改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道加工技術(shù)

文/新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司 張友新

改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道加工技術(shù)

文/新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司 張友新

剛性混凝土結(jié)構(gòu)的襯砌渠道在農(nóng)業(yè)節(jié)水方面發(fā)揮了重要作用，但在寒冷地區(qū)，其凍脹破壞問題十分普遍，維護(hù)成了一個難點。通過多次的試驗和研究，新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司開發(fā)了一種韌性好、耐磨、成本低、抗凍脹且耐老化的廢舊塑料防滲渠道。本文對這種防滲渠道的成型、配方、設(shè)計以及安裝方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

目前，對輸水渠道進(jìn)行防滲襯砌是農(nóng)業(yè)節(jié)水最重要的措施之一。在渠道防滲工程中，通常以剛性混凝土結(jié)構(gòu)的防滲襯砌為主。相關(guān)研究表明，渠道防滲可使渠系水利用率提高20%～40%，將渠道滲漏損失減少50%～80%?？梢哉f，剛性混凝土襯砌渠道在農(nóng)業(yè)節(jié)水方面發(fā)揮了重要作用。

但在寒冷地區(qū)使用時，混凝土結(jié)構(gòu)的襯砌渠道凍脹破壞問題十分普遍，其維護(hù)始終是灌區(qū)工程的重點和難點。同時，渠道防滲工程的單位造價也要比南方多出數(shù)倍，即便如此，凍脹破壞仍難防治?；炷烈r砌渠道的凍脹破壞（如圖1所示）主要表現(xiàn)為渠道鼓起裂縫、隆起架空、整體上抬以及板塊錯位，嚴(yán)重的還會造成襯砌破碎或滑塌。為解決防滲渠道的凍脹、輸水滲漏等工程問題，并提升施工的快捷性，新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司開發(fā)了一種具有抗凍脹、耐磨和耐老化特點的PE（聚乙烯）/ PP（聚丙烯）廢舊塑料防滲渠道，此渠道易成型且安裝方便。

圖1 剛性混凝土襯砌渠道易出現(xiàn)凍脹破壞

成型過程

改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道具體的成型過程是：在PE/PP廢舊造粒料中加入適量比例的抗氧劑、炭黑及馬來酸酐接枝聚丙烯等助劑，并將混合物加入拌料機(jī)內(nèi)進(jìn)行混合；攪拌均勻后，輸送至擠出機(jī)中加熱塑化；然后熔體進(jìn)入分配的流道中；最后熔體匯集并從衣架式板機(jī)頭擠出，再經(jīng)壓光、折彎、冷卻、牽引和切割等工序后，最終成型為制品（如圖2所示）。對這一加工工藝而言，其關(guān)鍵技術(shù)是對在線擠出的厚壁塑料板材再次進(jìn)行折彎從而成型出防滲渠道的形狀。

在改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道研發(fā)的過程中，新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司的技術(shù)研發(fā)路線是：改性配方的優(yōu)化、擠出機(jī)的選型、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)頭結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓光折彎機(jī)的設(shè)計、防滲渠道試驗和防滲渠道性能測試，最終進(jìn)入車間生產(chǎn)。

配方及改性機(jī)理

1. 配方

這款塑料防滲渠道采用的主要材料為回收PE和PP。由于PE具有良好的物理性能、力學(xué)性能和較高的使用溫度，加工溫度范圍也比較寬，且抗老化性能優(yōu)異，因此被廣泛用于加工各種不同壁厚的板材及其他塑料制品。而PP具有良好的抗疲勞性能和較低的密度（0.83～0.915 g/cm3），價格低廉、纖維強(qiáng)度高、耐磨且耐熱，因此，PE和PP共混改性生產(chǎn)的防滲渠道兼具柔韌性好、耐磨、質(zhì)量輕、抗老化和成本低的優(yōu)勢。

但是，PP樹脂在性能上存在一定的缺陷，由于其分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的氫原子，因此在使用過程中經(jīng)紫外線光照易老化變脆。為此，配方研究將致力于結(jié)合兩種材料的性能特點，并通過改性技術(shù)彌補(bǔ)材料性能方面的不足。經(jīng)過一系列試驗，一種改性PE/ PP配方研制成功，從而使成型出具有增韌效果、耐磨、易成型且耐老化的廢舊塑料防滲渠道成為可能。具體配方(質(zhì)量數(shù))為:PE樹脂70，PP樹脂30，炭黑母料2.5，相溶劑(MAH-g-PP)2，抗氧劑、紫外線吸收劑適量。

2. 改性機(jī)理

PE和PP是兩種不同類型的高分子材料，分子結(jié)構(gòu)不同，即化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，屬于兩相不相容性結(jié)構(gòu)。如果將二者直接進(jìn)行共混，非但不能得到改性效果，反而增大加工難度，破壞了材料各自原有的性能，失去使用價值。以相容劑改性PE/PP共混體系，可顯著提高產(chǎn)品的界面粘接強(qiáng)度。其改性機(jī)理是：通過聚烯烴末端或者大分子鏈段中的官能團(tuán)與相容劑的大分子反應(yīng)，將相容劑中反應(yīng)性官能團(tuán)如酸酐、羧基和環(huán)氧基接枝在聚烯烴分子鏈上，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加相互間的鍵合力，提高產(chǎn)品的界面粘接強(qiáng)度，從而改善PE/PP共混體系的相容性，進(jìn)而提高產(chǎn)品的力學(xué)性能。

成型設(shè)備和工藝參數(shù)

成型改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道使用的主要設(shè)備和儀器包括：大連橡膠機(jī)械制造廠的SJ-150X30單螺桿擠出機(jī)；新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司的SB-200混合拌料機(jī)；天水三思新技術(shù)有限公司的CMF-4504電子多功能試驗機(jī)；上海和晟儀器科技有限公司的HS-TH-3500炭黑含量測試儀；承德市德勝檢測設(shè)備有限公司的DSC-500A塑料氧化誘導(dǎo)時間測定儀；上海添質(zhì)實業(yè)有限公司的TZ5091塑料沖擊脆化溫度測定儀。

在混合加工中，按照配方要求稱量好的物料進(jìn)入拌料機(jī)中混合攪拌均勻，拌料機(jī)的轉(zhuǎn)速為120 r/min，混合時間為15 min。然后，將混合好的物料加入擠出機(jī)內(nèi)，經(jīng)加熱擠出成型為壁厚10 mm的塑料防滲渠道。

在擠出加工中，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速120 r/min；擠出機(jī)機(jī)身溫度：一區(qū)177 ℃，二區(qū)180 ℃，三區(qū)200 ℃，四區(qū)195 ℃，五區(qū)190 ℃；連接器溫度175 ℃；機(jī)頭溫度: 一區(qū)200 ℃，二區(qū)195 ℃，三區(qū)190 ℃，四區(qū)190 ℃，五區(qū)190 ℃，六區(qū)210 ℃；壓光機(jī)溫度：上輥90 ℃，下輥80 ℃；牽引速度根據(jù)壁厚靈活調(diào)整。

需要注意的是，對于不同的配方，溫度控制也不相同，因此要根據(jù)不同的條件進(jìn)行合理的控制和調(diào)整，以確保擠出的穩(wěn)定性。

圖2 采用改性PE/PP廢舊塑料成型的防滲渠道

防滲渠道的結(jié)構(gòu)設(shè)計

改性廢舊PE/PP塑料防滲渠道的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)多次的試驗和不斷改進(jìn)，最終獲得了一種操作簡單、安裝方便、造價低且使用性強(qiáng)的設(shè)計方案。整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要由4部分組成，如圖3所示。

1.防滲渠道

圖3中的部件1所示為改性廢舊PE/PP塑料防滲渠道的整體式梯形結(jié)構(gòu)，通過擠出一次成型。一次成型的防滲渠道無需拼接，重量輕，因此搬運方便，安裝施工快。渠道可根據(jù)用戶需要任意鋸切成6 m和8 m等不同長度。還可在防滲渠道的渠岸兩邊進(jìn)行二次加工鉆孔，以便安裝鋼筋，對防滲渠道進(jìn)行加固。

2.防滲渠道的固定

如圖3中的部件2所示，成型后的梯形防滲渠道左右兩岸邊設(shè)有二次加工的通孔，通孔與通孔之間的距離一般為2～2.5 m，可以插入鋼筋來固定防滲渠道，以減小變形，提高防滲渠道的整體強(qiáng)度。

3. 防滲渠道的連接板

如圖3中的部件4所示，這一部件主要用于將連接板與防滲渠道焊接為整體結(jié)構(gòu)，以便固定渠道與渠道之間的連接。連接板厚度與防滲渠道的厚度相同，焊接時應(yīng)放在梯形防滲渠道的底部下方。連接板寬度的中心位置設(shè)有多個通孔，如圖3中的部件3所示。連接板主要用于與另外一段防滲渠道配合固定連接。

4. 橡膠密封條

橡膠密封條的作用主要是防止渠道的滲漏和塑料的熱脹冷縮。如圖3中的部件5所示，這一部件主要用于將兩個防滲渠道進(jìn)行密封連接。橡膠密封條為單獨一個部件，裝配時將密封條放入兩個防滲渠拼接的中間，并以螺釘（如圖3中的部件11所示）固定連接為一體。

圖3 改性PE/PP塑料防滲渠道結(jié)構(gòu)裝配示意圖

表 塑料防滲渠道力學(xué)性能測試

防滲渠道的連接方法

1.連接前準(zhǔn)備

從擠出成型的塑料防滲渠道中鋸切出適當(dāng)寬度的連接板，將其作為防滲渠道的焊接板，寬度一般為25～35 mm，長度與防滲渠道的外形尺寸基本相同。然后，采用塑料焊條將連接板與防滲渠道焊接成為一體，再對焊接板進(jìn)行鉆孔。接下來，根據(jù)防滲渠道連接板的尺寸選擇好橡膠密封條和螺釘。這里應(yīng)注意：焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)該根據(jù)材料的厚度、結(jié)構(gòu)特點、制品的使用場合以及焊接的方便和經(jīng)濟(jì)性等加以選擇。同時，焊槍噴嘴直徑最好與焊條直徑相同，焊條的化學(xué)成分與焊件相同。

2.連接

先將兩段防滲渠道對接好。如，長度為6 m的A渠道和6 m的B渠道對接時中間要放入橡膠密封條，然后串入螺釘將兩段防滲渠道進(jìn)行擰緊固定，這樣便連接完成了12 m長的防滲渠道。以同樣的方法繼續(xù)連接另外兩段防滲渠道，長度也是12 m。然后將連接好的防滲渠道放入與開挖形狀一樣的梯形槽內(nèi)，通過人工將兩段12 m長的防滲渠道進(jìn)行對接，對接好后可以采用塑料焊槍對拼接縫進(jìn)行焊接。其他每段的連接方式都與上述方法相同，焊接完成后，在渠道的左右兩岸邊上的通孔打入鋼筋固定好防滲渠道，這樣便完成了整個塑料防滲渠道的安裝連接。

力學(xué)性能

新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司對厚10 mm、寬度為2.4 m的塑料防滲渠道的力學(xué)性能進(jìn)行了測試，結(jié)果見表中數(shù)據(jù)。

結(jié)語

經(jīng)過研發(fā)、測試和實際使用證明，以相容劑改性PE/PP廢舊塑料，可改善共混體系的相容性，提高產(chǎn)品的界面粘接強(qiáng)度；通過改性的塑料防滲渠道具有抗沖擊強(qiáng)度高、柔韌性好、耐老化和使用壽命長的特點；采用焊接、密封條密封和螺紋連接，可解決防滲渠道的熱脹冷縮和密封滲漏問題；防滲渠道設(shè)有鋼筋固定裝置，使渠道減少了變形，增強(qiáng)了渠道的穩(wěn)定性和整體強(qiáng)度。