[发明专利]碳纤维增强聚丙烯材料及其管道的应用

说明书

技术领域

本发明是一种碳纤维增强聚丙烯材料，适用于制作管道，用于建筑的给排水、城乡给排水、城市燃气、工业流体输送、农业灌溉管道。

背景技术

近10年来，在我国宏观经济快速发展的拉动下，随着行业市场需求的不断加大，塑料管道行业在化工建材大发展的背景下呈现出了高速的发展态势。

从2000年起，我国塑料管道的产量在世界各国塑料管道产量的排位已经是第二位，2008年年产量达到了460万吨，超过美国而位居世界第一。2010年总产量达到800万吨以上，约占世界塑料管道总产量的40%。预计十二五期间我国塑料管道生产量将继续保持在10%左右的增长速度，到2015年预期全国塑料管道生产量将接近1200万吨，塑料管道在全国各类管道中市场占有率超过60%，其中增强性塑料管道生产量预计达到200万吨以上，占塑料管道总量的17%左右。我国已经完成了开创和扩张的初级阶段，即将迈入从塑料管道大国向塑料管道强国转变的新时期。

目前塑料管道主要采用聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等单一的热塑性塑料制造。这些采用单一热塑性塑料制造的管道，普遍存在且突出的缺点是强度较低，刚度较小，耐热温度较差，因此对需要承受较大负载或复杂负荷，以及比较恶劣的外部环境下使用就显得力有未逮，而且塑料管道相对直径较大时生产锁耗费的材料也很多。例如最高等级的HDPE管道专用料PE100的设计应力仅8MPa，而增强细钢丝的设计应力一般在1000MPa左右。

为了进一步扩大塑料管道的市场领域，突破传统管道的局限，开拓和寻求技术与经济性能更好的新型管道。近年来国内外都在努力探索开发增强性塑料管道，其目的是通过结合其他的增强材料，由目前的通用塑料发展至强度更高、耐冲击性更好的增强性塑料，使塑料管道具有能够承受压力更大、耐温更高，减少原料消耗和制造更大的直径。

最早推动增强性塑料管道开发是石油和天然气产业。过去石油和天然气产业所采用的绝大部分是钢管，其突出的问题是耐腐蚀性差，后通过塑料材料夹衬钢材料的工艺方法研制开发出了高强度、抗冲击和耐腐蚀的挠性管道，目前已被广泛应用，包括在我国的海上油田，但该类管道的结构相对复杂，制造成本较高。在挠性管的成功带动下，适合在陆地使用的，结构相对简单，制造成本低廉的塑料增强管道也提到了发展议程之上。

塑料增强管道的特点是既能够承受较高工作压力，同时还保持了塑料管道有一定柔韧性的优点，可以做成盘管形式，每盘长度从几十米到近千米。国外主要应用在石油、天然气开采，高压长距离输送天燃气以及各种需要较高压力输送介质的管线领域。通常是以提高抗内压能力为目标采取的三层复合结构，内外层为各种热塑性树脂塑料，中间层是由纤维、钢材料或其他高强度材料构成的增强层，国际上习惯称其为增强热塑性塑料复合管，简称RTP，根据增强层材料的不同，分为玻纤增强管、钢带增强管、钢丝网增强管等等。这种增强热塑性塑料复合管的制造工艺一般是先生产管道内层，在内层的基础上直接使用高强度的各种合成纤维，如：芳纶；无机纤维，如：玻璃纤维，钢丝钢带等增强层直接缠绕在内管上，然后再生产管道外层将中间层包裹形成。

以全钢带或网孔钢带为增强层的复合管道，因塑料和金属的收缩率相差200倍以上，在冷却过程中会在管壁内部形成较大的内应力，而在焊接点和冲孔的边缘处，容易产生应力集中点，因此增加了管道破坏的风险，所以这种增强管道由于可靠性的原因没有成为市场上的主要推广产品。

世纪中叶，以玻璃纤维增强层为代表性的玻纤增强热塑性塑料管道，简称FR的发展较多，该产品虽然提高了管道的强度、韧性和一般耐热性，但由于其增强树脂材料的弹性模量小、长期耐温性差、材料结构层间剪切强度低，而且没有摆脱三层复合的传统生产工艺，以及工艺操作环节多，生产设备投资大等缺陷限制，已经不具备更大的发展空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种强度高、抗冲击和耐腐蚀性能好，耐高温的碳纤维增强聚丙烯树脂材料及其在管道上的应用。

实现本发明目的所采用的技术方案是，一种碳纤维增强聚丙烯树脂材料，其特征是，它含有下述重量份的原料：碳纤维15～25份，聚丙烯树脂65～75份，滑石粉1～3份,丙烯接枝马来酸酐5～10份，色母1～2份。

所述的碳纤维为聚丙烯腈基短碳纤维，长度2～4mm。