低含量短玻纤双向增强HDPE_PP管的研制

!"" #左右。
图% 剪切套转速对轴向拉伸强度的影响
从图 % 可以看出： 在不同转速及温度下， 管材 的 轴 向 拉 伸强度绝大多数都大于 +% ,-. ， 这样高的强度， 虽然有玻纤 增强的贡献， 但拉伸应力场的引入对纤维和分子链沿轴向取 向度的提高也是一个主要因素。而且， 随着剪切套转速的加 大， 管材最终的轴向拉伸强度大体上是缓慢增加的 （除个 别 波动点外） ， 但改变的幅度均不大。这些现象说明， 在引入剪 切和拉伸双向应力场后， 可同时实现管材轴向拉伸强度的小 幅增强。 从图 % 还可以看出， 当剪切应力场的温度在 !"" # 以内 时， 各条强度线互相交错缠结， 而温度达到 !/" # 时的强度 线却处于各条强度线之下。这说明剪切应力场温度在 !"" # 以内时， 温度对轴向拉伸强度基本没有太大影响， 但当温 度 超过 !"" # 以后， 随着温度的上升， 由于大分子和纤维等解 取向的加剧， 轴向拉伸所获得的增强效果就越容易丧失。因 此要获得管材最大轴向拉伸强度的剪切应力场段 的 挤 出 温 度应控制在 !"" #以内。
（& ） 在聚乙二醇和丙烯酸的酯化反应中， ’$不影响下一步减水剂接枝
共聚。催化剂的最佳用量控制在丙烯酸摩尔数的 &+ 左右较 为理想。 （* ） 在酯化反应中， 醇酸摩尔比为 &,&-* 时生成的酯化产 物—— —聚乙二醇单丙烯酸酯 （./0） 最为理想， 同时酯化反应 温和， 酯化速度容易控制。 （% ） 采用丙烯酸全连续滴加的反应模式对 ./0 的生成更 为有利， 在酯化温度为 12345 6 、 酯化时间为 134 7 以及甲 苯回流除水等酯化工艺条件下，合成的 ./0 酯化率在 42+ 左右。 ・ *\・
场段温度下， 其对管材轴向拉伸强度的影响如图 % 所示。
12-3 ’ -- 管材。装置中的轴向拉伸应力场可小幅提高管材
的轴向拉伸强度， 装置中的周向剪切应力场较好地改善了管 材的周向拉伸强度。管材的周向拉伸强度大体上随着剪切应 力场中剪切套转速的增大而提高； 管材的轴向拉伸强度除在 剪切套刚开始转动时有些降低外， 随后也是随着剪切应力场 中剪切套转速的提高而得到提高， 并最终获得增强。要获得 最佳双向增强效果的管材， 其剪切应力场段的挤出温度应为
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挤出工艺
从加料斗到口模的各区段挤出温度分别为： (00、 (60、 其 中 口 模 温 度 为 (@0 ? ， 剪切应力场的 2(0、 200 和 (60 ? ， 温度在 (@052(0 ?可调。挤出时螺杆转速为 20 A ’ 7BC， 周向 剪切套转速在 052- A ’ 7BC 可调。 (), 试样制备及测试方法 从管材上分别截取圆环形周向强度测 试 试 样 和 直 条 形 轴向强度测试试样， 其形状及尺寸分别如图 2 、 图 ! 所示。 拉伸试验在机械式拉力试验机 （/+>-001） 上进行， 拉伸 速度为 -0 77 ’ 7BC 。
参考文献：
4/5 678391: ,;<:=78:$,>?@.*)?.A B&CB>&DE >*@.*?>(>*D CF GAH .II F)J>&H&>)*FC&?>K BCAE.()K> ?C(BCI)D> (.K> JE K)&>?D )*L>?D
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拉力试验机， 青山实验机厂生产。 /+— -001 型，
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原料和配比 高密度聚乙烯 （#$%&） ， 北京燕山石油化工股份 3(004，
有限公司生产； （纤维长度为 0)-50)6 77） 增强聚 !0" 短玻纤 丙烯 （*89:%%） ， 粒料， 晨光化工研究院提供。 原料配比为： （#$%&） （*89:%%） ! ;! <=;(。
图! 轴向强度测试试样的形状及尺寸
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挤出模具及挤出工艺 挤出模具 挤出模具为管材模， 管材内径 !0 77， 外径 !- 77。物
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结果与讨论
剪切套转速对周向拉伸强度的影响 当剪切套转速从 0 增加到 2- A ’ 7BC 时， 在不同剪切应力
料在挤出过程中顺序通过周向剪切应力场和轴向 拉 伸 应 力 场。在剪切应力场中， 芯棒上的旋转套转动对物料产生沿周 向的剪应力， 旋转套转速可进行调节； 从剪切段进入口模 段 的圆环形流道断面尺寸不断缩小对物料产生沿轴 向 的 拉 应 力。塑料熔体在流经这 2 个应力场时依次受到周向剪切作用 和轴向拉伸作用后通过口模而成形为管材。其结构原理如图
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吴世见， 陈利民， 申开智 $ 单向拉伸流场中挤出双向自增强透明 （S ） ： 12-3 管材 $ 工程塑料应用， !""! ， +" !+H!P$
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建筑物外墙抗裂市场蕴藏巨大商机
建筑物外墙选用涂料， 可以做到色彩任意搭配， 缩短工期， 且涂刷出的效果十分柔和， 极具亲和力。同时， 也方便 未来变换颜色， 并易于打理。然而， 涂料外墙开裂问题却严重困扰着房地产商。据不完全统计， 我国建筑物涂料外墙 开裂的主要原因是底层腻子不能阻止楼体水泥墙面的龟裂。传统的外墙弹性涂料的原料是由弹 的开裂率超过 O"0， 性树脂、 颜填料、 助剂干燥成膜， 依靠弹性树脂的高弹性和延伸率抗裂， 但由于透气性差， 在建筑物渗水、 漏水部位易 于鼓泡、 剥落。此种情况不仅影响建筑物的美观， 还会造成墙体漏水， 降低房屋使用功能， 并由此增加房地产商与消 费者的矛盾， 因此预防建筑物外墙的开裂就显得尤为重要。 针对外墙开裂问题， 一种全新的建筑物外墙抗裂腻子 “馨丽佳抗裂外墙腻子” 已研制成功， 并在郑州洁丽涂料有 精选交联型颜料、 填料及多种特殊助剂加工 限公司投入工业生产。此产品选用进口外墙专用 X9V; 树脂、 87Y7纤维、 而成。 在建筑物外墙上使用这种产品， 就像给房屋穿上一件抗裂弹性外衣， 可很好解决外墙开裂问题。 这种产品中的 纤维成分同时还具有保温降噪功能。 该产品还具有极强的附着力， 可适用于各种新旧墙体。 据测算， 每年我国用于外 建筑物外墙抗裂市场蕴藏巨大商机。 墙处理的涂料腻子产品市场容量约为 !" 亿元， （张）
出了低含量 （%+ ） 短玻纤增强的 $R./ ] .. 管材， 并对这些管材的轴向和周向拉伸强度进行了测试分析。结果表明， 该管材的轴向和周向拉伸强度均得到了增强。
关键词： 复合应力场； 挤管模； 拉伸强度； 双向增强 $R./ ] .. 管； 中图分类号： U^2%* 文献标识码： _ 文章编号： （*55S ） &55&)T5*‘ 5T)55*\)5%
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化学建材 !"#$%&’( )*%(+%,- .’/#0%’(1
少。因此要获得管材最大周向强度的剪切应力场段的挤出温 度应为 !"" #左右。
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结
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剪切套转速对轴向拉伸强度的影响 当剪切套转速从 " 增加到 !% & ’ ()* 时， 在不同剪切应力
利用剪切拉伸双向复合应力场挤管模 装 置 可 生 产 出 轴 向和周向强度同时得到增强的低含量 （ +0 ） 短玻纤增强
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化学建材
低含量 （仅 !"） 短玻纤增强 #$%& ’ %% 管材。 本文即对该管材 的研制及其强度改善效果进行初步探讨。
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实
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实验设备 塑料挤出机， 上海挤出机械厂生产； 机械式 *+— ,-. 型，
图2 周向强度测试试样的形状及尺寸
图( 剪切拉伸双向应力场挤管模的结构原理示意
(> 口模； 2> 旋转导筒； !> 芯棒； ,> 熔融塑料
管材的周向拉伸强度提高幅度很大， 在不同剪切段温度下基 本上都提高了 20"以上， 最高达 !,)," （(@0 ?时） 。 继续增大 剪切套的转速时， 虽然在各温度下制得的管材的周向拉伸强 度都大致沿增高的方向发展， 但这些区间的增幅较小， 低于 从 0 到 - A ’ 7BC 的增幅。 其原因是周向剪切应力场的引入， 使 得塑料大分子和纤维大致沿周向取向， 随后再要继续提高其 周向取向度就比较困难。 （! ） 随着剪切应力场段温度的升高， 不同转速下周向拉伸强度虽然有些波动， 但总的趋势是随温 度的升高而增大， 直到剪切段温度超过 200 ? 后， 强度又开 始降低。这说明温度为 200 ? 时， 各剪切套转速下的周向拉 伸强度都达到最大值， 在 200 ? 以上时， 由于解取向加剧， 使 得由剪切引起的大分子、纤维等的取向在制品中 保 留 得 更
基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （*5&TS5*\ ） 收稿日期： *55S)5%)*S 作者简介： 袁毅， 男， 四川安岳人， 博士研究生。 电话： &4T% 年 & 月生，
强度 8\9。 我们综合以上构想， 利用自行设计制造的双向复合应力 场挤管模， 生产出管材的轴向和周向拉伸强度均得到增强的
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结
论
8*9
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场温度下， 其对管材周向拉伸强度的影响如图 , 所示。
( 所示。
图,
剪切套转速对管材周向拉伸强度的影响
从图 , 可以看出： （( ） 随着剪切套转速的增大， 管材的周 如 向拉伸强度大体上不断提高，增长率最高可达 ,0" 以上， 剪切段温度为 (=0 ? 、 剪切套转速为 2- A ’ 7BC 时， 制得的管 材周向拉伸强度比剪切套转速为 0 时得到的管材 周 向 拉 伸 强度提高了 ,0)=" 。 （2 ） 剪切套转速从 0 增加到 - A ’ 7BC 时，
化学建材 !"#$%&’( )*%(+%,- .’/#0%’(1
低含量短玻纤双向增强 $R./ ] .. 管的研制
袁毅， 李安定， 申开智
（四川大学 高分子科学与工程学院、 高分子科学与工程国家重点实验室， 四川 成都
\&55\2 ）
摘要： 为提高塑料管材的强度， 特别是其周向拉伸强度， 设计制造了双向复合应力场挤管模具， 用该模具生产
蒋龙， 申开智， 吉继亮 $ 聚烯烃挤出管周向自增强的研究进展 $ 中 国塑料， （/ ） ： /OOQ ， // %OHP+$
4T5
蒋龙， 申开智， 吉继亮$高耐压 12-3 自增强管挤出系统及试样的 （T ） ： 结构与性能 $ 高等学校化学学报， /OOS ， /O P+SHPT/$
4%5
蒋龙， 申开智 $ 芯棒旋转式口模挤出玻纤增强聚丙烯管 的 研 究 $ 高分子材料科学与工程， （+ ） ： /OOS ， /T /++H/+T$
新型建筑材料 !""#$%
8\9 829 8S9 8%9
V-#- ， !" #$-0 C<W "?F@XHL>< G:> 7@I7 =<>G:>F"CD< D:) U"C"N" ， CD><H<-.>:D<<?@CIE :G H7< ’:CD><H< @C U7< P<>B@D< :G A"CN@C?/?E-Y-Z-R7@> O A-(-AD’">H7[ ， &44\ ： *4&)%55刘治猛等 - 新型聚羧酸类高效减水剂的合成及性能研究 - 新型建 （S ） ： 筑材料， *55% ， &2)&1李崇智等 - 聚羧酸系混凝土减水剂结构与性能关系的试验研究 混凝土， （S ） ： *55* ， %)2张 洪 涛 等-自 交 联 型 丙 烯 酸 酯 共 聚 乳 胶 稳 定 性 研 究 -涂 料 工 业 ， （& ） &44& ，
5*1)12S5&*2T ， /)F"@;a[L"C[@-5&b&*\-D:F。
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加合成减水剂中和碱 （!"#$） 的用 量 ， 使得减水剂的碱含量 增大， 与这类减水剂的低碱性能相悖。
参考文献：
8&9
廖国胜 - 聚丙烯酸系混凝土高性能减水剂的研究 - 武 汉 理 工 大 学 硕士论文， *55%-
利用传统常规的塑料管材挤出模生产的管材， 轴向强度 远比周向强度高。但从管材受内压的实际使用情况来看， 通 过单元体受力分析可知，管材周向应力约为轴向应力的 * 倍， 因而造成了塑料管材性能分配极其不合理， 形成材料 的 极大浪费。虽然玻璃纤维等增强材料可大幅度提高聚合物复
合材料的强度、 模量及耐热性能 8&9， 但将这些增强材料加入聚 合物中如果仍采用传统常规的管材挤出模， 则其主要增强的 还是管材的轴向强度。为了改善管材薄弱的周向强度， 剪切 控制挤管模 8*9、 旋转挤出挤管模 8%)29等新型挤管模具应运而生， 不少还取得了较好的效果。但这些模具在增强管材周向强度 的同时， 轴向强度却未得到改善， 有的甚至有所减弱。不过也 有研究表明， 口模牵伸等单向拉伸流场能够提高管材的轴向