本發明涉及一種PVC管材及其制備方法，具體涉及一種高強高韌礦用管材及其制備方法。
背景技術：
：蒙脫土是一種典型的天然黏土礦物，具有蘊藏量高、種類繁多、價格低廉、結構等優點。蒙脫土還具有良好的分散性能，可以廣泛應用高分子材料行業作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高力學性能、尺寸穩定性、熱穩定性能及氣體阻隔性能等，從而起到增強聚合物綜合物理性能的作用，同時改善物料加工性能，應用前景廣闊。鄭玉嬰、彭超在其《PVC-U/蒙脫土納米復合管材的研制》一文中以蒙脫土為主要原料，通過適宜的有機物插層劑對其改性研制了有機蒙脫土，然后利用聚氯乙烯的親油性，運用插層技術將PVC溶體插入有機蒙脫土層間，使蒙脫土片層剝離并以納米尺寸分散在PVC相中,實現了納米層狀蒙脫土與PVC的復合，使制得的PVC-U/蒙脫土納米復合管材具有優良的物理力學性能。但是上述文獻制得的復合管材存在著表面電阻大，抗靜電性差的缺點，管材表面一經磨擦就會產生靜電，并聚集于管材表面，若應用于煤礦生產作業，靜電放電時就有可能引起火災和瓦斯爆炸，無法滿足礦用管材的使用要求，限制了其應用范圍。另外，上述文獻制得的復合管材的強度和韌性也不盡人意。氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，是石墨烯的一種重要衍生物，與石墨烯具有相似的結構，具有優異的光學、熱力學、力學和電學性能，在改善材料的導電性、導熱性、力學性能等綜合性能方面發揮著非常重要的作用。因此，本發明先采用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷對蒙脫土進行氨基化改性，然后采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺活化氧化石墨烯表面的羧基，這樣氧化石墨烯表面的羧基可以與蒙脫土表面的氨基進行酰胺縮合，進而使氧化石墨烯片層包覆在蒙脫土表面，制得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，然后采用丙烯酸丁酯對其進行接枝改性，提高其與PVC基體的相容性及分散穩定性，制得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，作為導電填料應用于PVC管材中，在改善PVC管材的熱穩定性能和力學性能的基礎上，降低了PVC管材的表面電阻，使制得的PVC管材具有優異的抗靜電性。本發明還在聚氯乙烯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的高分子共混體系基礎上，加入了亞白剛玉細粉、堿式硫酸鎂晶須、微粉硅膠、白玉石粉等原料，不僅提高了材料的拉伸強度和韌性，還改善了材料的耐熱性、耐磨性和抗沖擊性能。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種高強高韌礦用管材及其制備方法，本發明所述礦用管材強度高，韌性好，耐熱性好，耐磨性好，抗沖擊能力強。為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：一種高強高韌礦用管材，由以下重量份的原料制成：聚氯乙烯50-70、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯10-15、氧化石墨烯18-26、亞白剛玉細粉11-18、三硬脂酸甘油酯4-7、堿式硫酸鎂晶須10-15、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯9-14、微粉硅膠12-19、褐煤蠟5-8、蒙脫土24-37、硬脂酸鋁2-4、硬脂酸鎂1-3、白玉石粉16-23。一種高強高韌礦用管材的制備方法，包括以下步驟：(1)按照固液比1:10-20將蒙脫土加入到95％無水乙醇中，充分攪拌均勻，然后加入相當于蒙脫土質量3-6％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加熱至65-70℃，攪拌1.5-2h，冷卻至室溫，分別用乙醇、去離子水各清洗三遍，冷凍干燥，粉碎至納米粒徑，過篩，即得氨基化納米蒙脫土；(2)將氧化石墨烯加水攪拌制成質量濃度為0.6-1.2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相當于氧化石墨烯質量46-52％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和42-48％的N-羥基琥珀酰亞胺，超聲處理20-30min后加入步驟(1)制得的氨基化納米蒙脫土，在600-900r/min的轉速下攪拌3-6h，過濾，并分別用甲醇、去離子水各清洗三次，冷凍干燥，730-770℃煅燒0.5-1.5h，冷卻至室溫，即得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(3)按照固液比1:21-29將氧化石墨烯包覆納米蒙脫土加入到水中，再加入相當于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質量2.5-4.5％的十二烷基硫酸鈉，超聲分散1.5-2.5h，然后水浴加熱，加熱至75-80℃時通入氮氣，加熱80-85℃時，加入相當于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質量0.6-0.7％的過硫酸銨，加熱至85-90℃時，加入相當于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質量48-54％的丙烯酸丁酯，攪拌反應2-5h，過濾，洗滌，烘干，氣流粉碎，即得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(4)將聚氯乙烯、堿式硫酸鎂晶須、氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、硬脂酸鋁到高速加熱混合機中，加熱至65-85℃，混合14-22min，再加入亞白剛玉細粉、微粉硅膠、褐煤蠟、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，加熱至75-95℃，混合12-19min，待料溫降至60-80℃時加入聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土以及其余原料，混合8-16min，即得混合料；(5)將步驟(4)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中擠出，雙螺桿擠出機機筒溫度為175-195℃，模頭溫度為165-185℃，螺桿轉速為30-60r/min，然后經拉管，冷卻，切割，制成管材。本發明的有益效果：(1)本發明先采用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷對蒙脫土進行氨基化改性，然后采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺活化氧化石墨烯表面的羧基，這樣氧化石墨烯表面的羧基可以與蒙脫土表面的氨基進行酰胺縮合，進而使氧化石墨烯片層包覆在蒙脫土表面，制得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，然后采用丙烯酸丁酯對其進行接枝改性，提高其與PVC基體的相容性及分散穩定性，制得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土，作為導電填料應用于PVC管材中，在改善PVC管材的熱穩定性能和力學性能的基礎上，降低了PVC管材的表面電阻，使制得的PVC管材具有優異的抗靜電性；(2)本發明在聚氯乙烯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的高分子共混體系基礎上，加入了亞白剛玉細粉、堿式硫酸鎂晶須、微粉硅膠、白玉石粉等原料，不僅提高了材料的拉伸強度和韌性，還改善了材料的耐熱性、耐磨性和抗沖擊性能。具體實施方式一種高強高韌礦用管材，由以下重量(kg)的原料制成：聚氯乙烯60、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯12、氧化石墨烯22、亞白剛玉細粉15、三硬脂酸甘油酯5、堿式硫酸鎂晶須13、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯11、微粉硅膠16、褐煤蠟6.5、蒙脫土31、硬脂酸鋁3、硬脂酸鎂2、白玉石粉19。一種高強高韌礦用管材的制備方法，包括以下步驟：(1)按照固液比1:10-20將蒙脫土加入到95％無水乙醇中，充分攪拌均勻，然后加入相當于蒙脫土質量3-6％的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，油浴加熱至65-70℃，攪拌1.5-2h，冷卻至室溫，分別用乙醇、去離子水各清洗三遍，冷凍干燥，粉碎至納米粒徑，過篩，即得氨基化納米蒙脫土；(2)將氧化石墨烯加水攪拌制成質量濃度為0.6-1.2mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入相當于氧化石墨烯質量46-52％的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和42-48％的N-羥基琥珀酰亞胺，超聲處理20-30min后加入步驟(1)制得的氨基化納米蒙脫土，在600-900r/min的轉速下攪拌3-6h，過濾，并分別用甲醇、去離子水各清洗三次，冷凍干燥，730-770℃煅燒0.5-1.5h，冷卻至室溫，即得氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(3)按照固液比1:21-29將氧化石墨烯包覆納米蒙脫土加入到水中，再加入相當于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質量2.5-4.5％的十二烷基硫酸鈉，超聲分散1.5-2.5h，然后水浴加熱，加熱至75-80℃時通入氮氣，加熱80-85℃時，加入相當于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質量0.6-0.7％的過硫酸銨，加熱至85-90℃時，加入相當于氧化石墨烯包覆納米蒙脫土質量48-54％的丙烯酸丁酯，攪拌反應2-5h，過濾，洗滌，烘干，氣流粉碎，即得聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土；(4)將聚氯乙烯、堿式硫酸鎂晶須、氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、硬脂酸鋁到高速加熱混合機中，加熱至65-85℃，混合14-22min，再加入亞白剛玉細粉、微粉硅膠、褐煤蠟、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，加熱至75-95℃，混合12-19min，待料溫降至60-80℃時加入聚丙烯酸丁酯接枝改性的氧化石墨烯包覆納米蒙脫土以及其余原料，混合8-16min，即得混合料；(5)將步驟(4)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中擠出，雙螺桿擠出機機筒溫度為175-195℃，模頭溫度為165-185℃，螺桿轉速為30-60r/min，然后經拉管，冷卻，切割，制成管材。上述實施例制得的PVC管材的主要性能檢測結果如下表所示：檢測項目單位檢測結果拉伸強度MPa73縱向回縮率％2.9表面電阻Ω3.5×106老化系數(70℃,144h)—0.87當前第1頁1 2 3