本發明涉及聚合物成型加工技術領域，尤其涉及一種雙取向聚烯烴纏繞管材及其制備方法。

背景技術：

聚烯烴具有優異的穩定性，體現在：1)化學穩定性好，可以用于給水管道、食品包裝等領域；2)耐候性能優越，尤其是低溫性能。一直是世界上應用量較大的管道材料，我國塑料管道行業發展迅猛，已成為世界塑料管道生產和應用的大國之一。聚烯烴管道在制備過程中有徑向的牽引作用，分子鏈會沿軸向取向，軸向強度較高；但由于定徑套的限制，分子鏈在徑向上的取向度有限，導致聚烯烴管材使用過程中存在著以下一些缺點：一、初始承壓能力低；二、韌度和強度較低，抗開裂沖擊性能差。

目前，通過在內層聚烯烴管道上纏附含有增強材料的纏繞層為解決上述問題提供了一種思路。但是無論纏繞層中添加非金屬纖維填充材料，還是金屬管或網增強材料會引起以下問題：一、填充增強材料在纏繞帶中的取向度是決定纏繞帶強度的重要因素，需要單獨控制，增加設備投入，工藝較也為較為復雜。二、增強材料與聚烯烴樹脂基體的收縮率不同，溫差較大時會引起分層現象，在金屬為增強材料材質時，這一點更為明顯；三、增強材料與纏繞帶中樹脂間相容性需外加膠黏劑或相容劑來保證，增加管材制造成本。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提出了一種強度高、結合牢固的雙取向聚烯烴纏繞管材及其制備方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：一方面，本發明提供了一種雙取向聚烯烴纏繞管材，其包括軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管，以及纏繞并熔接在聚烯烴內管外側的拉伸取向聚烯烴帶，所述聚烯烴內管由按重量份計的以下組分經熔融后旋轉擠出得到：

聚烯烴 90～100份

助劑 0～10份。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述聚烯烴為聚丙烯、聚乙烯或聚丁烯。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述聚烯烴為聚丙烯，所述助劑為β成核劑。進一步優選的，所述β成核劑為芳香族類β成核劑、稀土類β成核劑、有機酸β成核劑及有機酸β鹽類化合物β成核劑中的至少一種。更優選的，所述芳香族類β成核劑為TMB系列化合物、CHB-5化合物、NU-100化合物或NB-328化合物；稀土類β成核劑為WBG系列稀土化合物；有機酸類β成核劑為DCHT化合物、異二酸肼或辛二酸。

第二方面，本發明提供了第一方面所述雙取向聚烯烴纏繞管材的制備方法，包括以下步驟，

S1，將聚烯烴與助劑進行充分混合后置于旋轉擠出裝置，控制芯棒相對于口模以3～25rpm/min的轉速，于熔融段溫度180～260℃，口模段溫度150～240℃進行熔融旋轉擠出，擠出的管胚冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管；

S2，將聚烯烴內管溫度降低到玻璃轉變溫度之上，熔點以下；

S3，采用表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶對聚烯烴內管進行纏繞，纏繞后經滾壓，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述步驟S3中，在相鄰的拉伸取向聚烯烴帶之間施加熱熔膠。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶圍繞聚烯烴內管纏繞兩層或兩層以上。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶設置有兩條或兩條以上，彼此圍繞聚烯烴內管交叉纏繞。

本發明的雙取向聚烯烴纏繞管材及其制備方法相對于現有技術具有以下有益效果：

本發明中管材的徑向強度是通過內軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管和拉伸取向聚烯烴帶共同保證，旋轉擠出機使得聚烯烴內管分子鏈沿軸向和徑向均有取向；另外，通過調整牽引速度、管材溫度、纏繞層拉伸程度、纏縛角度和纏縛層數等參數，可以對不同聚烯烴的管材進行雙取向加工，滿足不同原料的管材成型的需要，使之應用更加廣泛；本發明的生產工藝使聚烯烴管材中的分子在軸向和徑向上均具有可控的取向度，不同方向上分子鏈取向度的變化可使管材的強度和韌度得到實質性的提升，能極大地提高管材的強度和韌度；通過將相同屬性的聚烯烴內管和聚烯烴帶熔接、纏繞并滾壓，使之結合更加牢固。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明的一種雙取向聚烯烴纏繞管材的剖視結構示意圖；

圖2為本發明的第二種雙取向聚烯烴纏繞管材的剖視結構示意圖；

圖3為本發明的第三種雙取向聚烯烴纏繞管材的剖視結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施方式，對本發明技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1所示，本發明的雙取向聚烯烴纏繞管材，其包括軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管1，以及纏繞并熔接在聚烯烴內管1外側的拉伸取向聚烯烴帶2，所述聚烯烴內管1由按重量份計的以下組分經熔融后旋轉擠出得到：

聚烯烴 90～100份

助劑 0～10份。

其中，所述拉伸取向聚烯烴帶2可采用實心的聚烯烴帶，如圖1所示，也可以采用空心的聚烯烴帶，如圖2所示。

具體的，其制備方法包括以下步驟，

S1，將聚烯烴與助劑進行充分混合后置于旋轉擠出裝置，控制芯棒相對于口模以3～25rpm/min的轉速，于熔融段溫度180～260℃，口模段溫度150～240℃進行熔融旋轉擠出，擠出的管胚冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管1；

S2，將聚烯烴內管1溫度降低到玻璃轉變溫度之上，熔點以下；

S3，采用表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶2對聚烯烴內管1進行纏繞，纏繞后經滾壓，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

其中，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶2可以設置為圍繞聚烯烴內管1纏繞兩層或兩層以上，如圖3所示。

當然的，所述步驟S3中，所述拉伸取向聚烯烴帶2可設置為兩條或兩條以上，彼此圍繞聚烯烴內管1交叉纏繞，如圖2所示。

實施例1

本實施例中，采用的各原料組分如下：

聚丙烯PPR 99.9kg

成核劑CHB-5 0.1kg。

制備過程如下：

將CHB-5成核劑與聚丙烯PPR混合均勻，擠出機熔融段溫度為220℃，口模溫度為170℃下進行熔融旋轉擠出，以芯棒旋轉速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管；

送入纏繞區，將聚烯烴內管溫度調節至150℃，纏繞機將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內管外表面進行纏繞，在纏繞過程中，纏繞帶相鄰側壁間熔融互接，復合成一體，通過螺旋滾壓裝置對管壁進行滾壓，使管材壁規整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標準尺寸比(SDR)為6的雙取向聚烯烴管工作壓力與純PPR實壁管相比結果如表1所示：

表1

用上述方法制備直徑為110mm，工作壓力(MOP)為1.0的雙取向聚烯烴管工作壓力與純PPR實壁管相比結果如表2所示：

表2

實施例2

本實施例中，采用的各原料組分如下：

聚丙烯PPR

制備過程如下：

將聚丙烯PPR投入擠出機，調節擠出機熔融段溫度為220℃，口模溫度為170℃下進行熔融旋轉擠出，以芯棒旋轉速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管；

送入纏繞區，將聚烯烴內管溫度調節至150℃，纏繞機將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內管外表面進行纏繞，在纏繞過程中，在相鄰拉伸取向聚烯烴帶間施加熱熔膠，復合成一體，纏繞材料規則排列，壓貼粘接成一體螺旋纏繞帶構成雙取向聚烯烴管的管材壁；最后，通過螺旋滾壓裝置對管壁進行滾壓，使管材壁規整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標準尺寸比(SDR)為6的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PPR實壁管相比結果如表3所示：

表3

用上述方法制備直徑為110mm，工作壓力(MOP)為1.0的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PPR實壁管相比結果如表4所示：

表4

實施例3

本實施例中，采用的各原料組分如下：

聚乙烯PE100

制備過程如下：

將聚乙烯PE100投入擠出機，調節擠出機熔融段溫度為210℃，口模溫度為170℃下進行熔融旋轉擠出，以芯棒旋轉速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管；

送入纏繞區，將聚烯烴內管溫度調節至150℃，纏繞機將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內管外表面進行纏繞，在纏繞過程中，在相鄰拉伸取向聚烯烴帶間施加熱熔膠，復合成一體，纏繞材料規則排列，壓貼粘接成一體螺旋纏繞帶構成雙取向聚烯烴管的管材壁；最后，通過螺旋滾壓裝置對管壁進行滾壓，使管材壁規整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標準尺寸比(SDR)為11的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實壁管相比結果如表5所示：

表5

用上述方法制備外徑110mm，工作壓力(MOP)為1.25的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實壁管相比結果如表6所示：

表6

實施例4

本實施例中，采用的各原料組分如下：

聚乙烯PE100

制備過程如下：

將聚乙烯PE100投入擠出機，調節擠出機熔融段溫度為220℃，口模溫度為170℃下進行熔融旋轉擠出，以芯棒旋轉速度為8rpm/min，擠出徑向和軸向雙取向管胚，經冷卻定徑，得到軸向和徑向雙取向的聚烯烴內管；

送入纏繞區，將聚烯烴內管溫度調節至150℃，纏繞機將表面熔融的拉伸取向聚烯烴帶在聚烯烴內管外表面進行纏繞，在纏繞過程中，在相鄰拉伸取向聚烯烴帶間施加熱熔膠，復合成一體，纏繞材料規則排列，壓貼粘接成一體螺旋纏繞帶構成雙取向聚烯烴管的管材壁；最后，通過螺旋滾壓裝置對管壁進行滾壓，使管材壁規整圓滑，冷卻定型，即可得到雙取向聚烯烴纏繞管材。

用上述方法，制得外徑110mm，標準尺寸比(SDR)為13.6的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實壁管相比結果如表7所示：

表7

用上述方法制備外徑110mm，工作壓力(MOP)為1.0的雙取向聚烯烴纏繞管材工作壓力與純PE100實壁管相比結果如表8所示：

表8

以上所述僅為本發明的較佳實施方式而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。