[发明专利]一种超高分子量聚乙烯复合管材及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能复合管材技术领域，特别是一种超高分子量聚乙烯复合管材及其生产方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，因分子量极高而具有其他塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑、耐化学腐蚀、无毒环保、不易吸水、密度较小等性能，在国内外有“惊异塑料”之称。UHMWPE优异的物理力学性能，使得UHMWPE管材在国民经济各领域具有广泛的用途，特别是作为输送颗粒、粉状物料及浆体、固液混合物等工程管材，应用领域极为广阔。

我国东部有漫长的海岸线，海湾清淤比河道清淤的难度更大，珊瑚礁、鹅卵石、泥沙比河流的泥沙对管材的磨损更大。天津航道局近年来一直从事渤海湾的清淤工作，每年用于更换清淤管材（钢管）的费用达上千万元人民币。

传统的清淤输沙管使用钢管和增强橡胶管，由于磨损大、成本高、效率低，因此，最理想的输沙管材是摩擦系数低、耐磨损、高抗冲的超高分子量聚乙烯管。超高分子量聚乙烯多层复合管材，其耐压强度高达2-20MPa，当用于输送原油、泥浆、水煤浆、电厂和煤矿粉煤灰、尾矿、矿浆等高摩擦性、粘附力强的液体和固液混合物时，其使用寿命为无缝钢管的几倍至十几倍。

超高分子量聚乙烯耐磨、耐应力开裂，在电厂和煤矿粉煤灰输送、原油、尾矿输送、泥浆、矿浆输送、固/液混合物及固体物质输送方面的卓越性能。因此，大口径超高分子量聚乙烯管材制作技术成为国家重点工程项目。然而超高分子量聚乙烯的抗拉强度低、抗蠕变能力差、抗切削能力差。单纯的超高分子量聚乙烯管材耐压强度低，容易蠕变，抗自然破坏能力差，因此不能作为上述物料的输送管道。此外，由于超高分子量聚乙烯临界剪切速率低，在挤出过程中容易发生熔体破裂，加工十分困难，生产速率极慢，生产成本较高，严重影响了材料的应用领域和市场推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯复合管材及其生产方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种超高分子量聚乙烯复合管材，包括芯管层（1）、粘合剂层（2）、硫化橡胶层（3）、增强纤维层（4）和HDPE层（5），其特征在于所述芯管层（1）是由拉伸取向的片材经缠绕而成的超高分子量聚乙烯管，芯管层（1）是由超高分子量聚乙烯片材缠绕形成的。芯管层外表面涂有粘合剂（2）、可硫化橡胶（3），硫化橡胶外面包裹着螺旋缠绕的增强纤维带（4），最外层是HDPE管材层（5）。

超高分子量聚乙烯复合管材的生产方法，包括以下步骤：

①将超高分子量聚乙烯通过拉伸取向形成片材；

②用步骤①的片材缠绕形成芯管层；

③在芯管层外表面涂覆粘合剂；

④在步骤③形成的粘合剂层表面缠绕可硫化橡胶层；

⑤在可硫化橡胶层表面缠绕纤维带；

⑥在纤维带外表面包覆HDPE熔体层，形成复合管材；

⑦将步骤⑥形成的复合管材进行硫化。

其中步骤①用超高分子量聚乙烯片材在90℃-150℃经过1.1-10的拉伸倍数牵伸取向形成高强度片材；

步骤②用经过牵伸取向的超高分子量聚乙烯片材缠绕成圆管状，相邻管缝通过焊接形成连续芯管层；

步骤③芯管外表面进行等离子表面处理，并涂覆一定厚度的粘合剂；

步骤④在粘合剂表面缠绕一层厚度为0.1-5毫米的可硫化的橡胶；

步骤⑤用预制的高温熔融HDPE涂覆的单向纤维带按一定角度，边加热边缠绕在可硫化橡胶外面；

步骤⑥用挤出机塑化HDPE熔体并挤入包覆模具中，在包覆模具中，HDPE熔体均匀地包覆在纤维带外表面；

步骤⑦然后使管材通过0.5-4.5米长、温度为90-120℃的加热通道进行橡胶的硫化；

步骤⑧最后经过定型、牵引、裁断制得超高分子量聚乙烯复合管材。

其中步骤①所述的超高分子量聚乙烯片材可以是超高分子量聚乙烯料直接挤出制成片材，也可以是超高分子量聚乙烯料挤出成管材，再经过管材的在线直剖并沿挤出方向用排锯切分成一定宽度的片材收卷；

步骤①所述的超高分子量聚乙烯片材经过牵伸取向使UHMWPE的拉伸强度提高了2-3倍；

步骤②所述的焊接方式为热板焊接、烙铁焊接、超声波焊接或激光焊接；

步骤③所述的表面处理包括等离子处理、电晕处理、火焰处理中的一种或多种，必要时，等离子处理前需要对管材外表面进行砂轮打毛；