改性PE/PP废旧塑料防渗渠道加工技术

文/新疆天业集团有限公司 张友新

改性PE/PP废旧塑料防渗渠道加工技术

文/新疆天业集团有限公司 张友新

刚性混凝土结构的衬砌渠道在农业节水方面发挥了重要作用，但在寒冷地区，其冻胀破坏问题十分普遍，维护成了一个难点。通过多次的试验和研究，新疆天业集团有限公司开发了一种韧性好、耐磨、成本低、抗冻胀且耐老化的废旧塑料防渗渠道。本文对这种防渗渠道的成型、配方、设计以及安装方法进行了详细介绍。

目前，对输水渠道进行防渗衬砌是农业节水最重要的措施之一。在渠道防渗工程中，通常以刚性混凝土结构的防渗衬砌为主。相关研究表明，渠道防渗可使渠系水利用率提高20%～40%，将渠道渗漏损失减少50%～80%。可以说，刚性混凝土衬砌渠道在农业节水方面发挥了重要作用。

但在寒冷地区使用时，混凝土结构的衬砌渠道冻胀破坏问题十分普遍，其维护始终是灌区工程的重点和难点。同时，渠道防渗工程的单位造价也要比南方多出数倍，即便如此，冻胀破坏仍难防治。混凝土衬砌渠道的冻胀破坏（如图1所示）主要表现为渠道鼓起裂缝、隆起架空、整体上抬以及板块错位，严重的还会造成衬砌破碎或滑塌。为解决防渗渠道的冻胀、输水渗漏等工程问题，并提升施工的快捷性，新疆天业集团有限公司开发了一种具有抗冻胀、耐磨和耐老化特点的PE（聚乙烯）/ PP（聚丙烯）废旧塑料防渗渠道，此渠道易成型且安装方便。

图1 刚性混凝土衬砌渠道易出现冻胀破坏

成型过程

改性PE/PP废旧塑料防渗渠道具体的成型过程是：在PE/PP废旧造粒料中加入适量比例的抗氧剂、炭黑及马来酸酐接枝聚丙烯等助剂，并将混合物加入拌料机内进行混合；搅拌均匀后，输送至挤出机中加热塑化；然后熔体进入分配的流道中；最后熔体汇集并从衣架式板机头挤出，再经压光、折弯、冷却、牵引和切割等工序后，最终成型为制品（如图2所示）。对这一加工工艺而言，其关键技术是对在线挤出的厚壁塑料板材再次进行折弯从而成型出防渗渠道的形状。

在改性PE/PP废旧塑料防渗渠道研发的过程中，新疆天业集团有限公司的技术研发路线是：改性配方的优化、挤出机的选型、模具结构设计、机头结构设计、压光折弯机的设计、防渗渠道试验和防渗渠道性能测试，最终进入车间生产。

配方及改性机理

1. 配方

这款塑料防渗渠道采用的主要材料为回收PE和PP。由于PE具有良好的物理性能、力学性能和较高的使用温度，加工温度范围也比较宽，且抗老化性能优异，因此被广泛用于加工各种不同壁厚的板材及其他塑料制品。而PP具有良好的抗疲劳性能和较低的密度（0.83～0.915 g/cm3），价格低廉、纤维强度高、耐磨且耐热，因此，PE和PP共混改性生产的防渗渠道兼具柔韧性好、耐磨、质量轻、抗老化和成本低的优势。

但是，PP树脂在性能上存在一定的缺陷，由于其分子结构中含有活泼的氢原子，因此在使用过程中经紫外线光照易老化变脆。为此，配方研究将致力于结合两种材料的性能特点，并通过改性技术弥补材料性能方面的不足。经过一系列试验，一种改性PE/ PP配方研制成功，从而使成型出具有增韧效果、耐磨、易成型且耐老化的废旧塑料防渗渠道成为可能。具体配方(质量数)为:PE树脂70，PP树脂30，炭黑母料2.5，相溶剂(MAH-g-PP)2，抗氧剂、紫外线吸收剂适量。

2. 改性机理

PE和PP是两种不同类型的高分子材料，分子结构不同，即化学结构不同，属于两相不相容性结构。如果将二者直接进行共混，非但不能得到改性效果，反而增大加工难度，破坏了材料各自原有的性能，失去使用价值。以相容剂改性PE/PP共混体系，可显著提高产品的界面粘接强度。其改性机理是：通过聚烯烃末端或者大分子链段中的官能团与相容剂的大分子反应，将相容剂中反应性官能团如酸酐、羧基和环氧基接枝在聚烯烃分子链上，形成网状结构，增加相互间的键合力，提高产品的界面粘接强度，从而改善PE/PP共混体系的相容性，进而提高产品的力学性能。

成型设备和工艺参数

成型改性PE/PP废旧塑料防渗渠道使用的主要设备和仪器包括：大连橡胶机械制造厂的SJ-150X30单螺杆挤出机；新疆天业集团有限公司的SB-200混合拌料机；天水三思新技术有限公司的CMF-4504电子多功能试验机；上海和晟仪器科技有限公司的HS-TH-3500炭黑含量测试仪；承德市德胜检测设备有限公司的DSC-500A塑料氧化诱导时间测定仪；上海添质实业有限公司的TZ5091塑料冲击脆化温度测定仪。

在混合加工中，按照配方要求称量好的物料进入拌料机中混合搅拌均匀，拌料机的转速为120 r/min，混合时间为15 min。然后，将混合好的物料加入挤出机内，经加热挤出成型为壁厚10 mm的塑料防渗渠道。

在挤出加工中，挤出机转速120 r/min；挤出机机身温度：一区177 ℃，二区180 ℃，三区200 ℃，四区195 ℃，五区190 ℃；连接器温度175 ℃；机头温度: 一区200 ℃，二区195 ℃，三区190 ℃，四区190 ℃，五区190 ℃，六区210 ℃；压光机温度：上辊90 ℃，下辊80 ℃；牵引速度根据壁厚灵活调整。

需要注意的是，对于不同的配方，温度控制也不相同，因此要根据不同的条件进行合理的控制和调整，以确保挤出的稳定性。

图2 采用改性PE/PP废旧塑料成型的防渗渠道

防渗渠道的结构设计

改性废旧PE/PP塑料防渗渠道的结构设计经多次的试验和不断改进，最终获得了一种操作简单、安装方便、造价低且使用性强的设计方案。整个产品结构主要由4部分组成，如图3所示。

1.防渗渠道

图3中的部件1所示为改性废旧PE/PP塑料防渗渠道的整体式梯形结构，通过挤出一次成型。一次成型的防渗渠道无需拼接，重量轻，因此搬运方便，安装施工快。渠道可根据用户需要任意锯切成6 m和8 m等不同长度。还可在防渗渠道的渠岸两边进行二次加工钻孔，以便安装钢筋，对防渗渠道进行加固。

2.防渗渠道的固定

如图3中的部件2所示，成型后的梯形防渗渠道左右两岸边设有二次加工的通孔，通孔与通孔之间的距离一般为2～2.5 m，可以插入钢筋来固定防渗渠道，以减小变形，提高防渗渠道的整体强度。

3. 防渗渠道的连接板

如图3中的部件4所示，这一部件主要用于将连接板与防渗渠道焊接为整体结构，以便固定渠道与渠道之间的连接。连接板厚度与防渗渠道的厚度相同，焊接时应放在梯形防渗渠道的底部下方。连接板宽度的中心位置设有多个通孔，如图3中的部件3所示。连接板主要用于与另外一段防渗渠道配合固定连接。

4. 橡胶密封条

橡胶密封条的作用主要是防止渠道的渗漏和塑料的热胀冷缩。如图3中的部件5所示，这一部件主要用于将两个防渗渠道进行密封连接。橡胶密封条为单独一个部件，装配时将密封条放入两个防渗渠拼接的中间，并以螺钉（如图3中的部件11所示）固定连接为一体。

图3 改性PE/PP塑料防渗渠道结构装配示意图

表 塑料防渗渠道力学性能测试

防渗渠道的连接方法

1.连接前准备

从挤出成型的塑料防渗渠道中锯切出适当宽度的连接板，将其作为防渗渠道的焊接板，宽度一般为25～35 mm，长度与防渗渠道的外形尺寸基本相同。然后，采用塑料焊条将连接板与防渗渠道焊接成为一体，再对焊接板进行钻孔。接下来，根据防渗渠道连接板的尺寸选择好橡胶密封条和螺钉。这里应注意：焊接结构应该根据材料的厚度、结构特点、制品的使用场合以及焊接的方便和经济性等加以选择。同时，焊枪喷嘴直径最好与焊条直径相同，焊条的化学成分与焊件相同。

2.连接

先将两段防渗渠道对接好。如，长度为6 m的A渠道和6 m的B渠道对接时中间要放入橡胶密封条，然后串入螺钉将两段防渗渠道进行拧紧固定，这样便连接完成了12 m长的防渗渠道。以同样的方法继续连接另外两段防渗渠道，长度也是12 m。然后将连接好的防渗渠道放入与开挖形状一样的梯形槽内，通过人工将两段12 m长的防渗渠道进行对接，对接好后可以采用塑料焊枪对拼接缝进行焊接。其他每段的连接方式都与上述方法相同，焊接完成后，在渠道的左右两岸边上的通孔打入钢筋固定好防渗渠道，这样便完成了整个塑料防渗渠道的安装连接。

力学性能

新疆天业集团有限公司对厚10 mm、宽度为2.4 m的塑料防渗渠道的力学性能进行了测试，结果见表中数据。

结语

经过研发、测试和实际使用证明，以相容剂改性PE/PP废旧塑料，可改善共混体系的相容性，提高产品的界面粘接强度；通过改性的塑料防渗渠道具有抗冲击强度高、柔韧性好、耐老化和使用寿命长的特点；采用焊接、密封条密封和螺纹连接，可解决防渗渠道的热胀冷缩和密封渗漏问题；防渗渠道设有钢筋固定装置，使渠道减少了变形，增强了渠道的稳定性和整体强度。