阅读说明：本技术 一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管及其制备工艺 (corrosion-resistant insulating plastic power tube and preparation process thereof ) 是由 阳志强 徐家壮 李忠明 李茂盛 梁丽 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管,为双层管,包括外层的CPVC管和内层的PP管；CPVC管由如下重量份原料制成：90-100份改性CPVC树脂、4-6份氯醋共聚物、1-2份丙烯酸酯类共聚物、2-3份玻璃纤维、1-2份石蜡、1-2份PE蜡、1-2份甲基锡热稳定剂、0.2-0.3份水滑石；PP管由聚丙烯树脂、增强填料和无水乙醇按照质量之比为10:0.6-0.8:13-15制成；本发明还公开了该塑胶电力管的制备工艺。本发明的塑胶电力管为双层管,外层为CPVC管,C内层为PP管,内层管材料和外层管材料通过一体化挤出方式成型,不仅能够保证电力管的成型稳定性和较强的耐剥离性,而且能够结合CPVC管和PP管的优点,使电力管具备较强的综合性能。(The invention discloses a corrosion-resistant insulating plastic power pipe which is a double-layer pipe and comprises a CPVC pipe at the outer layer and a PP pipe at the inner layer; the CPVC pipe is prepared from the following raw materials in parts by weight: 90-100 parts of modified CPVC resin, 4-6 parts of a vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, 1-2 parts of an acrylate copolymer, 2-3 parts of glass fiber, 1-2 parts of paraffin wax, 1-2 parts of PE wax, 1-2 parts of a methyl tin heat stabilizer and 0.2-0.3 part of hydrotalcite; the PP pipe is made of polypropylene resin, a reinforcing filler and absolute ethyl alcohol according to the mass ratio of 10:0.6-0.8: 13-15; the invention also discloses a preparation process of the plastic power tube. The plastic power pipe is a double-layer pipe, the outer layer is a CPVC pipe, the C inner layer is a PP pipe, and the inner layer pipe material and the outer layer pipe material are molded in an integrated extrusion mode, so that the molding stability and the stronger peeling resistance of the power pipe can be ensured, and the advantages of the CPVC pipe and the PP pipe can be combined to ensure that the power pipe has stronger comprehensive performance.)

一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管及其制备工艺

技术领域

本发明属于电力管技术领域，具体地，涉及一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管及其制备工艺。

背景技术

随着国家对电力行业的大力发展，目前市场上采用塑料类电力管越来越多，特别是在开挖型电力管道的铺设方式方面，大部分采用的是聚氯乙烯材料的电力管。与聚乙烯电力管材相比，聚氯乙烯因弹性模量较大，故有着较好的强度和抗冲击性能，与PP管材相比，聚氯乙烯有着较好的耐低温脆性和抗压强度。但是目前的聚氯乙烯管材，由于强度相对较低、韧性相对较差、耐高温性能欠佳，当作为电力管应用于需承受高压、高温、具有腐蚀性的环境时，往往由于性能原因导致使用寿命较短。

专利号为CN201110082741.5的中国发明专利公开了一种聚氯乙烯管材，由以下组分构成：PVC树脂35～45％、复合稳定剂1～5％、硬脂酸0.1～0.5％、丙烯酸酯橡胶-72～5％、钛白粉0.5～1％、石蜡0.1～1％、增白剂10～20％和轻质碳酸钙35～45％，该申请通过采用丙烯酸酯橡胶-7(ACM-7)替代氯化聚乙烯，可以使聚氯乙烯管材的产量提高10％。但是这种聚氯乙烯管材强度低、韧性差、耐高温性能不好、且耐腐蚀性能欠佳，不能满足电力管的施工需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管及其制备工艺，该塑胶电力管为双层管，外层为CPVC管，CPVC树脂本身具备良好的隔热耐热和耐腐蚀性能，通过有机硅烷和正硅酸乙酯同时对其进行改性处理，进一步提高CPVC树脂的耐热和耐腐蚀性，同时，氯醋共聚物和玻璃纤维分别起到增强抗冲击性能和耐压性能，使得到的外层CPVC管具有优异的耐腐蚀、耐热和耐压性能；内层为PP管，增强填料起到增强增韧的作用，并且内层管材料和外层管材料通过一体化挤出方式成型，不仅能够保证电力管的成型稳定性和较强的耐剥离性，而且能够结合CPVC管和PP管的优点，使电力管具备较强的综合性能；再者，本发明所有的原料均是采用绝缘原料，因此，得到的塑胶电力管绝缘，满足绝缘的使用条件。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管，为双层管，包括外层的CPVC管和内层的PP管；

所述CPVC管由如下重量份原料制成：90-100份改性CPVC树脂、4-6份氯醋共聚物、1-2份丙烯酸酯类共聚物、2-3份玻璃纤维、1-2份石蜡、1-2份PE蜡、1-2份甲基锡热稳定剂、0.2-0.3份水滑石；

所述PP管由聚丙烯树脂、增强填料和无水乙醇按照质量之比为10:0.6-0.8:13-15制成。

进一步地，所述改性CPVC树脂由如下方法制备：

(1)在三口瓶中依次加入蒸馏水360mL、十二烷基苯磺酸钠60mg、CPVC树脂36g，搅拌35min，使CPVC树脂乳化分散于水中，形成均匀分散液；

(2)称取14.4mg正硅酸乙酯和3.6mg的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合均匀，得到改性液，通过滴液漏斗匀速滴加至CPVC的水分散液中，滴加时间控制在110-120min；

(3)滴加完后，继续搅拌60min，然后加入浓度为1mol/L的盐酸，调节体系的pH值为2-3，升温至80℃，并于80℃恒温条件下反应3h，降温出料；

(4)将所得浆料用蒸馏水反复洗涤、过滤，直至滤液呈中性，所得物料置于60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性CPVC树脂。

进一步地，所述PP管中的增强填料由如下方法制备：

1)按照质量比为10:1称取氧化石墨烯和多巴胺并加入三颈烧瓶中，然后按照固液比1g：12mL在缓慢搅拌下加入蒸馏水形成均匀的悬浮液，将悬浮液在氮气气氛中于80℃下剧烈搅拌12h，过滤，蒸馏水洗涤4-5次，收集得到产物在80℃下真空干燥12h，得到表面改性氧化石墨烯；

2)将表面改性氧化石墨烯均匀分散在蒸馏水中，然后加入埃络石纳米管，超声分散形成均匀的悬浮液，将悬浮液置于40℃水浴锅中反应60-70min，最后，将得到的混合物过滤、干燥，得到增强填料。

进一步地，第2)步中所述埃络石纳米管加入量为表面改性氧化石墨烯质量的1/12。

一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管的制备工艺，包括如下步骤：

第一步、外层熔融料：首先将CPVC管的各原料按照配方混掺后，转速设为200r/min，混合15min后放出共混料，冷却至室温，将双辊炼塑机加热到208-212℃，倒入共混料，熔融共混9-10min，得到外层熔融料；

第二步、内层熔融料：将增强填料在无水乙醇中超声分散60-70min，然后加入聚丙烯树脂，继续超声处理60-70min，然后在80℃下干燥4-5h去除溶剂，将上述预混物加入密炼机中进行熔融共混，熔融共混温度为200-205℃，时间为9-10min；

第三步、将外层熔融料和内层熔融料均引入双层塑料管加工设备中，进行双层管共挤出，加工温度区间为190-220℃，螺杆的转速为50r/min，冷却成型、切割后，得到塑胶电力管。

本发明的有益效果：

本发明的塑胶电力管为双层管，外层为CPVC管，采用有机硅烷和正硅酸乙酯同时对CPVC树脂进行改性，改性过程中，有机硅烷对CPVC树脂有一定的溶解性，CPVC颗粒表面会被有机硅烷溶蚀，溶蚀后的CPVC颗粒更易于与正硅酸乙酯水解得到的SiO₂发生杂化，经杂化改性后，在CPVC树脂颗粒表面形成了Si-O-Si网络结构，一方面，Si-O-Si网络结构对CPVC大分子链的运动产生一定限制，而且对CPVC大分子的降解产生一定的抑制作用，因而有效提升了CPVC树脂的热稳定性；另一方面，Si-O-Si网络结构能够有效保护树脂分子颗粒，提高CPVC的耐腐蚀性能；同时，氯醋共聚物中的醋酸乙烯酯会破坏CPVC树脂紧密的链堆积，从而导致共混体系的柔韧性和流动性增加，提高可加工性能和抗冲击性能；玻璃纤维的掺入，能够显著提高CPVC管的抗压强度；

本发明的内层管为PP管，采用增强填料对PP树脂进行改性处理，先采用多巴胺对氧化石墨烯进行表面改性，多巴胺的-NH₂与氧化石墨烯表面的-OH发生反应，使得多巴胺接枝于氧化石墨烯表面，得到表面改性氧化石墨烯；埃络石纳米管通过静电相互作用沉积在氧化石墨烯表面，再者，表面改性氧化石墨烯上的酚羟基与埃络石纳米管中的Si-O键之间形成氢键、表面改性氧化石墨烯中的邻苯二酚与埃络石纳米管中的Al-O键之间形成配位键，使得表面改性氧化石墨烯和埃络石纳米管之间存在较强的相互作用；这种相互作用对抑制填料的聚集、促进分散有积极作用，一方面，氧化石墨烯的堆叠消失，剩余的堆叠高度无序，另一方面，埃络石纳米管上大量-OH基团与氧化石墨烯片极性基团表现出强烈的相互作用，削弱了氧化石墨烯片极性基团之间的相互作用，通过添加埃络石纳米管促进了氧化石墨烯片的剥离和分散，埃络石纳米管成功***到氧化石墨烯片层中；均匀分散于PP基体内的增强填料，与PP基体大分子之间存在“钉锚”或“物理交联点”效应，促进拉伸和冲击过程中复合材料内部的应力传递和分散，使得增强填料对PP具有显著的协同增强增韧作用；同时，片层状的增强填料均匀分布于PP基体内，能够形成良好的物理隔热层，有效地阻挡热流传递，提高PP管材的热稳定性；

本发明的塑胶电力管为双层管，外层为CPVC管，CPVC树脂本身具备良好的隔热耐热和耐腐蚀性能，通过有机硅烷和正硅酸乙酯同时对其进行改性处理，进一步提高CPVC树脂的耐热和耐腐蚀性，同时，氯醋共聚物和玻璃纤维分别起到增强抗冲击性能和耐压性能，使得到的外层CPVC管具有优异的耐腐蚀、耐热和耐压性能；内层为PP管，增强填料起到增强增韧的作用，并且内层管材料和外层管材料通过一体化挤出方式成型，不仅能够保证电力管的成型稳定性和较强的耐剥离性，而且能够结合CPVC管和PP管的优点，使电力管具备较强的综合性能；再者，本发明所有的原料均是采用绝缘原料，因此，得到的塑胶电力管绝缘，满足绝缘的使用条件。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。

一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管，为双层管，包括外层的CPVC管和内层的PP管；

其中，CPVC管由如下重量份原料制成：90-100份改性CPVC树脂(氯化聚氯乙烯树脂)、4-6份氯醋共聚物、1-2份丙烯酸酯类共聚物、2-3份玻璃纤维、1-2份石蜡、1-2份PE蜡、1-2份甲基锡热稳定剂、0.2-0.3份水滑石(辅助稳定剂)；

氯醋共聚物中的醋酸乙烯酯会破坏CPVC树脂紧密的链堆积，从而导致共混体系的柔韧性和流动性增加，提高可加工性能和抗冲击性能；玻璃纤维的掺入，能够显著提高CPVC管的抗压强度；

所述改性CPVC树脂由如下方法制备：

(1)在三口瓶中依次加入蒸馏水360mL、十二烷基苯磺酸钠60mg、CPVC树脂36g，搅拌35min，使CPVC树脂乳化分散于水中，形成均匀分散液；

(2)称取14.4mg正硅酸乙酯和3.6mg的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，混合均匀，得到改性液，通过滴液漏斗匀速滴加至CPVC的水分散液中，滴加时间控制在110-120min；

(3)滴加完后，继续搅拌60min，然后加入浓度为1mol/L的盐酸，调节体系的pH值为2-3，升温至80℃，并于80℃恒温条件下反应3h，降温出料；

(4)将所得浆料用蒸馏水反复洗涤、过滤，直至滤液呈中性，所得物料置于60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性CPVC树脂；

采用有机硅烷和正硅酸乙酯同时对CPVC树脂进行改性，改性过程中，有机硅烷对CPVC树脂有一定的溶解性，CPVC颗粒表面会被有机硅烷溶蚀，溶蚀后的CPVC颗粒更易于与正硅酸乙酯水解得到的SiO₂发生杂化，经杂化改性后，在CPVC树脂颗粒表面形成了Si-O-Si网络结构，一方面，Si-O-Si网络结构对CPVC大分子链的运动产生一定限制，而且对CPVC大分子的降解产生一定的抑制作用，因而有效提升了CPVC树脂的热稳定性；另一方面，Si-O-Si网络结构能够有效保护树脂分子颗粒，提高CPVC的耐腐蚀性能；

PP管由聚丙烯树脂(PP)、增强填料和无水乙醇按照质量之比为10:0.6-0.8:13-15制成；

所述增强填料由如下方法制备：

1)按照质量比为10:1称取氧化石墨烯和多巴胺并加入三颈烧瓶中，然后按照固液比1g：12mL在缓慢搅拌下加入蒸馏水形成均匀的悬浮液，将悬浮液在氮气气氛中于80℃下剧烈搅拌12h，过滤，蒸馏水洗涤4-5次，收集得到产物在80℃下真空干燥12h，得到表面改性氧化石墨烯；

2)将表面改性氧化石墨烯均匀分散在蒸馏水中，然后加入埃络石纳米管，超声分散形成均匀的悬浮液，将悬浮液置于40℃水浴锅中反应60-70min，最后，将得到的混合物过滤、干燥，得到增强填料；

其中，埃络石纳米管加入量为表面改性氧化石墨烯质量的1/12；

先采用多巴胺对氧化石墨烯进行表面改性，多巴胺的-NH₂与氧化石墨烯表面的-OH发生反应，使得多巴胺接枝于氧化石墨烯表面，得到表面改性氧化石墨烯；埃络石纳米管通过静电相互作用沉积在氧化石墨烯表面，再者，表面改性氧化石墨烯上的酚羟基与埃络石纳米管中的Si-O键之间形成氢键、表面改性氧化石墨烯中的邻苯二酚与埃络石纳米管中的Al-O键之间形成配位键，使得表面改性氧化石墨烯和埃络石纳米管之间存在较强的相互作用；这种相互作用对抑制填料的聚集、促进分散有积极作用，一方面，氧化石墨烯的堆叠消失，剩余的堆叠高度无序，另一方面，埃络石纳米管上大量-OH基团与氧化石墨烯片极性基团表现出强烈的相互作用，削弱了氧化石墨烯片极性基团之间的相互作用，通过添加埃络石纳米管促进了氧化石墨烯片的剥离和分散，埃络石纳米管成功***到氧化石墨烯片层中；均匀分散于PP基体内的增强填料，与PP基体大分子之间存在“钉锚”或“物理交联点”效应，促进拉伸和冲击过程中复合材料内部的应力传递和分散，使得增强填料对PP具有显著的协同增强增韧作用；同时，片层状的增强填料均匀分布于PP基体内，能够形成良好的物理隔热层，有效地阻挡热流传递，提高PP管材的热稳定性；

该塑胶电力管的制备工艺，包括如下步骤：

第一步、外层熔融料：首先将CPVC管的各原料按照配方混掺后，转速设为200r/min，混合15min后放出共混料，冷却至室温，将双辊炼塑机加热到208-212℃，倒入共混料，熔融共混9-10min，得到外层熔融料；

第二步、内层熔融料：将增强填料在无水乙醇中超声分散60-70min，然后加入聚丙烯树脂，继续超声处理60-70min，然后在80℃下干燥4-5h去除溶剂，使PP颗粒完全均匀覆盖增强填料，将上述预混物加入密炼机中进行熔融共混，熔融共混温度为200-205℃，时间为9-10min；采用预先将增强填料和PP树脂在无水乙醇中分散的方式能够进一步提高增强填料在PP基体内的分散性；

第三步、将外层熔融料和内层熔融料均引入双层塑料管加工设备中，进行双层管共挤出，加工温度区间为190-220℃，螺杆的转速为50r/min，冷却成型、切割后，得到塑胶电力管；

该双层管材采用一体化成型，不仅能够保证电力管的成型稳定性和较强的耐剥离性，而且能够结合CPVC管和PP管的优点，使电力管具备较强的综合性能。

实施例1

一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管，为双层管，包括外层的CPVC管和内层的PP管；

其中，CPVC管由如下重量份原料制成：90份改性CPVC树脂、4份氯醋共聚物、1份丙烯酸酯类共聚物、2份玻璃纤维、1份石蜡、1份PE蜡、1份甲基锡热稳定剂、0.2份水滑石；

PP管由聚丙烯树脂、增强填料和无水乙醇按照质量之比为10:0.6:13制成；

该塑胶电力管由如下步骤制成：

第一步、外层熔融料：首先将CPVC管的各原料按照配方混掺后，转速设为200r/min，混合15min后放出共混料，冷却至室温，将双辊炼塑机加热到208℃，倒入共混料，熔融共混10min，得到外层熔融料；

第二步、内层熔融料：将增强填料在无水乙醇中超声分散60min，然后加入聚丙烯树脂，继续超声处理60min，然后在80℃下干燥4h去除溶剂，将上述预混物加入密炼机中进行熔融共混，熔融共混温度为200℃，时间为9min；

第三步、将外层熔融料和内层熔融料均引入双层塑料管加工设备中，进行双层管共挤出，加工温度区间为190℃，螺杆的转速为50r/min，冷却成型、切割后，得到塑胶电力管。

实施例2

一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管，为双层管，包括外层的CPVC管和内层的PP管；

其中，CPVC管由如下重量份原料制成：95份改性CPVC树脂、5份氯醋共聚物、1.5份丙烯酸酯类共聚物、2.5份玻璃纤维、1.5份石蜡、1.5份PE蜡、1.5份甲基锡热稳定剂、0.25份水滑石；

PP管由聚丙烯树脂、增强填料和无水乙醇按照质量之比为10:0.7:14制成；

该塑胶电力管由如下步骤制成：

第一步、外层熔融料：首先将CPVC管的各原料按照配方混掺后，转速设为200r/min，混合15min后放出共混料，冷却至室温，将双辊炼塑机加热到210℃，倒入共混料，熔融共混10min，得到外层熔融料；

第二步、内层熔融料：将增强填料在无水乙醇中超声分散65min，然后加入聚丙烯树脂，继续超声处理65min，然后在80℃下干燥4.5h去除溶剂，将上述预混物加入密炼机中进行熔融共混，熔融共混温度为203℃，时间为9.5min；

第三步、将外层熔融料和内层熔融料均引入双层塑料管加工设备中，进行双层管共挤出，加工温度区间为205℃，螺杆的转速为50r/min，冷却成型、切割后，得到塑胶电力管。

实施例3

一种耐腐蚀绝缘塑胶电力管，为双层管，包括外层的CPVC管和内层的PP管；

其中，CPVC管由如下重量份原料制成：100份改性CPVC树脂、6份氯醋共聚物、2份丙烯酸酯类共聚物、3份玻璃纤维、2份石蜡、2份PE蜡、2份甲基锡热稳定剂、0.3份水滑石；

PP管由聚丙烯树脂、增强填料和无水乙醇按照质量之比为10:0.8:15制成；

该塑胶电力管由如下步骤制成：

第一步、外层熔融料：首先将CPVC管的各原料按照配方混掺后，转速设为200r/min，混合15min后放出共混料，冷却至室温，将双辊炼塑机加热到212℃，倒入共混料，熔融共混9min，得到外层熔融料；

第二步、内层熔融料：将增强填料在无水乙醇中超声分散70min，然后加入聚丙烯树脂，继续超声处理70min，然后在80℃下干燥5h去除溶剂，将上述预混物加入密炼机中进行熔融共混，熔融共混温度为205℃，时间为10min；

第三步、将外层熔融料和内层熔融料均引入双层塑料管加工设备中，进行双层管共挤出，加工温度区间为220℃，螺杆的转速为50r/min，冷却成型、切割后，得到塑胶电力管。

对比例1

将实施例1的CPVC管原料中改性CPVC树脂换为普通CPVC树脂，其余成分及制备过程不变。

对比例2

将实施例1的CPVC管原料中氯醋共聚物原料去掉，其余成分及制备过程不变。

对比例3

将实施例1的PP管原料中增强填料换为普通的氧化石墨烯，其余成分及制备过程不变。

对实施例1-3和对比例1-3制得的塑胶电力管，做如下性能测试：

按照GB 8624-2006和JG 3050-1998的规定，对电力管的测试结果如下表所示(其中的，耐腐蚀性检测采用5％的硫酸钠溶液进行抗硫酸盐侵蚀检测)：

可知，实施例1-3制得的电力管的氧指数为56.3-59.8，垂直燃烧等级均达到了V-0级，200℃热稳定性不小于80-85min，说明本发明制得的电力管具有较高的热稳定性；相较于对比例1和对比例3，说明CPVC树脂经过改性后，能够进一步增强热稳定性，增强填料能够增强PP基体的热稳定性；由表可知，实施例1-3制得的电力管的拉伸强度为35.9-38.1MPa，断裂伸长率为216.9-220.3％，冲击强度为7.3-7.8kJ·m^-2，说明本发明制得的电力管的力学性能优异，具有较高的耐压强度；结合对比例3，说明增强填料对PP管起到增强增韧的效果；由表可知，实施例1-3制得的电力管抗硫酸盐侵蚀等级均达到KS-130级，相较于对比例1，说明CPVC树脂经过改性后能够进一步提高耐腐蚀性，得到一种耐腐蚀的、综合性能优异的绝缘塑胶电力管。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。