本发明属于管材技术领域，具体为一种用于双壁波纹管的高强度管材的制备方法。
背景技术：
聚氯乙烯管材被广泛用于建筑给水、建筑排水、埋地给水、埋地排水、工业和农业用管等各个领域。聚氯乙烯排水管具有较佳的物理化学性能，它内壁光滑、摩擦阻力小，因此其横管安装坡度较小，能够提高建筑的室内净高。同时，它重量较轻，方便安装及维修，有利于施工单位节省开支、降低成本，缩短工程周期，也提高了建筑物的经济性，传统的聚氯乙烯管材虽然具有高模量、高强度且价格较低等优点，但由于聚氯乙烯管材刚而不韧，抗冲击和抗开裂性能差，在运输、安装及使用过程中容易发生脆裂破坏。在高纬度，气温低的地方施工，管材容易出现破损，影响管道运行。
中国发明专利cn107057223a公开了一种改性聚氯乙烯双壁波纹管材及其生产工艺，该改性聚氯乙烯双壁波纹管材由包括下述重量份组分的原料制得：聚氯乙烯树脂100-110份，铝酸酯偶联剂2-4份，二盐基邻苯二甲酸铅3-6份，硬脂酸0.8-1.2份，高聚合度聚氯乙烯5-7份，助剂母粒20-26份，类钻碳0.2-0.5份。
技术实现要素：
为了克服上述的技术问题，本发明提供一种用于双壁波纹管的高强度管材的制备方法。
本发明所要解决的技术问题：
(1)现有的聚氯乙烯管材刚而不韧，抗冲击和抗开裂性能差，在运输、安装及使用过程中容易发生脆裂破坏，在高纬度，气温低的地方施工，管材容易出现破损，影响管道运行。
(2)碳酸钙表面极性较强，自身表面能较高，易团聚，与聚氯乙烯树脂混合后，无法均匀的与聚氯乙烯树脂混合，现有碳纤维表面惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性较低，所以导致其与基体的粘结性较差，会导致界面中存在较多的缺陷。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于双壁波纹管的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、称取如下重量份原料：25-40份改性碳纤维，8-20份碳酸钙，3-5份表面活性剂，100-120份聚氯乙烯树脂，1-3份硬脂酸，1-2份偶联剂，5-15份微晶蜡；
步骤s2、将碳酸钙在150℃-160℃下干燥30min，然后转移至高速混合机中，以1550r/min的转速进行高速搅拌，搅拌15min后加入表面活性剂，升温至180℃，搅拌10min，冷却，制得处理后的碳酸钙；
步骤s3、将聚氯乙烯树脂和硬脂酸加入混合机中，升温至80℃，匀速搅拌15min，之后加入偶联剂，继续搅拌5min，加入微晶蜡、步骤s2中处理后的碳酸钙和改性碳纤维，升温至100℃，制得混合物；
步骤s4、将步骤s3中混合物送入挤出机中，塑化挤出，并模压成型，制得双壁波纹管，控制挤出机筒体温度为130℃-150℃。
碳酸钙表面极性较强，聚氯乙烯也是极性高聚物，而且碳酸钙为碱性，聚氯乙烯为酸性树脂，所以聚氯乙烯对碳酸钙具有较强的粘附作用，但是碳酸钙自身表面能较高，易团聚，步骤s2通过在1550r/min的转速进行高速搅拌，将表面活性剂均匀在附着在碳酸钙表面，进而形成一层较薄的表面活性剂层，防止碳酸钙团聚，提高碳酸钙的分散性能；步骤s3中将聚氯乙烯树脂和碳酸钙进行混合，处理后的碳酸钙能够作为一种填料，使得聚氯乙烯具有较强粘结强度的界面层，当该聚氯乙烯受外力冲击时，界面的破坏可以吸收更多的能量，进而提高该聚氯乙烯材料的冲击性能，进而赋予双壁波纹管优异的抗冲击性能。
进一步地，所述改性碳纤维由如下重量份原料制成：15-20份碳纤维，35-50份无水乙醇，8-15份山梨酸，3-5份10％过氧化氢溶液。
进一步地，所述改性碳纤维由如下方法制成：
(1)将碳纤维放入装有无水乙醇的烧杯中，将烧杯置于60℃的水浴锅中，搅拌20min，搅拌结束后将碳纤维取出并置于干燥箱内干燥15min，控制干燥箱温度为60℃，
(2)将山梨酸加入装有无水乙醇的烧杯中，对烧杯进行升温至80℃，加入清洗干净的碳纤维和10％过氧化氢溶液，反应2h后取出碳纤维；
(3)将碳纤维干燥后真空脱水，加入无水乙醇的中，水浴加热至90℃，浸泡10h，取出、转移至90℃烘箱中干燥4h，制得所述改性碳纤维。
碳纤维具有较高的比强度和高模量，热膨胀系数较小而且尺寸稳定，所以一般被用作复合材料的增强材料，但是其表面惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性较低，所以导致其与基体的粘结性较差，会导致界面中存在较多的缺陷，所以导致了复合材料的力学性能较差，所以本发明在制备了一种高性能碳纤维，通过山梨酸对碳纤维进行表面改性，将山梨酸溶解在无水乙醇中，以质量分数10％过氧化氢溶液作为催化剂，在加热条件下将山梨酸接枝在碳纤维上，既增加了碳纤维的支链，又将山梨酸中的羧基接枝在碳纤维表面，赋予碳纤维一种具有活性的官能团，能够增强碳纤维与基体的粘结性。
进一步地，步骤s1中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和烷基硫酸钠中的一种或两种。
进一步地，步骤s1中的偶联剂为钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或两种。
本发明的有益效果：
(1)本发明一种用于双壁波纹管的高强度管材在制备过程中，步骤s2通过在1550r/min的转速进行高速搅拌，将表面活性剂均匀在附着在碳酸钙表面，进而形成一层较薄的表面活性剂层，防止碳酸钙团聚，提高碳酸钙的分散性能；步骤s3中将聚氯乙烯树脂和碳酸钙进行混合，处理后的碳酸钙能够作为一种填料，使得聚氯乙烯具有较强粘结强度的界面层，当该聚氯乙烯受外力冲击时，界面的破坏可以吸收更多的能量，进而提高该聚氯乙烯材料的冲击性能，进而赋予双壁波纹管优异的抗冲击性能，解决了现有的聚氯乙烯管材刚而不韧，抗冲击和抗开裂性能差，在运输、安装及使用过程中容易发生脆裂破坏，在高纬度，气温低的地方施工，管材容易出现破损，影响管道运行的技术问题；
(2)本发明制备出一种改性碳纤维，碳纤维具有较高的比强度和高模量，热膨胀系数较小而且尺寸稳定，所以一般被用作复合材料的增强材料，但是其表面惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性较低，所以导致其与基体的粘结性较差，会导致界面中存在较多的缺陷，所以导致了复合材料的力学性能较差，所以本发明通过山梨酸对碳纤维进行表面改性，将山梨酸溶解在无水乙醇中，以过氧化氢作为催化剂，在加热条件下将山梨酸接枝在碳纤维上，既增加了碳纤维的支链，又将山梨酸中的羧基接枝在碳纤维表面，赋予碳纤维具有活性的官能团，能够增强碳纤维与基体的粘结性，当与碳酸钙和聚氯乙烯混合后，一方面能够提升三者的粘结度，另一方面能够提升制备出的双壁波纹管力学强度，解决了碳酸钙表面极性较强，自身表面能较高，易团聚，与聚氯乙烯树脂混合后，无法均匀的与聚氯乙烯树脂混合，现有碳纤维表面惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性较低，所以导致其与基体的粘结性较差，会导致界面中存在较多的缺陷的技术问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于双壁波纹管的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、称取如下重量份原料：25份改性碳纤维，8份碳酸钙，3份十二烷基苯磺酸钠，100份聚氯乙烯树脂，1份硬脂酸，1份钛酸酯偶联剂，5份微晶蜡；
步骤s2、将碳酸钙在150℃下干燥30min，然后转移至高速混合机中，以1550r/min的转速进行高速搅拌，搅拌15min后加入十二烷基苯磺酸钠，升温至180℃，搅拌10min，冷却，制得处理后的碳酸钙；
步骤s3、将聚氯乙烯树脂和硬脂酸加入混合机中，升温至80℃，匀速搅拌15min，之后加入钛酸酯偶联剂，继续搅拌5min，加入微晶蜡、步骤s2中处理后的碳酸钙和改性碳纤维，升温至100℃，制得混合物；
步骤s4、将步骤s3中混合物送入挤出机中，塑化挤出，并模压成型，制得双壁波纹管，控制挤出机筒体温度为130℃。
改性碳纤维由如下方法制成：
(1)将碳纤维放入装有无水乙醇的烧杯中，将烧杯置于60℃的水浴锅中，搅拌20min，搅拌结束后将碳纤维取出并置于干燥箱内干燥15min，控制干燥箱温度为60℃，
(2)将山梨酸加入装有无水乙醇的烧杯中，对烧杯进行升温至80℃，加入清洗干净的碳纤维和10％过氧化氢溶液，反应2h后取出碳纤维；
(3)将碳纤维干燥后真空脱水，加入无水乙醇的中，水浴加热至90℃，浸泡10h，取出、转移至90℃烘箱中干燥4h，制得所述改性碳纤维。
实施例2
一种用于双壁波纹管的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、称取如下重量份原料：30份改性碳纤维，12份碳酸钙，4份十二烷基苯磺酸钠，110份聚氯乙烯树脂，2份硬脂酸，1份钛酸酯偶联剂，8份微晶蜡；
步骤s2、将碳酸钙在150℃下干燥30min，然后转移至高速混合机中，以1550r/min的转速进行高速搅拌，搅拌15min后加入十二烷基苯磺酸钠，升温至180℃，搅拌10min，冷却，制得处理后的碳酸钙；
步骤s3、将聚氯乙烯树脂和硬脂酸加入混合机中，升温至80℃，匀速搅拌15min，之后加入钛酸酯偶联剂，继续搅拌5min，加入微晶蜡、步骤s2中处理后的碳酸钙和改性碳纤维，升温至100℃，制得混合物；
步骤s4、将步骤s3中混合物送入挤出机中，塑化挤出，并模压成型，制得双壁波纹管，控制挤出机筒体温度为130℃。
实施例3
一种用于双壁波纹管的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、称取如下重量份原料：35份改性碳纤维，16份碳酸钙，4份十二烷基苯磺酸钠，115份聚氯乙烯树脂，2份硬脂酸，2份钛酸酯偶联剂，12份微晶蜡；
步骤s2、将碳酸钙在150℃下干燥30min，然后转移至高速混合机中，以1550r/min的转速进行高速搅拌，搅拌15min后加入十二烷基苯磺酸钠，升温至180℃，搅拌10min，冷却，制得处理后的碳酸钙；
步骤s3、将聚氯乙烯树脂和硬脂酸加入混合机中，升温至80℃，匀速搅拌15min，之后加入钛酸酯偶联剂，继续搅拌5min，加入微晶蜡、步骤s2中处理后的碳酸钙和改性碳纤维，升温至100℃，制得混合物；
步骤s4、将步骤s3中混合物送入挤出机中，塑化挤出，并模压成型，制得双壁波纹管，控制挤出机筒体温度为130℃。
实施例4
一种用于双壁波纹管的高强度管材的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、称取如下重量份原料：40份改性碳纤维，20份碳酸钙，5份十二烷基苯磺酸钠，120份聚氯乙烯树脂，3份硬脂酸，2份钛酸酯偶联剂，15份微晶蜡；
步骤s2、将碳酸钙在150℃下干燥30min，然后转移至高速混合机中，以1550r/min的转速进行高速搅拌，搅拌15min后加入十二烷基苯磺酸钠，升温至180℃，搅拌10min，冷却，制得处理后的碳酸钙；
步骤s3、将聚氯乙烯树脂和硬脂酸加入混合机中，升温至80℃，匀速搅拌15min，之后加入钛酸酯偶联剂，继续搅拌5min，加入微晶蜡、步骤s2中处理后的碳酸钙和改性碳纤维，升温至100℃，制得混合物；
步骤s4、将步骤s3中混合物送入挤出机中，塑化挤出，并模压成型，制得双壁波纹管，控制挤出机筒体温度为130℃。
对比例1
本对比例与实施例1相比，未对碳酸钙进行表面处理，制备方法如下所示：
步骤s1、将聚氯乙烯树脂和硬脂酸加入混合机中，升温至80℃，匀速搅拌15min，之后加入钛酸酯偶联剂，继续搅拌5min，加入微晶蜡和碳酸钙，升温至100℃，制得混合物；
步骤s2、将步骤s1中混合物送入挤出机中，塑化挤出，并模压成型，制得双壁波纹管，控制挤出机筒体温度为130℃。
对比例2
本对比例与实施例1相比，为对碳纤维进行改性，制备方法如下所示：
步骤s1、将碳酸钙在150℃下干燥30min，然后转移至高速混合机中，以1550r/min的转速进行高速搅拌，搅拌15min后加入十二烷基苯磺酸钠，升温至180℃，搅拌10min，冷却，制得处理后的碳酸钙；
步骤s2、将聚氯乙烯树脂和硬脂酸加入混合机中，升温至80℃，匀速搅拌15min，之后加入钛酸酯偶联剂，继续搅拌5min，加入微晶蜡、步骤s2中处理后的碳酸钙和碳纤维，升温至100℃，制得混合物；
步骤s3、将步骤s3中混合物送入挤出机中，塑化挤出，并模压成型，制得双壁波纹管，控制挤出机筒体温度为130℃。
对比例3
本对比例为市场中一种双壁波纹管。
对实施例1-4和对比例1-3力学性能进行检测，结果如下表所示：
从上表中能够看出实施例1-4的拉伸强度在47.5-49.5mpa，断裂伸长率为207-225％，冲击强度为8.7-9.8(kj/m2)，对比文件1-3的拉伸强度在24.8-35.8mpa，断裂伸长率为128-158％，冲击强度为3.1-3.1(kj/m2)。所以本发明步骤s3中将聚氯乙烯树脂和碳酸钙进行混合，处理后的碳酸钙能够作为一种填料，使得聚氯乙烯具有较强粘结强度的界面层，当该聚氯乙烯受外力冲击时，界面的破坏可以吸收更多的能量，进而提高该聚氯乙烯材料的冲击性能，进而赋予双壁波纹管优异的抗冲击性能，解决了现有的聚氯乙烯管材刚而不韧，抗冲击和抗开裂性能差，在运输、安装及使用过程中容易发生脆裂破坏，在高纬度，气温低的地方施工，管材容易出现破损，影响管道运行的技术问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。