浅析一种耐久型水表壳体

景奉国

（山东汘沄智能科技股份有限公司，山东 济南 250000）

水表是一种常见的流量计数设备，可常常在自来水管线上看到。目前，国内传统的水表壳一般采用灰铸铁加工成毛坯表壳，再进行精加工，使用大型切削机床加工，而对于直径400 mm以上的特大水表壳，也沿袭传统的方法进行制造，这样存在如下不足：首先，工艺烦琐，工作环境污染严重，工人加工劳动强度大；其次，设备一次性投入资金巨大，同时带来的经济效益又不高[1-4]。近年来，专利文献CN201910744436.4公开了一种防护外壳的制备方法，其关键技术手段为对赤铁矿粉进行改性处理，然而这种方式经实践后发现有3个不足：1）改性剂难以获取，成本比较高；2）单独对赤铁矿粉进行处理，增加了处理工艺流程；3）壳体强度仍然难以满足高水平水表的要求，无法保证水表的安全运行和长久运行。针对上述技术问题，本研究通过优化水表壳体的材料组成和制备方法，有效提高水表表壳的抗拉强度，充分保证水表的长久运行和安全运行。

1 实验

1.1 测试样品

测试样品的保护壳包括如下重量份数的原材料：50重量份尼龙6；40重量份玻璃纤维；10重量份增韧剂；1重量份相容剂；0.5重量份抗氧剂；5重量份偶联剂；0.5重量份润滑剂；10重量份赤铁矿粉。增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，润滑剂为乙撑双硬脂酰胺接枝物TAF；相容剂为马来酸酐接枝共聚物；抗氧剂为抗氧剂1010；赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数1∶1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按质量比1∶1复配而成。

偶联剂1的结构式为：

偶联剂2的结构式为：

保护壳的制备步骤如下：1）将尼龙6和增韧剂放入中速混合器中预混1分钟～2分钟，然后将赤铁矿粉、偶联剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂放入中速混合器中再混合，在混合过程中进行脉冲磁场处理6小时，脉冲磁场强度为1特斯拉～2特斯拉，频率为3次/分钟。2）将步骤1中混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出的同时，引入玻璃纤维熔融挤出（双螺杆挤出机的加工工艺为，从双螺杆挤出机喂料口到机头分为7个区，各区熔融度为：一区260 ℃～280 ℃，二区280 ℃～290 ℃，三区 290 ℃～300 ℃，四区 300 ℃～310 ℃，五区 300 ℃～310 ℃，六区 290 ℃～300 ℃，七区290 ℃～300 ℃）。3）将步骤2中双螺杆挤出机的挤出物牵引、过水、风冷后送至切粒机切粒。4）将步骤3中切粒机的切粒置入干燥器干燥后，得到制品。

1.2 对比样品1

对比样品1的保护壳包括如下重量份数的原材料：50重量份尼龙6；40重量份玻璃纤维；10重量份增韧剂；1重量份相容剂；0.5重量份抗氧剂；5重量份偶联剂；0.5重量份润滑剂；10重量份赤铁矿粉；增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，润滑剂为乙撑双硬脂酰胺接枝物TAF；相容剂为马来酸酐接枝共聚物；抗氧剂为抗氧剂1010；赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数为1:1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；偶联剂为由偶联剂1和偶联剂2按质量比为1:1复配而成。

保护壳的制备步骤如下：1）将尼龙6和增韧剂放入中速混合器中预混1分钟～2分钟，然后将赤铁矿粉、偶联剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂放入中速混合器中再混合，在混合过程中进行脉冲磁场处理6小时，脉冲磁场强度为1特斯拉～2特斯拉，频率为3次/分钟。2）将步骤1中混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出的同时，引入玻璃纤维熔融挤出（双螺杆挤出机的加工工艺为，从双螺杆挤出机喂料口到机头分为7个区，各区熔融度为：一区260 ℃～280 ℃，二区280 ℃～290 ℃，三区290 ℃～300 ℃，四区300 ℃～310 ℃，五区300 ℃～310 ℃，六区290 ℃～300 ℃，七区290 ℃～300 ℃）。3）将步骤2中双螺杆挤出机的挤出物牵引、过水、风冷后送至切粒机切粒。4）将步骤3中切粒机的切粒置入干燥器干燥后，得到制品。

1.3 对比样品2

对比样品2的保护壳包括如下重量份数的原材料：50重量份尼龙6；40重量份玻璃纤维；10重量份增韧剂；1重量份相容剂；0.5重量份抗氧剂；5重量份偶联剂；0.5重量份润滑剂；10重量份赤铁矿粉；增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，润滑剂为乙撑双硬脂酰胺接枝物TAF；相容剂为马来酸酐接枝共聚物；抗氧剂为抗氧剂1010；赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数为1∶1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；偶联剂为由偶联剂1和γ-(甲基丙烯酰氧基)氯丙基三甲氧基硅烷按质量比为1∶1复配而成。

保护壳的制备步骤如下：1）将尼龙6和增韧剂放入中速混合器中预混1分钟～2分钟，然后将赤铁矿粉、偶联剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂放入中速混合器中再混合，在混合过程中进行脉冲磁场处理6小时，脉冲磁场强度为1特斯拉～2特斯拉，频率为3次/分钟。2）将步骤1中混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出的同时，引入玻璃纤维熔融挤出（双螺杆挤出机的加工工艺为，从双螺杆挤出机喂料口到机头分为7个区，各区熔融度为：一区260 ℃～280 ℃，二区280 ℃～290 ℃，三区290 ℃～300 ℃，四区300 ℃～310 ℃，五区300 ℃～310 ℃，六区290 ℃～300 ℃，七区290 ℃～300 ℃）。3）将步骤2中双螺杆挤出机的挤出物牵引、过水、风冷后送至切粒机切粒。4）将步骤3中切粒机的切粒置入干燥器干燥后，得到制品。

1.4 对比样品3

对比样品3的保护壳包括如下重量份数的原材料：50重量份尼龙6；40重量份玻璃纤维；10重量份增韧剂；1重量份相容剂；0.5重量份抗氧剂；5重量份偶联剂；0.5重量份润滑剂；10重量份赤铁矿粉；增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，润滑剂为乙撑双硬脂酰胺接枝物TAF；相容剂为马来酸酐接枝共聚物；抗氧剂为抗氧剂1010；赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数为1∶1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；偶联剂由γ-（甲基丙烯酰氧基）氯丙基三甲氧基硅烷和偶联剂2按质量比为1∶1复配而成。

保护壳的制备步骤如下：1）将尼龙6和增韧剂放入中速混合器中预混1分钟～2分钟，然后将赤铁矿粉、偶联剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂放入中速混合器中再混合，在混合过程中进行脉冲磁场处理6小时，脉冲磁场强度为1特斯拉～2特斯拉，频率为3次/分钟。2）将步骤1中混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出的同时，引入玻璃纤维熔融挤出（双螺杆挤出机的加工工艺为，从双螺杆挤出机喂料口到机头分为7个区，各区熔融度为：一区260 ℃～280 ℃，二区280 ℃～290 ℃，三区290 ℃～300 ℃，四区300 ℃～310 ℃，五区300 ℃～310 ℃，六区290 ℃～300 ℃，七区290 ℃～300 ℃）。3）将步骤2中双螺杆挤出机的挤出物牵引、过水、风冷后送至切粒机切粒。4）将步骤3中切粒机的切粒置入干燥器干燥后，得到制品。

1.5 对比样品4

对比样品3的保护壳包括如下重量份数的原材料：50重量份尼龙6；40重量份玻璃纤维；10重量份增韧剂；1重量份相容剂；0.5重量份抗氧剂；5重量份偶联剂；0.5重量份润滑剂；10重量份赤铁矿粉；增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，润滑剂为乙撑双硬脂酰胺接枝物TAF；相容剂为马来酸酐接枝共聚物；抗氧剂为抗氧剂1010；赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数为1∶1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)氯丙基三甲氧基硅烷。

保护壳的制备步骤如下：1）将尼龙6和增韧剂放入中速混合器中预混1分钟～2分钟，然后将赤铁矿粉、偶联剂、相容剂、抗氧剂和润滑剂放入中速混合器中再混合，在混合过程中进行脉冲磁场处理6小时，脉冲磁场强度为1特斯拉～2特斯拉，频率为3次/分钟。2）将步骤1中混合好的物料加入双螺杆挤出机中，在熔融挤出的同时，引入玻璃纤维熔融挤出（双螺杆挤出机的加工工艺为，从双螺杆挤出机喂料口到机头分为7个区，各区熔融度为：一区260 ℃～280 ℃，二区280 ℃～290 ℃，三区290 ℃～300 ℃，四区300 ℃～310 ℃，五区300 ℃～310 ℃，六区290 ℃～300 ℃，七区290 ℃～300 ℃）。3）将步骤2中双螺杆挤出机的挤出物牵引、过水、风冷后送至切粒机切粒。4）将步骤3中切粒机的切粒置入干燥器干燥后，得到制品。

2 实验表征

对测试样品及对比样品1~4的壳体材料进行力学性能检测，结果如下：测试样品的抗拉强度为294 Rm/MPa，对比样品1的抗拉强度为288 Rm/MPa，对比样品2的抗拉强度为279 Rm/MPa，对比样品3的抗拉强度为275 Rm/MPa，对比样品4的抗拉强度为266 Rm/MPa。

3 结论

从应用的结果来看，相比于现有的传统水表壳体，本研究提供的水表壳体抗拉强度大，可达294 Rm/MPa。其优势有两点：一是相比于添加单一的偶联剂或其他两种偶联剂的复配，使用本研究中特定的偶联剂更有利于提高各组分之间的交联缠绕程度，极大发挥偶联剂的整体效果，进而大幅提高水表防护壳的强度；二是进行脉冲磁场处理可以有效激发反应活性位点，也有助于进一步提高水表防护壳的强度。总的来看，该壳体材料可以充分保证智能水表的长久运行和安全运行。