一種高強度水表殼體材料的研制

景奉國

（濟南龍鼓環(huán)保科技有限公司，山東 濟南 250000）

水表是一種常見的流量計數(shù)設備，廣泛應用在自來水管線上。目前，國內(nèi)傳統(tǒng)水表殼一般采用灰鑄鐵加工成毛胚表殼，再進行精加工，采用大型切削機床加工，而針對直徑400 mm以上特大水表殼，仍然沿襲以上傳統(tǒng)方法，存在如下不足：工藝煩瑣，工作環(huán)境又污染嚴重，工人加工勞動強度大；設備一次性投入資金巨大，但是帶來的經(jīng)濟效益并不高。近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，智能水表在市場上的應用十分廣泛，越來越多的人開始關注水表保護殼的質(zhì)量。然而，水表保護殼作為水表的保護結構，其低強度一直是阻礙水表耐久性和耐候性的因素之一，這也導致水表的使用壽命比較短，無法保證水表的安全運行和長久運行[1-2]。針對上述問題，本研究通過優(yōu)化水表殼體材料的組成和制備方法，有效提高水表表殼的抗拉強度，充分保證水表的長久和安全運行。

1 實驗

1.1 測試樣品

測試樣品保護殼的原材料：變性聚苯醚28份、ASA樹脂14份、SMA樹脂7份、高分散納米碳酸鈣15份、三氧化二銻2份、聚丁二烯橡膠2份、硬脂酸鈣0.2份。

高分散納米碳酸鈣的制備過程如下：將粒徑為100 nm～200 nm的碳酸鈣溶于乙醇溶液，然后加入復合分散劑，經(jīng)超聲攪拌和干燥處理，即得高分散納米碳酸鈣。復合分散劑由1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽和分散劑A按照質(zhì)量比為1︰1構成，分散劑A具有如下結構式：

測試樣品保護殼的制備方法如下：1）預處理，將ASA樹脂和SMA樹脂置入烘箱中65℃-3 h、75℃-6 h；2）將預處理后的ASA樹脂和SMA樹脂、變性聚苯醚、高分散納米碳酸鈣、三氧化二銻、聚丁二烯橡膠、硬脂酸鈣放入高速混合機中進行機械混合，混合溫度為120℃，得到第一物料；3）保持溫度不變，將第一物料置于脈沖磁場處理6 h，脈沖磁場強度為1～2 T，頻率為3次/min；4）將經(jīng)脈沖磁場處理的物料置于雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融擠出、冷卻、切粒、包裝成品；5）將成品通過注塑機注塑處理得到保護殼。

1.2 對比樣品1

對比樣品1的保護殼原材料：變性聚苯醚28份、ASA樹脂14份、SMA樹脂7份、高分散納米碳酸鈣15份、三氧化二銻2份、聚丁二烯橡膠2份、硬脂酸鈣0.2份。

上述高分散納米碳酸鈣的制備過程如下：將粒徑為100 nm～200 nm的碳酸鈣溶于乙醇溶液，然后加入分散劑，經(jīng)超聲攪拌和干燥處理，即得高分散納米碳酸鈣。分散劑為1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽。

對比樣品1的制備方法如下：1）預處理，將ASA樹脂和SMA樹脂置入烘箱中65℃-3 h、75℃-6 h；2）將預處理后的ASA樹脂和SMA樹脂、變性聚苯醚、高分散納米碳酸鈣、三氧化二銻、聚丁二烯橡膠、硬脂酸鈣放入高速混合機中進行機械混合，混合溫度為120℃，得到第一物料；3）保持溫度不變，將第一物料置于脈沖磁場處理6 h，脈沖磁場強度為1～2 T，頻率為3次/min；4）將經(jīng)脈沖磁場處理的物料置于雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融擠出、冷卻、切粒、包裝成品；5）將成品通過注塑機注塑處理得到保護殼。

1.3 對比樣品2

對比樣品2的保護殼原材料：變性聚苯醚28份、ASA樹脂14份、SMA樹脂7份、高分散納米碳酸鈣15份、三氧化二銻2份、聚丁二烯橡膠2份、硬脂酸鈣0.2份。

高分散納米碳酸鈣的制備過程如下：將粒徑為100 nm～200 nm的碳酸鈣溶于乙醇溶液，然后加入分散劑，經(jīng)超聲攪拌和干燥處理，即得高分散納米碳酸鈣。復合分散劑為分散劑A。

對比樣品2的保護殼的制備方法如下：1）預處理，將ASA樹脂和SMA樹脂置入烘箱中65℃-3 h、75℃-6 h；2）將預處理后的ASA樹脂和SMA樹脂、變性聚苯醚、高分散納米碳酸鈣、三氧化二銻、聚丁二烯橡膠、硬脂酸鈣放入高速混合機中進行機械混合，混合溫度為120℃，得到第一物料；3）保持溫度不變，將第一物料置于脈沖磁場處理6 h，脈沖磁場強度為1～2 T，頻率為3次/min；4）將經(jīng)脈沖磁場處理的物料置于雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融擠出、冷卻、切粒、包裝成品；5）將成品通過注塑機注塑處理得到保護殼。

1.4 對比樣品3

對比樣品3的保護殼原材料：變性聚苯醚28份、ASA樹脂14份、SMA樹脂7份、高分散納米碳酸鈣15份、三氧化二銻2份、聚丁二烯橡膠2份、硬脂酸鈣0.2份。

高分散納米碳酸鈣的制備過程如下：將粒徑為100 nm～200 nm的碳酸鈣溶于乙醇溶液，然后加入復合分散劑，經(jīng)超聲攪拌和干燥處理，即得高分散納米碳酸鈣。復合分散劑由六偏磷酸鈉和分散劑A按照質(zhì)量比為1︰1構成。

對比樣品3的保護殼的制備方法如下：1）預處理，將ASA樹脂和SMA樹脂置入烘箱中65℃-3 h、75℃-6 h；2）將預處理后的ASA樹脂和SMA樹脂、變性聚苯醚、高分散納米碳酸鈣、三氧化二銻、聚丁二烯橡膠、硬脂酸鈣放入高速混合機中進行機械混合，混合溫度為120℃，得到第一物料；3）保持溫度不變，將第一物料置于脈沖磁場處理6 h，脈沖磁場強度為1～2 T，頻率為3次/min；4）將經(jīng)脈沖磁場處理的物料置于雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融擠出、冷卻、切粒、包裝成品；5）將成品通過注塑機注塑處理得到保護殼。

1.5 對比樣品4

對比樣品4的保護殼原材料：變性聚苯醚28份、ASA樹脂14份、SMA樹脂7份、高分散納米碳酸鈣15份、三氧化二銻2份、聚丁二烯橡膠2份、硬脂酸鈣0.2份。

高分散納米碳酸鈣的制備過程如下：將粒徑為100 nm～200 nm的碳酸鈣溶于乙醇溶液，然后加入復合分散劑，經(jīng)超聲攪拌以及干燥處理，即得高分散納米碳酸鈣。復合分散劑由1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽和六偏磷酸鈉按照質(zhì)量比為1︰1構成。

對比樣品4的保護殼的制備方法如下：1）預處理，將ASA樹脂和SMA樹脂置入烘箱中65℃-3 h、75℃-6 h；2）將預處理后的ASA樹脂和SMA樹脂、變性聚苯醚、高分散納米碳酸鈣、三氧化二銻、聚丁二烯橡膠、硬脂酸鈣放入高速混合機中進行機械混合，混合溫度為120℃，得到第一物料；3）保持溫度不變，將第一物料置于脈沖磁場處理6 h，脈沖磁場強度為1～2 T，頻率為3次/min；4）將經(jīng)脈沖磁場處理的物料置于雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融擠出、冷卻、切粒、包裝成品；5）將成品通過注塑機注塑處理得到保護殼。

1.6 對比樣品5

對比樣品5的保護殼原材料：變性聚苯醚28份、ASA樹脂14份、SMA樹脂7份、高分散納米碳酸鈣15份、三氧化二銻2份、聚丁二烯橡膠2份、硬脂酸鈣0.2份。

高分散納米碳酸鈣的制備過程如下：將粒徑為100 nm～200 nm的碳酸鈣溶于乙醇溶液，然后加入復合分散劑，經(jīng)超聲攪拌和干燥處理，即得高分散納米碳酸鈣。復合分散劑由1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽和分散劑A按照質(zhì)量比為1︰1構成。

對比樣品5的保護殼的制備方法如下：1）預處理，將ASA樹脂和SMA樹脂置入烘箱中65℃-3 h、75℃-6 h；2）將預處理后的ASA樹脂和SMA樹脂、變性聚苯醚、高分散納米碳酸鈣、三氧化二銻、聚丁二烯橡膠、硬脂酸鈣放入高速混合機中進行機械混合，混合溫度為120℃，得到第一物料；3）將第一物料置于雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融擠出、冷卻、切粒、包裝成品；4）將成品通過注塑機注塑處理得到保護殼。

2 結果與討論

對測試樣品以及對比樣品1～5的殼體材料進行力學性能檢測，結果為：測試樣品的抗拉強度為355 Rm/MPa，對比樣品1的抗拉強度為332 Rm/MPa，對比樣品2的抗拉強度為329 Rm/MPa，對比樣品3的抗拉強度為317 Rm/MPa，對比樣品4的抗拉強度為306 Rm/MPa，對比樣品5的抗拉強度為344 Rm/MPa。

從上述可以看出：1）相比于添加單一的分散劑或其他兩種分散劑的復配，使用本研究課題中特定的復合分散劑更有利于提高納米碳酸鈣的分散度，減少納米級團聚現(xiàn)象的發(fā)生，進而大幅提高水表防護殼的強度；2）在物料置于雙螺桿擠出機前進行脈沖磁場處理可以有效激發(fā)反應活性位點，提高原料之間的交聯(lián)纏繞程度，進而提高水表防護殼的強度。

3 應用示例

將測試樣品的保護殼應用于密封水表外部，該密封水表包括密封機構、對接機構、第一傳輸機構和第二傳輸機構。水表機構固定連接在密封機構內(nèi)部中間位置；對接機構固定連接在密封機構內(nèi)部前端位置，且對接機構后端與水表機構前端位置固定連接；對接機構包括對接管道和連接管道，對接管道前端與連接管道后端中間位置固定連接，對接管道中間位置開設貫穿的通孔；第一傳輸機構固定連接在對接機構前端左側位置；第二傳輸機構固定連接在對接機構前端右側位置[3]。

從應用的結果來看，相比于現(xiàn)有的傳統(tǒng)水表殼體，本研究提供的水表殼體抗拉強度大，可達355 Rm/MPa，其優(yōu)勢有兩點：1）相比于添加單一的分散劑或其他兩種分散劑的復配，使用本研究課題中特定的復合分散劑更有利于提高納米碳酸鈣的分散度，減少納米級團聚現(xiàn)象的發(fā)生，進而大幅提高水表防護殼的強度[4]；2）在物料置于雙螺桿擠出機前進行脈沖磁場處理可以有效激發(fā)反應活性位點，提高原料之間的交聯(lián)纏繞程度，進而提高水表防護殼的強度。總的來看，該殼體材料可以充分保證智能水表的長久運行和安全運行。