專利名稱：有極性聚合物和無極性聚合物與金屬增強(qiáng)體復(fù)合的管道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚烯烴材料的接枝改性，將其由非極性聚合物改性為極性聚合物，涉及金屬和聚烯烴復(fù)合的管道生產(chǎn)技術(shù)，特別步有孔洞的作為增強(qiáng)體的金屬筒形骨架與有極性的聚烯烴材料和無極性聚烯烴材料復(fù)合的管道有關(guān)。
背景技術(shù)：
金屬與聚合體物復(fù)合的管道包括管材和管件已有許多的技術(shù)及專利報(bào)道，在實(shí)際工程應(yīng)用中也有大量的產(chǎn)品和工程應(yīng)用，這種復(fù)合管道已成為重要的產(chǎn)業(yè)在不斷發(fā)展和進(jìn)步。
金屬管道有較高的強(qiáng)度及較低的熱線脹系數(shù)，但其不耐腐蝕，不僅不能輸送腐蝕性流體，即使輸送不腐蝕流體，埋地等應(yīng)用時(shí)至少也要作表面防電腐蝕的防護(hù)處理。聚合物管有較好的防腐蝕性能，也方便連接，在飲用水和腐蝕性流體輸送，化工工程應(yīng)用方面，有非常好的使用性能，但在輸送壓力要求較高，輸送流體溫度高于50℃～80℃時(shí)純聚合管的承壓能力大大折減，特別是熱線脹系數(shù)是金屬管的十倍以上，純聚合管的應(yīng)用受到限制。
由于上述兩種管各有優(yōu)異的性能，但各又有不可克服的問題存在，因此金屬與聚合物復(fù)合的管道作為一種優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，缺點(diǎn)克服的管道有了長(zhǎng)足的發(fā)展。這種復(fù)合管多以金屬管或骨架作為增強(qiáng)體，根據(jù)工程需要在其內(nèi)壁和/或外壁復(fù)合管聚合物材料。由于在管的內(nèi)外壁復(fù)合聚合物，該聚合物主要承擔(dān)防腐功能，所以管與管、管與管件之間的連接還主要依靠金屬管及骨架之間的焊接連接或螺紋連接，靠聚合物之間的熔焊和對(duì)接還承受不了系統(tǒng)壓力要求。特別是直徑在φ630以上的管道，基本依靠金屬管之間的焊接連接，φ630以下的管即使焊接了，但內(nèi)壁由于焊接縫無法進(jìn)入人員，再次復(fù)合聚合物對(duì)接頭處防腐，使金屬管與聚合物管在小于φ630以下的復(fù)合管的工程應(yīng)用出現(xiàn)困難。因?yàn)槿魧?duì)金屬管和骨架對(duì)接焊或螺紋連接，連接處破壞了的聚合物復(fù)合層地方內(nèi)壁無法修復(fù)。因此在此背景情況下，以有孔洞的金屬骨架作為增強(qiáng)體在骨架上復(fù)合聚合物的復(fù)合管道有了充分的發(fā)展。這種管強(qiáng)度主要由金屬增強(qiáng)骨架承受，聚合物連續(xù)體主要承擔(dān)防腐和管與管，管與管伯之間的熔融連接，但聚合物與金屬管，金屬筒形骨架之間的復(fù)合也存在許多重要的技術(shù)困難和問題。一般防腐性能好；耐化學(xué)藥品性能好，輸送飲用水符合標(biāo)準(zhǔn)的聚合物都屬于非極性聚合物如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，但與其復(fù)合的界面或表面是金屬表面，如鋁板帶、鋼板帶，這些表面是典型的極性表面，二者之間根本不能粘結(jié)和親合，雖然聚合物連續(xù)體將其表面包覆和復(fù)合，但界面實(shí)際是分離的，為此人們?cè)谏a(chǎn)和應(yīng)用這種復(fù)合管道時(shí)，在二者界面的粘結(jié)、親合，實(shí)現(xiàn)真正意義上的復(fù)合上采用了很多辦法。因?yàn)椴唤鉀Q二者界面的親合性，不能使二者界面真正粘合、牢固復(fù)合為一體，實(shí)際上我們并沒有真正獲得二者優(yōu)異性能共同發(fā)揮的復(fù)合材料。
已知和公開的非極性聚合物(如PE或PP)與極性的鋼金屬表面和鋁金屬表面的牢固粘結(jié)、復(fù)合在一起，到目前為止還主要是依靠在二者界面之間，增加一層粘結(jié)劑層或涂覆一層能使二者親合和牢固復(fù)合在一起的過渡層。具體的技術(shù)方案有許多種。一種是在界面之間使用有極性基團(tuán)的但又能與非極性聚合物融合和粘結(jié)為一體的粘結(jié)劑，比如市售的二元共聚的乙烯—丙烯酸乙酯共聚物，乙烯—丙烯酸共聚物，和三元共聚的乙烯—醋酸乙烯—乙烯醇共聚物等等，另一種是在金屬表面預(yù)先涂覆一層過渡層比如環(huán)氧樹脂，在其之上再?gòu)?fù)合一層乙烯—醋酸乙烯共聚物，再與非極性的聚合物復(fù)合。
這些粘結(jié)劑層或涂覆的過渡層都能較好將極性金屬表面和非極性的聚合物牢固的復(fù)合在一起。但由于需要專門的擠出涂覆設(shè)備來涂覆這層粘結(jié)劑層，在復(fù)合管的生產(chǎn)線上需要多增加至少兩臺(tái)分別在金屬管或骨架內(nèi)外表面擠出涂覆的設(shè)備，使投資增加，生產(chǎn)成本增高，工藝不易控制，特別對(duì)于直徑較小比如φ200管的生產(chǎn)線，是較困難的。為了使粘結(jié)劑能有效的涂覆在金屬骨架表面，并充分濕潤(rùn)金屬極性表面，一般這些粘結(jié)劑的加工熔點(diǎn)者較低，融熔指數(shù)較高，在界面上雖然能容易的將二者界面粘結(jié)復(fù)合，但當(dāng)復(fù)合管在較高使用溫度時(shí)，這層粘結(jié)劑層又會(huì)在界面上產(chǎn)生因熔點(diǎn)低耐溫能力不夠的滑移，破壞了作為二者結(jié)合起來承擔(dān)承壓和防腐及連接的優(yōu)異功能，使非極性的復(fù)合的聚合物層與金屬表面的復(fù)合也相應(yīng)發(fā)生滑移，降低了復(fù)合管的耐溫工程應(yīng)用溫度，實(shí)際降低了管的工程性能。加之這種粘結(jié)劑層復(fù)合技術(shù)在有孔洞的金屬骨架表面的應(yīng)用，會(huì)使通過孔洞包覆骨架的聚合物連續(xù)體因粘結(jié)劑層的不耐溫熔融和滑移，大大降低復(fù)合管的耐溫工程性能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)狗菢O性聚合物連續(xù)體通過骨架的孔洞在骨架的內(nèi)外層之間滑移，破壞了作為二者結(jié)合起來承擔(dān)壓力了防腐及連結(jié)牢固的優(yōu)異性能，而大大降低該復(fù)合管輸送熱水介質(zhì)和腐蝕介質(zhì)的承壓能力，因此即要通過有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架來生產(chǎn)與聚合物復(fù)合的管道，以便解決前述的方便φ630以下管徑的復(fù)合管，利用聚合物連續(xù)體來實(shí)現(xiàn)管與管，管與管件之間的熔融連接，同時(shí)又利用骨架的孔洞將包覆的連續(xù)體高于金屬材料十倍的熱線脹的膨脹鎖住，使連續(xù)體及復(fù)合管有類式金屬和及金屬骨架的線脹率而充分發(fā)揮有孔洞的金屬骨架的聚合物復(fù)合的復(fù)合管的優(yōu)異性能，又要使聚合物連續(xù)體與金屬極性表面牢固粘結(jié)和復(fù)合，防止二者界面和斷面有流體介質(zhì)因界面的未牢固復(fù)合而滲透入結(jié)合界面，使管道防腐和防漏連接功能失效，對(duì)于在二者界面用更好、成本更低、復(fù)合更可靠、生產(chǎn)更方便、對(duì)于復(fù)合管功能又能充分發(fā)揮的界面牢固粘結(jié)和復(fù)合的新的技術(shù)方案，成了業(yè)界追求的重點(diǎn)。為此筆者曾經(jīng)申請(qǐng)了不少專利和作了許多方案設(shè)計(jì)，但都沒能跳出前述的那幾種基本方案，更沒有方案，市面業(yè)界也沒有方案涉及利用聚合物連續(xù)體可以采用改性接枝極性基團(tuán)使非極性聚合物直接具有極性并能直接包覆和牢固粘結(jié)復(fù)合極性的金屬骨架，特別是有孔洞的金屬骨架的技術(shù)方案，這樣一來，即使二者界面牢固粘結(jié)和復(fù)合為一體，又使有孔洞的金屬骨架與聚合物連續(xù)體通過孔洞連為一體，即防止聚合物連續(xù)體產(chǎn)生聚合物的高于金屬骨架十倍的線脹或熱膨脹，又能因其牢固復(fù)合為一體，可以通過管或管件外壁的熱熔或電熱熔將其骨架孔洞的內(nèi)外層聚合物融熔連接起來呈管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可靠的管網(wǎng)熔融連接，解決了金屬與聚合物復(fù)合的管道不能充分發(fā)揮其優(yōu)異性能，不能方便連接，二者界面不易牢固粘結(jié)復(fù)合為一體或復(fù)合為一體必須涉及粘結(jié)劑層或涂覆過渡層的投資大，成本高等技術(shù)難題。
本申請(qǐng)人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)?00510020523，于2005年9月公開的鋼塑復(fù)合管生產(chǎn)方法及裝置在說明書中曾公開了采用馬來酸酐或丙烯酸酯接枝的聚合物作包覆金屬骨架的聚合物連續(xù)體，以及采用更經(jīng)濟(jì)的用上述接枝聚合物15～30％的重量比與沒接枝的聚乙烯或聚丙烯共混改性來作為連續(xù)體的技術(shù)方案，但業(yè)內(nèi)專業(yè)人士都知道僅用共混比例來實(shí)現(xiàn)牢固的粘結(jié)和復(fù)合是公開不充分的，因不同聚合物材料與不同的含極極性基團(tuán)的不飽和羧酸的接枝率是很大差別的，可以在0.3～6％范圍產(chǎn)生接枝率，與金屬如鋼和鋁的極性表面要實(shí)現(xiàn)真正的牢固粘結(jié)和復(fù)合，在表面有一定條件下，上述聚合物和不飽和羧酸的接枝率至少要達(dá)到0.12％以上的接枝率，若簡(jiǎn)單的用15～30％的重量比來共混，技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)不了目的，將非極性的聚烯烴材料接枝改性為有極性的聚烯烴材料，至少涉及到用不飽和羧酸和過氧化物接枝引發(fā)劑，這些改性的原輔料配方，對(duì)于每一噸材料的配方成本至少高于不改性同樣材料1000元，加之通過反應(yīng)擠出機(jī)的反應(yīng)擠出造粒，還需增加直接費(fèi)用每噸在1000元以上，所以全部用改性為極性聚烯烴材料來生產(chǎn)鋼塑復(fù)合管道，雖然性能有很大的提高，但為了擴(kuò)大其工程應(yīng)用范圍和降低工程成本，如何降低管道管壁的材料成本而又要保持有極性聚烯烴與金屬骨架增強(qiáng)體復(fù)合的管道的優(yōu)點(diǎn)和良好性能，在管壁的結(jié)構(gòu)上采用多層復(fù)合，特別采用價(jià)格便宜的未經(jīng)改性的非極性聚烯烴材料來生產(chǎn)是降低成本的非常有效的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，提供一種能解決金屬與聚乙烯復(fù)合二者界面不易牢固粘結(jié)復(fù)合為一體的技術(shù)難題、降低成本、有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、能可靠、方便連接的有極性聚合物和無極性聚合物增強(qiáng)體金屬?gòu)?fù)合的管道。
本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明有極性聚烯烴聚合物和無極性聚烯烴聚合物與金屬增強(qiáng)體復(fù)合的管道，復(fù)合管道的管壁是由經(jīng)過接枝改性的具有極性基團(tuán)的聚烯烴聚合物連續(xù)體通過有孔洞金屬增強(qiáng)體骨架上的孔洞與其表面牢固粘結(jié)和包覆形成，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合有一層非極性聚烯烴聚合物層，復(fù)合的管道，復(fù)合管管壁的有極性基團(tuán)或有極性的聚烯烴連續(xù)體的極性基團(tuán)是羧基或羥基或羰基或酸酐基，其接枝率為0.12％～3％也即測(cè)量其凝膠率為0.12％～3％，其紅外光譜圖有典型的上述極性基團(tuán)的特征吸收峰。采用此方案在管壁的聚合物材料中有近50％材料是不需接枝改性的非極性的聚合物，若管壁設(shè)計(jì)較厚，有近65％的材料不需改性，將聚合物的材料成本至少降低8～15％，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，若在輸送飲用水管的內(nèi)層采用復(fù)合一層未改性的非極性的聚烯烴材料，將會(huì)使其衛(wèi)生指標(biāo)更好，對(duì)改性的有極性的聚合物的殘留的微量的過氧化物和有機(jī)酸有更好的阻隔和屏蔽。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管壁的連續(xù)體是由有馬來酸酐(MAH)、丙烯酸系(MMA、AA)中的一種與高密度聚乙烯(HDPE)、非交聯(lián)耐熱聚乙烯(PE-RT)中的一種在過氧化物接枝引發(fā)劑作用下經(jīng)過擠出機(jī)擠出接枝反應(yīng)改性為具有極性基團(tuán)的聚乙烯的聚合物組成，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是高密度聚乙烯(HDPE)或非交聯(lián)耐熱聚乙烯(PE-RT)。此方案有成熟公開的配方及工藝，用馬來酸酐(MAH)與PE-RT接枝，有成熟公開的配方和工藝可以得到耐溫性良好的有極性的聚乙烯，在熱水管網(wǎng)上應(yīng)用，對(duì)復(fù)合界面在高于80℃，壓力大于0.8Mpa使用有特別的防滲透的能力。因?yàn)榉墙宦?lián)耐熱聚乙烯(PE-RT)有極好耐熱性能，在聚乙烯品種類僅次于交聯(lián)聚乙烯，但其有方便的加工性能且不必像硅烷交聯(lián)聚乙烯必須經(jīng)過水解縮聚交聯(lián)反應(yīng)的麻煩工序，較過氧化物交聯(lián)聚乙烯又有方便融熔連接的性能，接枝率可達(dá)0.5％以上，接枝后不僅耐熱性不下降，由于改性為極性后與金屬骨架有更好的粘結(jié)，更能與增強(qiáng)體一起承擔(dān)熱水管網(wǎng)的耐溫長(zhǎng)期運(yùn)行且承壓能力的折減比不改性的PE-RT的復(fù)合管減少5％，即提高了承壓能力。由于在管壁內(nèi)層或者外層復(fù)合了一層非極性的非交聯(lián)耐熱聚乙烯(PE-RT)大大節(jié)約了這一較昂貴的材料成本，可以擴(kuò)大其在北方熱水管網(wǎng)的推廣應(yīng)用。該方案中由于在極性的HDPE材料上復(fù)合了一層非極性的HDPE特別是在內(nèi)層復(fù)合，大大提高了其衛(wèi)生性能指標(biāo)和節(jié)約了材料成本。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是由有馬來酸酐(MAH)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸羧乙酸(HEMA)、甲基丙烯酸縮水甘油脂(GMA)中的一種與聚丙烯(PPB、PPH)、無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)中的一種在過氧化物接枝引發(fā)劑作用下，經(jīng)過擠出機(jī)擠出接枝反應(yīng)改性為具有極性基團(tuán)的聚丙烯的聚合物組成，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是聚丙烯(PPB、PPH)或無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)。此方案有成熟公開的配方及工藝，用此方案獲得了熱水管網(wǎng)和耐熱化學(xué)流體介質(zhì)的輸送管道，特別是PP-R管道，由于有金屬骨架的增強(qiáng)作用以及PP-R的耐熱優(yōu)異性能，擴(kuò)大了聚丙烯管道在化學(xué)流體工程上的應(yīng)用。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)聚乙烯或硅烷可交聯(lián)聚乙烯連續(xù)體，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是非交聯(lián)耐熱聚乙烯(PE-RT)。將硅烷交聯(lián)(或硅烷可交聯(lián))聚乙烯改性為有極性基團(tuán)的聚合物，是分兩步進(jìn)行的，第一步是分別將聚乙烯按成熟公開的硅烷接枝配方及工藝將其接枝為硅烷可交聯(lián)聚乙烯；另外一邊將聚乙烯按成熟公開的配方和方法接枝為有極性基團(tuán)的聚乙烯；第二步二者再混合擠出為有極性的硅烷可交聯(lián)聚乙烯，這樣得到的材料凝膠率低于60％。若第2步是將己硅烷接枝的聚乙烯直接加入馬來酸酐等不飽和羧酸，利用殘存的引發(fā)劑和已存在的自由基將己硅烷接枝的聚乙烯接枝反應(yīng)為有極性基團(tuán)的材料，該種方法硅烷接枝率(或叫凝膠率)大于60％。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)聚丙烯或硅烷可交聯(lián)聚丙烯連續(xù)體，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是非交聯(lián)的聚丙烯。其工藝和生產(chǎn)方法基本同于硅烷交聯(lián)(或硅烷可交聯(lián))聚乙烯。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的聚烯烴與沒有接枝改性的非極性的聚烯烴共混制成的，其共混物接枝率至少大于0.12％(也即測(cè)量其有極性基團(tuán)的聚合物的凝膠率至少大于0.12％)。接枝改性有極性基團(tuán)的聚乙烯，其接枝率一般在0.5％～0.8％，若有苯乙烯單體參加接枝反應(yīng)的聚丙烯為2～3％，若有孔洞鋼帶金屬骨架表面經(jīng)過清潔和毛化處理，一般羧基或羥基或羰基或酸酐基極性基團(tuán)的接枝率達(dá)到0.12％以上連續(xù)體就可以有效粘結(jié)牢固并復(fù)合好骨架表面，因此有極性的聚烯烴和非極性的聚烯烴的混合比例，完全可以根據(jù)金屬骨架表面的粘結(jié)性能在一定比例中調(diào)整。若有極性聚乙烯接枝率大于0.72％，混合比例非極性聚乙烯可以為70～80％，有極性聚乙烯為大于20％，就能將經(jīng)清潔的筒形金屬骨架粘結(jié)和包覆牢固，若有極性的聚丙烯接枝率為3％，混合比例非極性聚丙烯可以為90％～95％，有極性聚丙烯為5％～10％，應(yīng)能將骨架粘結(jié)和包覆牢固，并能承受對(duì)復(fù)合界面(斷面)20℃水溫，0.6Mpa水壓的防滲透、撕裂、撕開復(fù)合界面的承壓試驗(yàn)。與原在申請(qǐng)?zhí)?00510020523中公開的加入比例15～30％重量比的一方案比較說明，原方案根本不確定，因低于20％的比例對(duì)于接枝率在0.4％的聚乙烯而言，即表示共混料接枝率低于0.12％，實(shí)際是不能與金屬極性表面牢固粘結(jié)和復(fù)合并承擔(dān)一定壓力的水對(duì)界面的壓力滲透的試驗(yàn)。對(duì)于接枝率為2％～3％的聚丙烯而言低于15％參入比例，接枝率仍高于0.12％仍可通過壓力試驗(yàn)。這一方案可以比管壁包覆骨架全部使用接枝料節(jié)約成本，使該種由極性聚烯烴包覆骨架形成管壁的管道具有市場(chǎng)竟?fàn)幠芰Φ靡源罅繎?yīng)用。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是接枝改性的有極性基團(tuán)的質(zhì)量百分比為5～60％的聚丙烯與質(zhì)量百分比為40～95％沒有用不飽和羧酸接枝改性的硅烷可交聯(lián)聚乙烯，共混擠出，經(jīng)交聯(lián)縮聚反應(yīng)成為有極性的硅烷交聯(lián)聚合物合金，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性的聚烯烴聚合物是具有融熔連結(jié)性能的非交聯(lián)耐熱聚乙烯(PE-RT)或聚丙烯(PPH、PPB)或無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)，非極性的聚烯烴聚合物是在管道管壁未交聯(lián)縮聚反應(yīng)前復(fù)合的。比如取有極性的接枝率在2.5～3％的無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)10～15％的重量。取未經(jīng)改性的沒有極性的硅烷可交聯(lián)聚乙烯85～90％的重量，經(jīng)共混擠出與金屬骨架復(fù)合，此共混料經(jīng)水解交聯(lián)縮聚反應(yīng)后，其硅烷交聯(lián)度也即凝膠率在60％以上，尚能充分保證其熱性能，加之PP-R本身的強(qiáng)度高，耐熱性能好，其二者的合金也有充分的性能保證，加之與金屬骨架有牢固的粘結(jié)和包覆及復(fù)合，該管在熱水和熱的化學(xué)介質(zhì)輸送方面有優(yōu)異的性能。在有極性的硅烷交聯(lián)聚合物包覆的骨架形成的管壁的內(nèi)層或外層復(fù)合一層，PE-RT或PP-R，使不能熔接的管道變成可以方便融熔連接的管道，解決了硅烷交聯(lián)的聚合物與金屬骨架的牢固粘結(jié)和復(fù)合難題及其融熔連接的難題。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道的管材的有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架是用有孔洞的鋼板或鋼帶經(jīng)縱向卷曲或螺旋卷曲再經(jīng)焊接而成的。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道的管材的有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架是緯向鋼絲纏繞經(jīng)向鋼絲經(jīng)焊接而成的。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道的有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架的表面有防止金屬氧化和侵蝕的電鍍層或用真空物理鍍膜方法(PVD)鍍的金屬防腐層。為了使管道的防腐能力提高，壽命更長(zhǎng)，對(duì)金屬骨架的表面鍍銅或鍍錫或鍍鉻，以使骨架增強(qiáng)功能長(zhǎng)期的保持。
上述的復(fù)合的管道，復(fù)合管道的管件是二通或三通或四通或是90°彎頭或45°彎頭以及變徑有大小頭的管件，有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架是有孔鋼板或鋼絲焊制件或精密鑄造的金屬件。
本發(fā)明有極性聚烯烴聚合物和無極性聚烯烴聚合物與金屬增強(qiáng)體復(fù)合的管道，既可制作管材，也可制作管件，采用經(jīng)過接枝改性的具有羧基或羥基或羰基或酸酐基極性基團(tuán)的聚烯烴連續(xù)體將骨架的表面牢固粘結(jié)和包覆形成管壁，再在管壁的內(nèi)層或者外層上復(fù)合一層非極性的聚烯烴，解決了金屬與聚合物復(fù)合的管道不能充分發(fā)揮其優(yōu)異性能、不能方便粘接、二者界面不易牢固粘結(jié)復(fù)合為一體或復(fù)合為一體必須涉及粘結(jié)劑層或涂覆過渡層的投資大、材料成本高的技術(shù)難題，管網(wǎng)性能更可靠。


圖1為有三通連接件的本發(fā)明管道連接示意圖。
圖2為本發(fā)明管材結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明管材另一結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明管材再一結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為含有極性硅烷交聯(lián)聚丙烯管壁的本發(fā)明管材結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1圖1給出了本發(fā)明實(shí)施例1圖。參見圖1，有極性的聚合物和無極性的聚合物與金屬增強(qiáng)體骨架復(fù)合的φ160mm復(fù)合管網(wǎng)1是由三通管件2、管材3、4組成。管件2的管壁是由有極性基團(tuán)的接枝改性的聚烯烴連續(xù)體5穿過有孔洞的鋼板增強(qiáng)體骨架6上的孔洞而與其內(nèi)、外表面粘接且包覆而形成的，在管壁內(nèi)層表面復(fù)合有一層無極性聚烯烴層7。管材3、4的管壁是分別由接枝改性的有極性基團(tuán)的聚烯烴連續(xù)體8、9分別通過有孔洞的鋼板卷制焊接的筒形骨架10或緯向鋼絲11纏繞徑向鋼絲12經(jīng)焊接形成的筒形骨架13且分別與筒形骨架粘接包覆而形成的。管材3的管壁外周復(fù)合有一層無極性的聚烯烴層14。管材4的管壁內(nèi)壁復(fù)合有一層無極性的聚烯烴層15。管材3、4的一端分別伸入管件2兩端的承插口中與之連接而組成φ160mm管網(wǎng)，接枝改性的有極性基團(tuán)的聚烯烴連續(xù)體是高密度聚乙烯(HDPE)材料，無極性基團(tuán)的聚烯烴4是高密度聚乙烯(HDPE)材料，對(duì)該管網(wǎng)用60℃，2.0Mpa壓力試壓，管材3、4和管件2的端頭都切斷裸露金屬骨架與連續(xù)體復(fù)合的界面(斷面)，經(jīng)過165h連續(xù)試壓不滲透、不減壓，該復(fù)合管不僅抗腐蝕能力強(qiáng)，承壓能力高，還全部指標(biāo)達(dá)飲用水管衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
三通管件也可是由有極性基團(tuán)的高密度聚烯(HDPE)作為連續(xù)體通過有孔洞的鋼板骨架或鋼絲焊接骨架或精密鑄造骨架將其牢固粘結(jié)和包覆形成管壁，在其內(nèi)層復(fù)合一層極性的HDPE而成為管件，該管件可以通過二次注塑的方法制成，即先用模具注塑成連續(xù)體包覆骨架的管壁，再用另一付模具在其內(nèi)壁注塑一層非極性的HDPE。當(dāng)然若因工程設(shè)計(jì)的需要也可先用有極性基團(tuán)的聚合物作為連續(xù)體，在模具中包覆骨架形管壁，再用另一付模具，利用二次注塑方法在管壁外壁注塑完成外層是非極性聚合物的管件。
實(shí)施例2圖2給出了本發(fā)明實(shí)施例2中管材結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖2，管材19中的骨架16的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中的筒形骨架相同，均為鋼絲網(wǎng)焊接的筒形骨架，通過筒形骨架上的孔洞牢固粘結(jié)和包覆骨架形成管壁17的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的非交聯(lián)耐溫聚乙烯(PE-RT)(韓國(guó)SK公司產(chǎn)PE-RT DX800)，按以下配方，采用擠出機(jī)擠出造粒非交聯(lián)耐溫聚乙烯接枝率為0.5％-0.8％，按質(zhì)量份計(jì)重100份，馬來酸酐(MAH)2-5份，過氧化物接枝引發(fā)劑(DCP)0.1～0.4份。在管壁17內(nèi)層復(fù)合有無極性非交聯(lián)耐溫聚乙烯層18，該管材13與相同結(jié)構(gòu)的管件連接呈管網(wǎng)，可以承受60～80℃的熱水長(zhǎng)期安全的運(yùn)行，在金屬骨架與連續(xù)體的界面(斷面)能承受0.6Mpa的長(zhǎng)期運(yùn)行壓力而不滲透、撕裂。
實(shí)施例3圖3給出了本發(fā)明實(shí)施例3中管材結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖3，管材20中有緯向鋼絲纏繞徑向鋼絲經(jīng)焊接形成的筒形金屬增強(qiáng)體骨架21，通過孔洞牢固粘結(jié)和包覆金屬骨架形成管壁22的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的無規(guī)共聚聚丙烯，管壁22的內(nèi)層復(fù)合沒有極性的無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)層23。按以下配方采用擠出機(jī)擠出造粒得到接枝率為0.4％～0.7％的有極性基團(tuán)的聚丙烯，此聚丙烯可以生產(chǎn)熱水管網(wǎng)用復(fù)合管，在80℃，0.6Mpa條件下長(zhǎng)期運(yùn)行。配方為北京燕山石化產(chǎn)無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)100份。馬來酸酐(MAH)2-4份，接枝引發(fā)劑(DCP)0.2-0.3份。
實(shí)施例4圖4給出了本發(fā)明實(shí)施例4管材結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖4，在管材24中聚烯烴聚合物管壁25外復(fù)合的是無極性的非交聯(lián)耐溫聚乙烯(PE-RT)外層26，有孔洞的筒形骨架27經(jīng)鋼帶縱向卷曲成型焊接而成，通過孔洞將金屬骨架牢固粘結(jié)和包覆的聚烯烴聚合物管壁25是有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)(可交聯(lián))聚乙烯，其接枝率為0.12％～0.3％，該復(fù)合管網(wǎng)適宜在不高于90℃、0.8Mpa壓力下運(yùn)行。
金屬筒形骨架也可采用孔隙率占12％～25％、孔徑φ3mm～φ6mm、厚度1～3mm的鋼板帶經(jīng)縱向卷曲或螺旋卷曲后焊接而成的，經(jīng)十字?jǐn)D出機(jī)機(jī)頭的兩個(gè)與兩種材料連通的流道由外向內(nèi)擠出聚合物，一個(gè)流道先擠出有極性的聚合物能過孔洞將骨架內(nèi)外層形成包覆，連續(xù)體將金屬骨架牢固粘結(jié)和復(fù)合為一體形成管壁，通過另一個(gè)流道擠出無極性聚合物在管壁的外表面復(fù)合一層非極性的聚合物，經(jīng)冷卻形成復(fù)合管。
實(shí)施例5
圖5給出了本發(fā)明實(shí)施例5圖。本實(shí)施例5基本與實(shí)施例3同。不同處是如圖5所示，在復(fù)合管道28中的管壁29為有極性硅烷交聯(lián)(可交聯(lián))聚丙烯材料，材料的獲得是用已公開的文獻(xiàn)的配方和工藝來進(jìn)行硅烷的接枝，再將其接枝改性為有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)(可交聯(lián))聚丙烯，由于若有苯乙烯單體參加極性基團(tuán)的接枝其接枝率可達(dá)2.5％～3％，所以有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)(可交聯(lián))聚丙烯的獲得更比較適宜用硅烷接枝和有極性基團(tuán)接枝分別進(jìn)行，再二者混合擠出獲得有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)(可交聯(lián))聚丙烯的工藝方法。用此材料擠出復(fù)合牢固粘結(jié)和包覆有孔洞筒形金屬骨架形成管壁29，在管壁的內(nèi)層再?gòu)?fù)合擠出一層無極性的無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)30，有極性的硅烷交聯(lián)(可交聯(lián))聚丙烯的凝膠率一般在50％以下，其中在過程中控制極性基團(tuán)接枝率要求達(dá)0.12％以上即可牢固粘結(jié)和包覆金屬骨架，骨架和連續(xù)體界面就能承受80℃水溫，0.8Mpa的水壓試驗(yàn)。
管壁29也可是將馬來酸酐(MAH)接枝改性的極性聚乙烯(接枝率為0.6％～0.8％)的材料取20重量份，將沒改性的非極性聚乙烯HDPE材料取80重量份，共混經(jīng)擠出形成聚合物連續(xù)體，該管連續(xù)體實(shí)際接枝率為0.12％～0.16％，將有孔洞的鋼板卷繞焊接的筒形骨架牢固包覆并粘結(jié)而形成，連續(xù)體不能與金屬表面分離和剝離，復(fù)合界面(斷面)能承受20℃水溫、2.0Mpa的水壓的165小時(shí)的試壓，能承受1.6Mpa長(zhǎng)期管網(wǎng)的正常運(yùn)行。
管壁29還可是將有苯乙烯單體(St)參加，不飽和羧配與無規(guī)共聚丙烯(PP-R)接枝反應(yīng)的接枝率在2.5％～3％的有極性的無規(guī)共聚聚丙烯取10～15份(重量份)，將經(jīng)過硅烷接枝反應(yīng)的聚乙烯接枝料取85～90重量份(也即A料)將加入水解縮合催化劑二月桂酸、二丁基錫的聚乙烯母料(也即B料)取4～6份，共混擠出作為有極性的硅烷交聯(lián)(可交聯(lián))聚乙烯合金連續(xù)體將有孔洞的金屬骨架牢固粘結(jié)和包覆形成管壁，再在管壁的內(nèi)層或外層依據(jù)工程需要復(fù)合一層非極性的非交聯(lián)耐溫聚乙烯(PE-RT)，該管道組網(wǎng)后有很好的耐熱性能，可以用于熱水管網(wǎng)也可以用于輸送溫度高、腐蝕性強(qiáng)的化學(xué)流體介質(zhì)。
上述各實(shí)施例中的有極性基團(tuán)的聚烯烴連續(xù)體的紅外光譜團(tuán)均有典型的上述極性基團(tuán)的特征吸收峰。
上述各實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的保護(hù)范圍僅限于上述實(shí)施例。凡基于上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.有極性聚合物和無極性聚合物與金屬增強(qiáng)體復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道的管壁是由經(jīng)過接枝改性的具有極性基團(tuán)的聚烯烴聚合物連續(xù)體通過有孔洞金屬增強(qiáng)體骨架上的孔洞與其內(nèi)、外表面牢固粘結(jié)和包覆形成，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合有一層非極性聚烯烴聚合物層，復(fù)合管管壁中的有極性基團(tuán)的聚烯烴連續(xù)體的極性基團(tuán)是羧基或羥基或羰基或酸酐基，其接枝率為0.12％～3％其紅外光譜圖有典型的上述極性基團(tuán)的特征吸收峰。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管壁的連續(xù)體是馬來酸酐、丙烯酸系中的一種與高密度聚乙烯、非交聯(lián)耐熱聚乙烯中的一種在過氧化物接枝引發(fā)劑作用下經(jīng)過擠出機(jī)擠出接枝反應(yīng)改性為具有極性基團(tuán)的聚乙烯的聚合物組成，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是高密度聚乙烯或非交聯(lián)耐熱聚乙烯。
3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是由馬來酸酐、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸羧乙酸、甲基丙烯酸縮水甘油脂中的一種與聚丙烯、無規(guī)共聚聚丙烯中的一種在過氧化物接枝引發(fā)劑作用下，經(jīng)過擠出機(jī)擠出接枝反應(yīng)改性為具有極性基團(tuán)的聚丙烯的聚合物組成，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是聚丙烯或無規(guī)共聚聚丙烯。
4.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)聚乙烯或硅烷可交聯(lián)聚乙烯連續(xù)體，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是非交聯(lián)耐熱聚乙烯。
5.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)聚丙烯或硅烷可交聯(lián)聚丙烯連續(xù)體，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性聚烯烴聚合物是非交聯(lián)的聚丙烯。
6.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是有極性基團(tuán)的聚烯烴與沒有接枝改性的非極性的聚烯烴共混制成的。
7.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道管壁的連續(xù)體是質(zhì)量百分比為5-60％的接枝改性的有極性基團(tuán)的聚丙烯與質(zhì)量百分比為40-95％的沒有用不飽和羧酸接枝改性的硅烷可交聯(lián)聚乙烯的共混擠出，經(jīng)交聯(lián)縮聚反應(yīng)成為有極性基團(tuán)的硅烷交聯(lián)聚合物合金，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合的一層非極性的聚烯烴聚合物是具有融熔連結(jié)性能的非交聯(lián)耐熱聚乙烯或無規(guī)共聚聚丙烯，非極性的聚烯烴聚合物是在管道管壁未交聯(lián)縮聚反應(yīng)前復(fù)合的。
8.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道中的管材的有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架是用有孔洞的鋼板或鋼帶經(jīng)縱向卷曲或螺旋卷曲再經(jīng)焊接而成的。
9.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道中的管材的有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架是緯向鋼絲纏繞經(jīng)向鋼絲經(jīng)焊接而成的。
10.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道中的有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架的表面有防止金屬氧化和侵蝕的電鍍層或用真空物理鍍膜方法鍍的金屬防腐層。
11.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合的管道，其特征在于復(fù)合管道中的管件是二通或三通或四通或是90°彎頭或45°彎頭以及變徑有大小頭的管件，有孔洞的金屬增強(qiáng)體骨架是有孔鋼板或鋼絲焊制件或精密鑄造的金屬件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有極性聚合物和無極性聚合物與金屬增強(qiáng)體復(fù)合的管道，其復(fù)合管道的管壁是由經(jīng)過接枝改性的具有極性基團(tuán)的聚烯烴聚合物連續(xù)體通過有孔洞金屬增強(qiáng)體骨架上的孔洞與其內(nèi)、外表面牢固粘結(jié)和包覆形成，在該管壁的內(nèi)層或者外層復(fù)合有一層非極性聚烯烴聚合物層。本發(fā)明能解決金屬與聚乙烯復(fù)合二者界面不易牢固粘結(jié)復(fù)合為一體的技術(shù)難題、降低成本，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，能可靠、方便連接。
文檔編號(hào)C08F255/02GK101038049SQ20061002047
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者甘國(guó)工 申請(qǐng)人:甘國(guó)工