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CN108976545B - 一种高强度雨水收集系统配件及制备方法 - Google Patents

一种高强度雨水收集系统配件及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于管道材料技术领域，提出了一种新型高强度雨水收集系统配件及制备方法，其中雨水收集系统配件由以下重量份的成分组成：聚乙烯50～60份，热塑性弹性体30～50份，长玻璃纤维5～30份，聚酯纤维或碳纤维1～20份，聚多面体低聚倍半硅氧烷‑聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1～2份，马来酸酐接枝热塑性弹性体5～7份，填料1～10份，润滑剂0.5～1份，抗氧剂1～2份，脱模剂0.5～1份，解决了现有技术中雨水收集系统配件强度低、耐冲击性差、韧性差、阻燃性能差等问题。

Description

一种高强度雨水收集系统配件及制备方法
技术领域
本发明属于管道材料技术领域，涉及一种新型高强度雨水收集系统配件及制备方法。
背景技术
我国的水资源浪费十分严重，水资源匮乏是不争的事实。如何循环利用水资源、减少水资源的浪费成为首要任务。随着水资源供需矛盾的日益加剧，节能呼声越来越高，使得雨水回收再利用也越来越被人重视。采用雨水收集系统，符合我国可持续发展战略。过去雨水收集系统配件多采用镀锌钢管和钢筋混凝土管，镀锌钢管和钢筋混凝土管，可承受较高的工作压力、经久耐用，但是自重大，质地硬而脆，怕碰撞，接口易渗漏等缺陷。现在雨水收集系统配件多采用塑料管，塑料管较钢管和钢筋混凝土具有较好的防腐与抗震能力、节约能源、节省金属、重量轻、安装方便等特点，但同时也存在强度低、耐冲击性差、韧性差、阻燃性能差等缺陷。
发明内容
本发明提出一种新型高强度雨水收集系统配件，解决了现有技术中雨水收集系统配件强度低、耐冲击性差、韧性差、阻燃性能差等问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型高强度雨水收集系统配件，由以下重量份的成分组成：
聚乙烯50～60份，热塑性弹性体30～50份，长玻璃纤维5～30份，聚酯纤维或碳纤维1～20份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1～2份，马来酸酐接枝热塑性弹性体5～7份，填料1～10份，润滑剂0.5～1份，抗氧剂1～2 份，脱模剂0.5～1份；
所述聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物包括重复结构单元多面体低聚倍半硅氧烷和甲基丙烯酸甲酯，其中多面体低聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯的个数比为1：90～100，分子量在10000～11000，并具有如下通式：
Figure BDA0001685910950000021
其中，m为90～100。
作为进一步的技术方案，由以下重量份的成分组成：
聚乙烯57份，热塑性弹性体40份，长玻璃纤维20份，聚酯纤维或碳纤维2份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1.5份，马来酸酐接枝热塑性弹性体6份，填料5份，润滑剂0.8份，抗氧剂1.6份，脱模剂0.7份；
所述聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物包括重复结构单元多面体低聚倍半硅氧烷和甲基丙烯酸甲酯，其中多面体低聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯的个数比为1：90～100，分子量在10000～11000。
作为进一步的技术方案，所述多面体低聚倍半硅氧烷由引发剂、配体和溴化剂进行自由基聚合接枝到聚甲基丙烯酸甲酯主链，从而形成聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物，所述引发剂为溴异丁酰溴，用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的25％，所述配体为三乙胺，用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的1％，所述溴化剂为溴化亚铜，用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的1％，所述甲基丙烯酸甲酯的用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的15倍。
作为进一步的技术方案，所述热塑性弹性体为聚烯烃弹性体或聚氨酯弹性体。
作为进一步的技术方案，所述填料为滑石粉、石墨、陶土、碳酸钙中的一种。
作为进一步的技术方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010，所述润滑剂为脂肪酸酰胺，所述脱模剂为甲基硅油。
作为进一步的技术方案，所述长玻璃纤维长度为4～6mm，所述聚酯纤维或碳纤维长度为6～7mm。
一种新型高强度雨水收集系统配件的制备方法，包括以下步骤：
S1、将引发剂、配体、溴化剂、多面体低聚倍半硅氧烷按比例溶于四氢呋喃溶液厚加入反应釜中，加入甲基丙烯酸甲酯在60℃油浴中反应12小时，用四氢呋喃溶解，旋蒸除去多余的溶剂，在石油醚中沉淀，真空干燥得到聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物；
S2、按照所述的新型高强度雨水收集系统配件的配方，称取各个组分备用；
S3、将长玻璃纤维、聚酯纤维或碳纤维与热塑性弹性体、马来酸酐接枝热塑性弹性体加入高速混合机，在高速混合机中2000～2500r/min的转速下混合 3～5min，将混合后的物料加入到同向啮合的双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为170～190℃，得到纤维增强热塑性弹性体；
S4、将聚乙烯、填料、抗氧剂在高速混合机中在1500r/min的转速下混合 5min，再加入S2得到的聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物、 S3得到的纤维增强热塑性弹性体，同时加入润滑剂、脱模剂混匀，置于单螺旋挤出机，设置单螺旋挤出机的加料段温度为160～180℃，熔融段温度180～240℃，均化段温度200～260℃，模头温度170～220℃，熔融挤出成型，螺杆转速为 50～150r/min，即得新型高强度雨水收集系统配件。
本发明使用原理及有益效果为：
本发明实施例得到的雨水收集系统配件的韧性、力学强度、阻燃性有了明显的提高，制备工艺简单，成本较低，生产效率高，而且通过本发明工艺制备的雨水收集系统配件的韧性、力学强度、阻燃性等综合性能更好，具有广阔的应用前景。
本发明中加入聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物来提高材料的耐候性、耐冲击性、阻燃性、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等力学性能。其中，聚多面体低聚倍半硅氧烷具有独特的纳米级尺寸以及硅氧硅的无机结构骨架使得材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等力学性能能够显著提高，聚多面体低聚倍半硅氧烷分子是由硅氧键组成的具有良好的热稳定性的无机核，当聚多面体低聚倍半硅氧烷受热分解时形成一层二氧化硅膜，能够有效的阻止氧化过程的继续进行，从而提高了材料的阻燃性能；聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的耐冲击性，提高了材料的耐冲击性能。
本发明采用长玻璃纤维搭配聚酯纤维或碳纤维来增强材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等力学性能。但是，长玻璃纤维、聚酯纤维或碳纤维与聚乙烯、热塑性弹性体的界面相容性差并没有起到复合增强的作用，因此加入马来酸酐接枝热塑性弹性体来增强界面相容性，从而提高了材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度。
本发明中，长玻璃纤维、聚酯纤维或碳纤维搭配聚多面体低聚倍半硅氧烷- 聚甲基丙烯酸甲酯共聚物等能够显著提高材料的韧性、力学强度、阻燃性，同时加入抗氧剂，使得材料的耐氧化性能提高。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：包括以下步骤：
S1、将引发剂、配体、溴化剂、多面体低聚倍半硅氧烷按比例溶于四氢呋喃溶液厚加入反应釜中，加入甲基丙烯酸甲酯在60℃油浴中反应12小时，用四氢呋喃溶解，旋蒸除去多余的溶剂，在石油醚中沉淀，真空干燥得到聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物；
S2、按照如下雨水收集系统配件的配方，称取各个组分备用：
聚乙烯50份，聚烯烃弹性体30份，长玻璃纤维5份，聚酯纤维20份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体5份，碳酸钙1份，脂肪酸酰胺0.5份，抗氧剂1010 1份，甲基硅油0.5份；
S3、将长玻璃纤维、聚酯纤维与热塑性弹性体、马来酸酐接枝热塑性弹性体加入高速混合机，在高速混合机中2000～2500r/min的转速下混合3～5min，将混合后的物料加入到同向啮合的双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为 170～190℃，得到纤维增强热塑性弹性体；
S4、将聚乙烯、碳酸钙、抗氧剂1010在高速混合机中在1500r/min的转速下混合5min，再加入S2得到的聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物、S3得到的纤维增强聚烯烃弹性体，同时加入脂肪酸酰胺、甲基硅油混匀，置于单螺旋挤出机，设置单螺旋挤出机的加料段温度为160～180℃，熔融段温度 180～240℃，均化段温度200～260℃，模头温度170～220℃，熔融挤出成型，螺杆转速为50-150r/min，即得新型高强度雨水收集系统配件。
实施例二：雨水收集系统配件的配方为：聚乙烯57份，聚烯烃弹性体40 份，长玻璃纤维20份，聚酯纤维2份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1.5份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体6份，碳酸钙5份，脂肪酸酰胺 0.8份，抗氧剂1010 1.6份，甲基硅油0.7份；其余步骤同实施例一。
实施例三：雨水收集系统配件的配方为：聚乙烯60份，聚烯烃弹性体50 份，长玻璃纤维30份，聚酯纤维1份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物2份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体7份，碳酸钙10份，脂肪酸酰胺 1份，抗氧剂2份，甲基硅油1份；其余步骤同实施例一。
对比例一：雨水收集系统配件的配方为聚乙烯57份，聚烯烃弹性体40份，长玻璃纤维20份，聚酯纤维2份，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体6份，碳酸钙5 份，脂肪酸酰胺0.8份，抗氧剂1010 1.6份，甲基硅油0.7份；对应的将实施例一中的S1删除，其余步骤同实施例一。
对比例二：雨水收集系统配件的配方为：聚乙烯57份，聚烯烃弹性体40 份，长玻璃纤维20份，聚酯纤维2份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1.5份，碳酸钙5份，脂肪酸酰胺0.8份，抗氧剂1010 1.6份，甲基硅油0.7份；对应的将实施例一中的S3中马来酸酐接枝聚烯烃弹性体删除，直接将长玻璃纤维、聚酯纤维与聚烯烃弹性体加入高速混合机中，其余步骤同实施例一。
对比例三：雨水收集系统配件的配方为：聚乙烯57份，聚烯烃弹性体40 份，长玻璃纤维20份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物2 份，碳酸钙5份，脂肪酸酰胺0.8份，抗氧剂1010 1.6份，甲基硅油0.7份；对应的将实施例一中的S3删除，及与其有关的步骤删除，其余步骤同实施例一。
对比例四：雨水收集系统配件的配方为：聚乙烯57份，聚烯烃弹性体40 份，碳酸钙5份，脂肪酸酰胺0.8份，抗氧剂1010 1.6份，甲基硅油0.7份；对应的将实施例一中的S1、S3删除，及与其有关的步骤删除，其余步骤同实施例一
将上述实施例以及对比例进行拉伸强度、缺口冲击强度、断裂伸长率、弯曲强度、熔融温度和结晶温度、热稳定性、阻燃等级、耐腐蚀性进行测定，测定方法如下：
1、拉伸强度测定：按GB/T 1447-2005玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法进行测试，拉伸速率为50mm/min；
2、冲击强度测定：悬臂梁缺口冲击强度按GB/T 1843-2008进行测试，摆锤规格为2.75J，试样V形缺口；
3、断裂伸长率测定：按GB/T 1447-2005玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法进行测试，拉伸速率为50mm/min；
4、弯曲强度测定：按GB/T 9341-2000塑料弯曲的测定试验方法进行测试，样品尺寸为长80mm，宽10mm，厚度为4mm，试验速度为5mm/min；
5、阻燃等级测定：按美国UL94标准进行测试，样品尺寸为长27mm，宽 12.7mm，厚度为1.6mm；
检测结果如下表所示
Figure BDA0001685910950000061
Figure BDA0001685910950000071
通过表中数据可以看出，本发明实施例得到的雨水收集系统配件较对比例的韧性、力学强度、阻燃性有了明显的提高，制备工艺简单，成本较低，生产效率高，而且通过本发明工艺制备的雨水收集系统配件的韧性、力学强度、阻燃性等综合性能更好，具有广阔的应用前景。
通过表中实施例二与对比例一数据可以看出，加入聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物提高了材料的耐候性、耐冲击性、阻燃性、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等力学性能。其中，聚多面体低聚倍半硅氧烷具有独特的纳米级尺寸以及硅氧硅的无机结构骨架使得材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等力学性能能够显著提高，聚多面体低聚倍半硅氧烷分子是由硅氧键组成的具有良好的热稳定性的无机核，当聚多面体低聚倍半硅氧烷受热分解时形成一层二氧化硅膜，能够有效的阻止氧化过程的继续进行，从而提高了材料的阻燃性能；聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的耐冲击性，提高了材料的耐冲击性能。
本发明采用长玻璃纤维搭配聚酯纤维或碳纤维来增强材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等力学性能。通过表中实施例二与对比例二数据可以看出长玻璃纤维、聚酯纤维与聚乙烯、热塑性弹性体的界面相容性差并没有起到复合增强的作用，因此加入马来酸酐接枝热塑性弹性体来增强界面相容性，从而提高了材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度。
通过表中实施例二与对比例四数据可以看出，长玻璃纤维、聚酯纤维或碳纤维搭配聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物等能够显著提高材料的韧性、力学强度、阻燃性，同时加入抗氧剂1010，使得材料的耐氧化性能提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度雨水收集系统配件，其特征在于，由以下重量份的成分组成：
聚乙烯50～60份，热塑性弹性体30～50份，长玻璃纤维5～30份，聚酯纤维或碳纤维1～20份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1～2份，马来酸酐接枝热塑性弹性体5～7份，填料1～10份，润滑剂0.5～1份，抗氧剂1～2份，脱模剂0.5～1份；
所述聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物包括重复结构单元多面体低聚倍半硅氧烷和甲基丙烯酸甲酯，其中多面体低聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯的个数比为1：90～100，分子量在10000～11000，并具有如下通式：
Figure FDA0001685910940000011
其中，m为90～100。
2.根据权利要求1所述的一种高强度雨水收集系统配件，其特征在于，由以下重量份的成分组成：
聚乙烯57份，热塑性弹性体40份，长玻璃纤维20份，聚酯纤维或碳纤维2份，聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物1.5份，马来酸酐接枝热塑性弹性体6份，填料5份，润滑剂0.8份，抗氧剂1.6份，脱模剂0.7份；
所述聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物包括重复结构单元多面体低聚倍半硅氧烷和甲基丙烯酸甲酯，其中多面体低聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯的个数比为1：90～100，分子量在10000～11000。
3.根据权利要求1所述的一种高强度雨水收集系统配件，其特征在于，
所述多面体低聚倍半硅氧烷由引发剂、配体和溴化剂进行自由基聚合接枝到聚甲基丙烯酸甲酯主链，从而形成聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物，所述引发剂为溴异丁酰溴，用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的25％，所述配体为三乙胺，用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的1％，所述溴化剂为溴化亚铜，用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的1％，所述甲基丙烯酸甲酯的用量为所述多面体低聚倍半硅氧烷质量的15倍。
4.根据权利要求1所述的一种高强度雨水收集系统配件，其特征在于，所述热塑性弹性体为聚烯烃弹性体或聚氨酯弹性体。
5.根据权利要求1所述的一种高强度雨水收集系统配件，其特征在于，所述填料为滑石粉、石墨、陶土、碳酸钙中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高强度雨水收集系统配件，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010，所述润滑剂为脂肪酸酰胺，所述脱模剂为甲基硅油。
7.根据权利要求1所述的一种高强度雨水收集系统配件，其特征在于，所述长玻璃纤维长度为4～6mm，所述聚酯纤维或碳纤维长度为6～7mm。
8.一种高强度雨水收集系统配件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将引发剂、配体、溴化剂、多面体低聚倍半硅氧烷按比例溶于四氢呋喃溶液后 加入反应釜中，加入甲基丙烯酸甲酯在60℃油浴中反应12小时，用四氢呋喃溶解，旋蒸除去多余的溶剂，在石油醚中沉淀，真空干燥得到聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物；
S2、按照权利要求1所述的高强度雨水收集系统配件的配方，称取各个组分备用；
S3、将长玻璃纤维、聚酯纤维或碳纤维与热塑性弹性体、马来酸酐接枝热塑性弹性体加入高速混合机，在高速混合机中2000～2500r/min的转速下混合3～5min，将混合后的物料加入到同向啮合的双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为170～190℃，得到纤维增强热塑性弹性体；
S4、将聚乙烯、填料、抗氧剂在高速混合机中在1500r/min的转速下混合5min，再加入S2得到的聚多面体低聚倍半硅氧烷-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物、S3得到的纤维增强热塑性弹性体，同时加入润滑剂、脱模剂混匀，置于单螺旋挤出机，设置单螺旋挤出机的加料段温度为160～180℃，熔融段温度180～240℃，均化段温度200～260℃，模头温度170～220℃，熔融挤出成型，螺杆转速为50～150r/min，即得高强度雨水收集系统配件。
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