-185℃，转速为200r/min的条件下，熔融1-2h至聚氯乙烯树脂转变为粘流态，将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、改性聚二甲基硅氧烷、阻燃剂加入反应釜中，在温度为170℃，转速为200r/min的条件下，进行搅拌2h，制得第三混合物；
步骤S2：将润滑剂和增塑剂加入步骤S1制得的第三混合物中，在温度为180-185℃，转速为500r/min的条件下，进行搅拌3-3.5h，制得第四混合物；
步骤S3：将步骤S2制得的第二混合物加入锥形双螺杆挤出机，在转速为30r/min的条件下，进行挤出，获得第二片状物，第二片状物经过挤出模具，制成第二管状物；
步骤S4：将步骤S3制得的第二管状物，通过喷淋真空定型箱，进行定型，制得第二定型管，将第二定型管放入抬刀切割机，进行切割，将第二定型管切割至所需大小，制得基于PVC材料的耐磨损电力管。
对比例2
本对比例与实施例1相比，用聚二甲基硅氧烷代替改性聚二甲基硅氧烷，由如下方法制备：
步骤S1：聚氯乙烯树脂加入反应釜中，在温度为175-185℃，转速为200r/min的条件下，熔融1-2h至聚氯乙烯树脂转变为粘流态，将改性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚二甲基硅氧烷、阻燃剂加入反应釜中，在温度为170℃，转速为200r/min的条件下，进行搅拌2h，制得第五混合物；
步骤S2：将润滑剂和增塑剂加入步骤S1制得的第五混合物中，在温度为180-185℃，转速为500r/min的条件下，进行搅拌3-3.5h，制得第六混合物；
步骤S3：将步骤S2制得的第二混合物加入锥形双螺杆挤出机，在转速为30r/min的条件下，进行挤出，获得第三片状物，第三片状物经过挤出模具，制成第三管状物；
步骤S4：将步骤S3制得的第三管状物，通过喷淋真空定型箱，进行定型，制得第三定型管，将第三定型管放入抬刀切割机，进行切割，将第三定型管切割至所需大小，制得基于PVC材料的耐磨损电力管。
对比例3
本对比例为市场中一种芳香族聚酰胺纤维强化的耐磨损PVC电力管。
对比例4
本对比例为市场中一种聚硅氧烷强化的耐磨损PVC电力管。
对实施例1-2和对比例1-4制备的PVC电力管进行耐磨损性、光照后耐磨损性、长时间放置后耐磨损性进行检测，结果如下表1所示；
耐磨损性：将实施例1-2和对比例1-4制备PVC电力管的塑料母粒分别制备成长10cm、宽10cm、厚3mm的试样，将试样分别放置在Taber磨耗机的转盘上，使用500g的砂轮压在测试试样上，转盘以60r/min进行旋转，至达到2500转或试样磨通，结束测试，称量磨损掉落的试样碎片质量。
光照后耐磨损性：将实施例1-2和对比例1-4制备PVC电力管的塑料母粒分别制备成长10cm、宽10cm、厚3mm的试样，将试样放置在紫外线照射箱内，在灯光功率100W,波长270nm的条件下，进行照射24h后，去取出试样进行耐磨损性测试。
长时间放置后耐磨损性：将实施例1-2和对比例1-4制备PVC电力管的塑料母粒分别制备成长10cm、宽10cm、厚3mm的试样，将试样放置在常温干燥的房间内15天后，进行耐磨损性测试。
表1
从上表1可以看出实施例1-2的耐磨损性高于对比例1-4；实施例1-2光照后的耐磨损性大于对比例1-4,经过光照后未改性的芳香族聚酰胺纤维，经光照后，发生光化学反应，具备的抗磨损性减弱，大大降低了材料的耐磨损性；实施例1-2长时间放置后的耐磨性大于对比例1-4，长时间放置后聚硅氧烷在材料中因粘度较低出现挥发，导致材料中的聚硅氧烷无法有效的附着在材料表面，从而降低了材料的耐磨损性；所以本发明制备的一种基于PVC材料的耐磨损电力管具有很好的耐磨损性。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。