[发明专利]一种挤出方式制备的短纤维增强塑料电熔管件的方法

说明书

本发明涉及热塑性塑料电熔管件领域，旨在提供一种挤出方式制备的短纤维增强塑料电熔管件的方法。该方法包括：将热塑性塑料颗粒与短纤维集束或者热塑性塑料粉末与分散短纤维搅拌均匀得到混配料；通过挤出、切粒得到短纤维增强塑料粒子。将短纤维增强塑料粒子加入管材挤出机的进料口，采用挤出方式制得短纤维增强塑料管材，使管材中纤维沿着管材轴向取向；再由管材制备获得短纤维增强塑料电熔管件。本发明采用挤出方式制备短纤维增强塑料电熔管件，能够促进电熔管件中的纤维沿着管件的轴向取向，提升短纤维增强塑料电熔管件的轴向强度；能够克服由于注塑熔体流动性差产生的管件缺陷，并且消除了注塑管件中的注塑熔接痕，提升了电熔管件的产品质量。

技术领域

本发明涉及热塑性塑料电熔管件领域，特别涉及一种挤出方式制备的短纤维增强塑料电熔管件的方法。

背景技术

与传统的金属管道相比，聚乙烯和聚丙烯等塑料及其复合材料管道具有抗腐蚀、介质流动阻力小、安装快捷和运输方便等优点，且同等体积生产能耗仅是钢铁的1/3～1/4。随着我国能源结构的调整和城市化进程的加速，塑料及其复合材料管道在国家重大工程中有着广泛的运用，在燃气领域，我国新铺设的中低压城市燃气管90％以上采用聚乙烯管材；在油田领域，玻纤、聚酯纤维、钢丝等增强塑料复合管道逐渐开始用于油气田注水管、油田站内给水管和油田集输管道；在核电站冷却水输送领域，我国新建的AP1000核电站(浙江三门核电、山东海阳核电)外围冷却水输送均采用高密度聚乙烯管道，2017年大亚湾核电站已经成功将其核安全相关的反冲洗系统管道更换为聚乙烯管道。我国已成为塑料及其复合材料管道产量和需求量最大的国家，应用前景十分广阔。

在塑料及其复合管道的连接技术中，电熔管件焊接技术因其施工全过程自动化程度高，人为因素少，焊接质量可靠，是目前常用的连接方法。电熔管件焊接的工作原理是，使用电熔焊机将电熔管件通电后，利用电熔管件内电阻丝通电时产生的热量及膨胀力将管材的外壁与电熔管件熔融连接在一起。随着增强复合管道的发展，目前通过纤维增强层和钢丝网骨架增强，部分大口径塑性复合管材的承压能力已经突破6.4MPa，电熔管件的强度已经成为限制高压复合管发展的主要瓶颈。据美国燃气协会(AGA)统计，约65％非金属燃气管道失效来自接头与管件。非金属管道系统中，由于电熔接头改变了管材自身的一体性，使电熔管件成为管道系统的薄弱环节。

目前，为了提高电熔管件的结构强度，可以在电熔管件内置钢板增强层或者在电熔管件外壁缠绕纤维增强层。内置钢板增强层的电熔管件由于金属钢板是极性材料，而聚乙烯和聚丙烯等塑料基体大多是非极性材料，导致增强材料和基体材料的粘接效果差，导致时常无法协同承载，降低了钢板的增强效果。电熔管件外壁的纤维增强层基本沿着管件的环向缠绕，该方法能够提升管件的环向强度，但是对管件的轴向强度提升不明显。考虑到实际应用中电熔管件主要承受轴向力，该方法的应用价值不大。

为了提升电熔管件的结构强度，有研究成果表明在塑料基体中填充短纤维能够提升材料的力学性能。俄罗斯国立科技大学的Chukov等人采用短切碳纤维填充聚乙烯材料，研究发现短纤维填充后材料的屈服强度提升了约75％；东北林业大学的王伟宏等人采用短切碳纤维增强聚乙烯材料，在3wt％纤维含量下，材料的屈服强度提升了34.5％，断裂韧性提升了54.7％。可见，采用短纤维增强塑料制造电熔管件是提升管件结构强度的可行办法。同时，短纤维在塑料基体中的取向对材料的增强效果有明显影响，智利Pontificia大学的Diego采用短切玻璃纤维填充聚乙烯材料，其研究发现当拉伸试样中纤维沿着试样轴向取向时，材料屈服强度为58MPa；当纤维接近垂直于试样轴向时，材料屈服强度为25MPa。可见短纤维的力学增强效果具有明显的方向性，沿着纤维方向的增强效果明显高于垂直于纤维方向的增强效果。