一种超耐磨RTP管材及其生产工艺的制作方法

本技术涉及管道加工成型，尤其是涉及一种超耐磨rtp管材及其生产工艺。

背景技术：

1、连续纤维增强热塑性管道(reinforced thermoplastic pipes)，简称rtp，一直是国际管道领域热门的研究方向，因为rtp管道既能够发挥纤维的高强度，承受高压，又能够保持热塑性塑料良好的柔韧性和耐腐蚀性，在石油输送管、燃气管、给排水管等高压管应用方面有着广阔的市场。

2、传统的rtp管分为三层结构，最内层和最外层为热塑性材质，中间为增强层，所采用的方法是先挤出热塑性内层管，再在内层管上缠绕增强层，最后挤出外表面的保护层。市面上常用的热塑性材料为聚烯烃。

3、rtp管材在进行运输工作时，运输的物料会直接与管材的内层接触，在煤矿行业中，运输渣浆时，渣浆会对管材内层造成磨损，影响管材的使用寿命。所以需要提高管材的耐磨性。

4、申请号为201611266240.1的中国专利，公开了一种导热耐磨复合管材，用过氧化二异丙苯作为引发剂，马来酸酐作为接枝单体，对pb进行接枝改性，得到接枝共混物pb-g-mah，然后将其与hdpe作为基体树脂，添加无定形聚合物pb树脂、导热系数高的纳米金属氮化物、无机非金属填充物(二硫化钼、超细炭黑、纳米陶瓷粉末)和成核剂硬脂酸钙共混来提高复合材料的导热系数和耐磨性，成核剂硬脂酸盐能够有效防止复合管材机械强度的下降，确保共混后材料的加工流动性增加，且不降低材料的拉伸强度、挠曲弹性、冲击强度以及耐摩擦等性能，无机填料的添加能够降低了管材的摩擦系数，提高其耐磨性，起到减磨、耐磨的作用。申请号为201611270355.8的中国专利，公开了一种耐磨聚乙烯复合管材，由以下重量份数的原料制成：hdpe100份，经偶联剂处理的二硫化钼6～12份，纳米陶瓷粉末1～5份，超细炭黑1～5份，聚四氟乙烯2～7份，硬脂酸钙0.5～1.0份。本发明通过向hdpe中加入耐磨改性剂，在不影响管材其他性能的前提下，提高了hdpe管材的耐磨性，改善了hdpe的流动性能，使其更易成型加工，生产出的管材表面也更加光亮平滑，更适用于输送固-液混合物，同时能够避免在装卸、运输和安装过程中造成的划伤。

5、上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在加入无机耐磨剂时，需要加入硬脂酸钙成核剂来保证加工性能，但是硬脂酸钙成核剂在聚烯烃材料中的可溶性可能有一定限制，可能会出现颗粒不均匀分散或聚集现象，影响材料的均匀性和力学性能。

技术实现思路

1、本技术为了提高rtp管材内部的耐磨性能，提供了一种超耐磨rtp管材及其生产工艺。

2、第一方面，本技术提供一种超耐磨rtp管材，采用以下技术方案：

3、一种超耐磨rtp管材，包括耐磨内层，所述耐磨内层包括以下重量份原料：聚烯烃弹性体50-90份、耐磨剂2-8份、润滑剂2-5份、硅烷偶联剂6-11份；

4、所述耐磨剂是球形纳米氧化铝接枝玻璃纤维耐磨剂。

5、通过采用上述方案，用聚烯烃弹性体作为基体，聚烯烃弹性体本身具有优异的耐磨性能，加入耐磨剂，进一步提高耐磨内层的耐磨性能。

6、用球形纳米氧化铝接枝玻璃纤维作为耐磨剂，玻璃纤维具有高强度、高韧性的特点，可以提高耐磨层的耐磨性能。将球形纳米氧化铝接枝在玻璃纤维上，形成特殊的 “滚珠”结构，在硅烷偶联剂与“滚珠”效应的协同下，耐磨剂有效地分散在聚烯烃弹性体基体中，形成一种增强网络，这种结构可以阻止或减少塑料在受力时的局部变形，从而减少磨损。

7、进一步的，所述耐磨剂与聚烯烃弹性体的重量比为1：（15-20）。

8、通过采用上述方案，耐磨层的耐磨性能取决于耐磨剂在聚烯烃弹性体内的有效分散，限定耐磨剂与聚烯烃弹性体的配比，使得耐磨剂可以更加均匀的分散在聚烯烃弹性体基体中，提高耐磨层的耐磨性能，又不会因耐磨剂团聚造成耐磨层力学性能降低。

9、进一步的，所述球形纳米氧化铝接枝玻璃纤维耐磨剂的制备方法为：

10、1） 纳米氧化铝活化

11、向溶剂中加入球形纳米氧化铝和戊二酸，超声分散，反应后过滤并洗涤，得到戊二酸-纳米氧化铝；

12、2） 玻璃纤维羟基化

13、将玻璃纤维与羟基丙醇一起加入溶剂中，进行反应，在玻璃纤维表面引入羟基，过滤洗涤，得到羟基-玻璃纤维；

14、3） 酯化反应

15、将步骤1）得到的戊二酸-纳米氧化铝与步骤2）得到的羟基-玻璃纤维进行酯化反应，得到纳米球形氧化铝接枝玻璃纤维耐磨剂。

16、通过采用上述方案，用戊二酸对纳米氧化铝进行反应，戊二酸中的羧基与纳米氧化铝中的铝离子发生螯合配位，使戊二酸与纳米氧化铝之间以羧酸盐的形式桥接，得到戊二酸改性纳米氧化铝，在氧化铝上引入羧基。对玻璃纤维进行羟基化处理，在玻璃纤维表面引入羟基。然后戊二酸-纳米氧化铝与羟基-玻璃纤维进行酯化反应，将球形纳米氧化铝接枝在玻璃纤维上，球形纳米氧化铝通过化学键与玻璃纤维结合，提高球形纳米氧化铝与玻璃纤维的结合强度，保证耐磨剂在耐磨层中的“滚珠”结构，有利于保证耐磨层的耐磨性能。

17、进一步的，所述纳米氧化铝与玻璃纤维的重量比为1：（6-9）。

18、通过采用上述方案，对纳米氧化铝与玻璃纤维的配比进行限定，纳米氧化铝与玻璃纤维的配比决定得到的耐磨剂的形态，在本技术限定的配比范围内得到的耐磨剂的结构在提高耐磨层耐磨性能方面表现更优。

19、进一步的，所述纳米氧化铝粒径20-30nm。

20、进一步的，所述玻璃纤维长度为1-5mm，粒径0.03-0.07mm。

21、通过采用上述方案，纳米氧化铝的粒径与玻璃纤维的长径比，共同决定得到的耐磨剂的形态，在本技术限定的配合范围下，得到的耐磨剂的结构在提高耐磨层耐磨性能方面表现更优。

22、进一步的，以所述聚烯烃弹性体的总重量份计，所述聚烯烃弹性体包括以下重量份原料：含氟橡胶5-15份、三元乙丙橡胶5-10份、聚乙烯-丙烯共聚物15-30份、聚乙烯-丁烯共聚物20-30份、聚乙烯60-90份、有机过氧化物0.2-1份、交联剂0.1-0.7份。

23、通过采用上述方案，在聚烯烃弹性体中加入含氟橡胶得到氟橡胶接枝改性聚烯烃弹性体，可以降低聚烯烃弹性体的摩擦系数，有利于提高耐磨层的耐磨性能。

24、进一步的，所述聚乙烯包括重量比为1：（4-8）的分子量为20万-50万的聚乙烯与分子量为400万-700万的聚乙烯。

25、第二方面，本技术提供一种超耐磨rtp管材的生产工艺，采用如下技术方案：

26、一种超耐磨rtp管材的生产工艺，包括以下步骤：

27、s1.将耐磨剂加入聚烯烃弹性体内，混合，然后再加入润滑剂与硅烷偶联剂，再次混合，得到混合料；

28、s2.将混合料经过塑化、挤出成型、定型冷却得到耐磨内层；

29、s3.在耐磨内层外缠绕玻璃纤维；

30、s4.在玻璃纤维外挤出外护管。

31、综上所述，本技术具有以下技术效果：

32、用聚烯烃弹性体作为基体，用球形纳米氧化铝接枝玻璃纤维作为耐磨剂，纳米氧化铝接枝玻璃纤维后，形成特殊的 “滚珠”结构，在硅烷偶联剂与“滚珠”效应的协同下，耐磨剂有效地分散在聚烯烃弹性体基体中，形成一种增强网络，这种结构可以阻止或减少塑料在受力时的局部变形，从而减少磨损。得到的耐磨层的磨损率可以达到0.5-1.8%。

技术特征：

1.一种超耐磨rtp管材，包括耐磨内层，其特征在于，所述耐磨内层包括以下重量份原料：聚烯烃弹性体50-90份、耐磨剂2-8份、润滑剂2-5份、硅烷偶联剂6-11份；

2.根据权利要求1所述的一种超耐磨rtp管材，其特征在于：所述耐磨剂与聚烯烃弹性体的重量比为1：（15-20）。

3.根据权利要求1所述的一种超耐磨rtp管材，其特征在于：所述球形纳米氧化铝接枝玻璃纤维耐磨剂的制备方法为：

4.根据权利要求3所述的一种超耐磨rtp管材，其特征在于：所述球形纳米氧化铝与玻璃纤维的重量比为1：（6-9）。

5.根据权利要求3所述的一种超耐磨rtp管材，其特征在于：所述球形纳米氧化铝平均粒径为20-30nm。

6.根据权利要求3所述的一种超耐磨rtp管材，其特征在于：所述玻璃纤维长度为1-5mm，平均粒径为0.03-0.07mm。

7.根据权利要求1所述的一种超耐磨rtp管材，其特征在于：以所述聚烯烃弹性体的总重量份计，所述聚烯烃弹性体包括以下重量份原料：含氟橡胶5-15份、三元乙丙橡胶5-10份、聚乙烯-丙烯共聚物15-30份、聚乙烯-丁烯共聚物20-30份、聚乙烯60-90份、有机过氧化物0.2-1份、交联剂0.1-0.7份。

8.根据权利要求7所述的一种超耐磨rtp管材，其特征在于：所述聚乙烯包括重量比为1：（4-8）的分子量为20万-50万的聚乙烯与分子量为400万-700万的聚乙烯。

9.一种权利要求1-8任一所述的超耐磨rtp管材的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本申请涉及管道加工成型技术领域，尤其是一种超耐磨RTP管材及其生产工艺。一种超耐磨RTP管材，包括耐磨内层，耐磨内层包括以下重量份原料：聚烯烃弹性体50‑90份、耐磨剂2‑8份、润滑剂2‑5份、硅烷偶联剂6‑11份；所述耐磨剂是球形纳米氧化铝接枝玻璃纤维耐磨剂。超耐磨RTP管材生产工艺为：S1.将耐磨剂加入聚烯烃弹性体内，混合，然后再加入润滑剂与硅烷偶联剂，再次混合，得到混合料；S2.将混合料经过塑化、挤出成型、定型冷却得到耐磨内层；S3.在耐磨内层外缠绕玻璃纤维；S4.在玻璃纤维外挤出外护管本申请的RTP管材的耐磨层磨损率可以达到0.5‑1.8%，耐磨性能优异，适用于煤矿行业渣浆的运输。

技术研发人员：张英利,马明红,侯宪东,白晋豫,苗伟,王晓燕
受保护的技术使用者：山西长安英利储能管材有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23