改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道加工技術

文/新疆天業集團有限公司 張友新

改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道加工技術

文/新疆天業集團有限公司 張友新

剛性混凝土結構的襯砌渠道在農業節水方面發揮了重要作用，但在寒冷地區，其凍脹破壞問題十分普遍，維護成了一個難點。通過多次的試驗和研究，新疆天業集團有限公司開發了一種韌性好、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、設計以及安裝方法進行了詳細介紹。

目前，對輸水渠道進行防滲襯砌是農業節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構的防滲襯砌為主。相關研究表明，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%。可以說，剛性混凝土襯砌渠道在農業節水方面發揮了重要作用。

但在寒冷地區使用時，混凝土結構的襯砌渠道凍脹破壞問題十分普遍，其維護始終是灌區工程的重點和難點。同時，渠道防滲工程的單位造價也要比南方多出數倍，即便如此，凍脹破壞仍難防治。混凝土襯砌渠道的凍脹破壞（如圖1所示）主要表現為渠道鼓起裂縫、隆起架空、整體上抬以及板塊錯位，嚴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，新疆天業集團有限公司開發了一種具有抗凍脹、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內進行混合；攪拌均勻后，輸送至擠出機中加熱塑化；然后熔體進入分配的流道中；最后熔體匯集并從衣架式板機頭擠出，再經壓光、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，其關鍵技術是對在線擠出的厚壁塑料板材再次進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的過程中，新疆天業集團有限公司的技術研發路線是：改性配方的優化、擠出機的選型、模具結構設計、機頭結構設計、壓光折彎機的設計、防滲渠道試驗和防滲渠道性能測試，最終進入車間生產。

配方及改性機理

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、纖維強度高、耐磨且耐熱，因此，PE和PP共混改性生產的防滲渠道兼具柔韌性好、耐磨、質量輕、抗老化和成本低的優勢。

但是，PP樹脂在性能上存在一定的缺陷，由于其分子結構中含有活潑的氫原子，因此在使用過程中經紫外線光照易老化變脆。為此，配方研究將致力于結合兩種材料的性能特點，并通過改性技術彌補材料性能方面的不足。經過一系列試驗，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(質量數)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. 改性機理

PE和PP是兩種不同類型的高分子材料，分子結構不同，即化學結構不同，屬于兩相不相容性結構。如果將二者直接進行共混，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，可顯著提高產品的界面粘接強度。其改性機理是：通過聚烯烴末端或者大分子鏈段中的官能團與相容劑的大分子反應，將相容劑中反應性官能團如酸酐、羧基和環氧基接枝在聚烯烴分子鏈上，形成網狀結構，增加相互間的鍵合力，提高產品的界面粘接強度，從而改善PE/PP共混體系的相容性，進而提高產品的力學性能。

成型設備和工藝參數

成型改性PE/PP廢舊塑料防滲渠道使用的主要設備和儀器包括：大連橡膠機械制造廠的SJ-150X30單螺桿擠出機；新疆天業集團有限公司的SB-200混合拌料機；天水三思新技術有限公司的CMF-4504電子多功能試驗機；上海和晟儀器科技有限公司的HS-TH-3500炭黑含量測試儀；承德市德勝檢測設備有限公司的DSC-500A塑料氧化誘導時間測定儀；上海添質實業有限公司的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入拌料機中混合攪拌均勻，拌料機的轉速為120 r/min，混合時間為15 min。然后，將混合好的物料加入擠出機內，經加熱擠出成型為壁厚10 mm的塑料防滲渠道。

在擠出加工中，擠出機轉速120 r/min；擠出機機身溫度：一區177 ℃，二區180 ℃，三區200 ℃，四區195 ℃，五區190 ℃；連接器溫度175 ℃；機頭溫度: 一區200 ℃，二區195 ℃，三區190 ℃，四區190 ℃，五區190 ℃，六區210 ℃；壓光機溫度：上輥90 ℃，下輥80 ℃；牽引速度根據壁厚靈活調整。

需要注意的是，對于不同的配方，溫度控制也不相同，因此要根據不同的條件進行合理的控制和調整，以確保擠出的穩定性。

圖2 采用改性PE/PP廢舊塑料成型的防滲渠道

防滲渠道的結構設計

改性廢舊PE/PP塑料防滲渠道的結構設計經多次的試驗和不斷改進，最終獲得了一種操作簡單、安裝方便、造價低且使用性強的設計方案。整個產品結構主要由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構，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行二次加工鉆孔，以便安裝鋼筋，對防滲渠道進行加固。

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構，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，焊接時應放在梯形防滲渠道的底部下方。連接板寬度的中心位置設有多個通孔，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塑料防滲渠道結構裝配示意圖

表 塑料防滲渠道力學性能測試

防滲渠道的連接方法

1.連接前準備

從擠出成型的塑料防滲渠道中鋸切出適當寬度的連接板，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，再對焊接板進行鉆孔。接下來，根據防滲渠道連接板的尺寸選擇好橡膠密封條和螺釘。這里應注意：焊接結構應該根據材料的厚度、結構特點、制品的使用場合以及焊接的方便和經濟性等加以選擇。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，通過人工將兩段12 m長的防滲渠道進行對接，對接好后可以采用塑料焊槍對拼接縫進行焊接。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。

力學性能

新疆天業集團有限公司對厚10 mm、寬度為2.4 m的塑料防滲渠道的力學性能進行了測試，結果見表中數據。

結語

經過研發、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，提高產品的界面粘接強度；通過改性的塑料防滲渠道具有抗沖擊強度高、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；防滲渠道設有鋼筋固定裝置，使渠道減少了變形，增強了渠道的穩定性和整體強度。