CN102719011A - 一种新型聚丙烯双壁波纹管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新型聚丙烯双壁波纹管及其制备方法，其包括以下的组分：聚丙烯、硫酸钙晶须、β-成核剂、抗氧剂、偶联剂、相容剂、润滑剂和增韧剂；其制备方法包括以下步骤：1）按配方中各组分的份数称取各组分，搅拌均匀；2）将以上原料在双螺杆造粒机中加热熔融，硫酸钙晶须从侧喂料口加入，将各原料混炼挤出造粒，得到粒料；3）将粒料用单螺杆挤出机挤出、成型；4）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库管材。本发明制备的新型聚丙烯双壁波纹管引入硫酸钙（CaSO4）晶须和β-成核剂改性聚丙烯，可以大幅度提高产品管材的刚性、耐热性和韧性。同时，由于改性聚丙烯双壁波纹管的弹性模量高、弯曲强度大。

Description

一种新型聚丙烯双壁波纹管及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯双壁波纹管材领域，特别是涉及新型聚丙烯双壁波纹管及其制备方法。 
背景技术
近年来，我国快速城市化使得市政建设规模的不断扩大和对水污染的治理加快，排水系统作为城市的重要基础设施，对保障城市的正常运转及城市安全的作用也日益明显，城市排水设施的需求增长很快，合理的排水管材也成为排水系统的重要组成部分。随着新材料的开发与推广应用，越来越多的城市排水系统应用了聚氯乙烯（UPVC）、高密度聚乙烯（HDPE）等新型塑料管材。塑料波纹管在国内已逐步取代金属、水泥等其他传统管道，发展十分迅速，其应用量每年以50%以上的速度增长，市场前景良好。 
目前国内市场上的埋地排水排污管道所用原料主要集中在UPVC和HDPE。随着环境保护意识的提高，聚氯乙烯（UPVC）逐步退出市场。与聚乙烯（PE）相比，聚丙烯（PP）具有较高的弹性模量和较低的密度，在埋地排水排污管道上具有良好的性价比。 
聚丙烯（FNPP）埋地排水排污管道相比于传统埋地排水管道（HDPE、UPVC、混凝土管道）有着以下的优势： 
（1）低密度，重量轻，更利于施工安装，更能节约成本，与传统排水排污管道相比，具有更高的性价比。同时，在施工现场不需要大型的安装设备，在施工效率和安全性上更优于传统排水排污管道。 
（2）可以用承插、套筒、热熔等多种连接方式，便于实现非开挖长距离排水管道施工。 
（3）使用寿命长，可达五十年以上。 
（4）相对于HDPE管有着更好的耐热性、耐腐蚀性；比UPVC管有着更好的柔韧性。 
但是，由于聚丙烯竖直刚度较高但韧性差，尤其是在低温环境下很容易发生脆性破坏，严重影响管材的使用寿命。所以，如何生产出刚性更高、同时韧性好的聚丙烯双壁波纹管成为本领域还需解决的问题。 
发明内容
为了避免背景技术中的不足之处，本发明提供一种刚性高、韧性好、且热变形温度高的新型聚丙烯双壁波纹管及其制备方法。 
本发明采用如下的技术方案：一种新型聚丙烯双壁波纹管，所述聚丙烯双壁波纹管的材料包括以下重量份的组分： 
聚丙烯        82-90份； 
硫酸钙晶须         6-8份； 
β-成核剂          0.1-1份； 
抗氧剂             0.2-0.5份； 
偶联剂             0.1-0.5份； 
相容剂             1-3份； 
润滑剂             0.1-0.3份； 
增韧剂             2-5份。 
所述β-成核剂为以下芳酰胺类化合物中的一种：2、6-萘二甲酰胺或聚烯烃β-晶型成核剂TMB-5。 
所述抗氧剂为抗氧剂1010（四季戊四醇酯）和抗氧剂168（三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯）按任意比例混合的混合物。 
所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。 
所述相容剂为下列中的一种：丙烯酸接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。 
所述润滑剂为己烯基双硬脂酰胺。 
所述增韧剂为聚辛烯-乙烯热弹体。 
本发明，所述的新型聚丙烯双壁波纹管的制备方法，其包括以下步骤： 
1）按配方中各组分的份数称取聚丙烯、β-成核剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、增韧剂，在常温下在高速搅拌机中搅拌混合5分钟使其均匀，搅拌速度为800-1000r/min； 
2）将步骤1）的混合原料转移至长径比为46：1的双螺杆造粒机中加热熔融，再将经偶联剂进行表面处理过的硫酸钙晶须从双螺杆造粒机的第五区侧喂料口加入，与步骤1）的混合料混合挤出造粒，得到粒料； 
3）将步骤2）得到的粒料用单螺杆挤出机挤出、成型管材； 
4）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库。 
所述步骤2）中的双螺杆挤出的挤出温度为180-240℃。 
所述步骤3）中，将步骤2）的粒料加入单螺杆挤出机中，在185-235℃的挤出温度下挤出成型，挤出压力为5-10MPa，挤出真空度为-0.05~-0.03MPa，挤出的管材牵引速度为1-5m/min。 
所述偶联剂对硫酸钙晶须进行表面处理的操作为：在质量分数为90%的无水乙醇水溶液中加入质量分数为25%的醋酸及质量分数为10%的偶联剂，搅拌均匀，再将硫酸钙晶须加入溶剂中浸没，在50℃下磁力搅拌，然后过滤，水洗至中性，于110℃下抽真空，干燥，密 闭储存备用。 
本发明聚丙烯（FNPP）中，F表示增强；N表示成核改性；PP表示聚丙烯。 
本发明中，利用硫酸钙（CaSO4）晶须材料的特性和β-成核剂改进均聚聚丙烯双壁波纹管产品的刚性、韧性和管道的热变形温度。CaSO4晶须一般长度为100～200um，直径为1～3um，其性能集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，主要表现为耐高温（1400℃左右）、耐酸碱、抗腐蚀、高韧性、高强度、高模量、耐磨耗，易于表面处理、易与聚合物复合，所以其具备了与聚丙烯（PP）非常好的相容性。 
在生产FNPP原材料的加入过程中，CaSO4晶须必须在机台的侧喂料口加入，添加比例控制在6-8重量份，而不能在高搅中混合该材料，以免破坏其纤维针状结构。 
β-成核剂为芳酰胺类化合物，属六方晶系，β-成核剂与聚丙烯（PP）及相关助剂的混合，搅拌时间不低于5min，搅拌速率保持在800-1000r/min，添加量不低于千分之一，β-成核剂的添加对聚丙烯的性能和结晶形态有着重要影响。聚丙烯多数结构呈现α晶型结构，属单斜晶系（晶型结构表现为径向层厚度远大于轴向层厚度），性能主要表现为刚性好，韧性差，热变形温度偏低，加入β-成核剂就是为了让α晶型结构向β晶型结构（晶型结构表现为径向层厚度等于轴向层厚度）转变。这样热变形温度在原有基础上提高15～20度，韧性在原有基础上提高了5-7倍，实现材料刚性和韧性的均衡提高；并且促进了结晶速度，使制品成型时间缩短，生产效率得到提高。 
由于本发明在原料中添加了硫酸钙（CaSO4）晶须和β-成核剂，从而使制备的聚丙烯双壁波纹管的性能得到很大的改进，使该聚丙烯双壁波纹管产品在应用上得到了新的拓展： 
1）在防腐蚀领域的应用；除了强氧化性酸、油类，一些有机溶剂之外的多数酸碱、盐及相关化工腐蚀性介质的输送，某些带有温度（通常50℃～70℃）的液态介质（含污水及某些化工材料）和气体的输送，某些带有颗粒性固体的输送，以上内压不超过0.1MPa。 
2）非开挖领域的应用；由于材料拉伸强度高、弹性模量高，所以产品在某些非开挖领域可以取代实壁管在排污上的应用。 
本发明制备的新型聚丙烯双壁波纹管引入硫酸钙（CaSO4）晶须和β-成核剂改性聚丙烯，可以大幅度提高产品管材的刚性、耐热性和韧性，从而解决了聚丙烯既要提高刚性又要提高韧性的矛盾。同时，由于改性聚丙烯双壁波纹管的弹性模量高、弯曲强度大，在同类产品结构及相同刚度条件下，其重量较轻，物理性能和化学性能突出，具有良好的性价比和推广前景。 
具体实施方式
本发明通过以下实施例作进一步阐述。 
本发明一种新型聚丙烯双壁波纹管，所述聚丙烯双壁波纹管包括以下重量份的组分： 
聚丙烯          82-90份； 
硫酸钙晶须      6-8份； 
β-成核剂       0.1-1份； 
抗氧剂          0.2-0.5份； 
偶联剂          0.1-0.5份； 
相容剂          1-3份； 
润滑剂          0.1-0.3份； 
增韧剂          2-5份。 
所述的新型聚丙烯双壁波纹管的制备方法，其包括以下步骤： 
1）按配方中各组分的份数称取聚丙烯、β-成核剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、增韧剂，在常温下在高速搅拌机中搅拌混合5分钟使其均匀，搅拌速度为800-1000r/min； 
2）将步骤1）的混合原料转移至长径比为46：1的双螺杆造粒机中加热熔融，再将经偶联剂进行表面处理过的硫酸钙晶须从双螺杆造粒机的第五区侧喂料口加入，与步骤1）的混合料混合挤出造粒，得到粒料； 
3）将步骤2）得到的粒料用单螺杆挤出机挤出、成型管材； 
4）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库。 
所述步骤2）中的双螺杆挤出的挤出温度为180-240℃。 
所述步骤3）中，将步骤2）的粒料加入单螺杆挤出机中，在185-235℃的挤出温度下挤出成型，挤出压力为5-10MPa，挤出真空度为-0.05~-0.03MPa，挤出的管材牵引速度为1-5m/min。 
实施例1 
1）先按一下配方称取原料； 
聚丙烯                 82kg； 
硫酸钙晶须             8kg； 
β-成核剂2、6-萘二甲酰胺  0.1kg； 
抗氧剂1010         0.1kg； 
抗氧剂168          0.4kg； 
偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷  0.1kg； 
相容剂丙烯酸接枝聚丙烯     3kg； 
润滑剂己烯基双硬脂酰胺     0.1kg； 
增韧剂聚辛烯-乙烯热弹体    5kg。 
2）按配方中各组分的份数称取聚丙烯、β-成核剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、增韧剂，在常温下在高速搅拌机中搅拌混合5分钟使其均匀，搅拌速度为800r/min； 
3）将步骤1）的混合原料转移至长径比为46：1的双螺杆造粒机中加热熔融，再将经偶联剂进行表面处理过的硫酸钙晶须从双螺杆造粒机的第五区侧喂料口加入，与步骤1）的混合料混合，在200~210℃下挤出造粒，得到粒料； 
4）将步骤2）得到的粒料用单螺杆挤出机在185-195℃的挤出温度下挤出成型，挤出压力为5MPa，挤出真空度为-0.05~-0.03MPa，挤出的管材牵引速度为1m/min； 
5）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库。 
实施例2 
1）先按一下配方称取原料； 
聚丙烯            90kg； 
硫酸钙晶须        6kg； 
聚烯烃β-晶型成核剂TMB-5    1kg； 
抗氧剂1010        0.1kg； 
抗氧剂168         0.1kg； 
偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷  0.5kg； 
相容剂马来酸酐接枝聚丙烯     1kg； 
润滑剂己烯基双硬脂酰胺       0.3kg； 
增韧剂聚辛烯-乙烯热弹体      2kg。 
2）按配方中各组分的份数称取聚丙烯、β-成核剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、增韧剂，在常温下在高速搅拌机中搅拌混合5分钟使其均匀，搅拌速度为1000r/min； 
3）将步骤1）的混合原料转移至长径比为46：1的双螺杆造粒机中加热熔融，再将经偶联剂进行表面处理过的硫酸钙晶须从双螺杆造粒机的第五区侧喂料口加入，与步骤1）的混合料混合，在190~200℃下挤出造粒，得到粒料； 
4）将步骤2）得到的粒料用单螺杆挤出机在195-205℃的挤出温度下挤出成型，挤出压力为10MPa，挤出真空度为-0.05~-0.03MPa，挤出的管材牵引速度为5m/min； 
5）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库。 
实施例3 
1）先按一下配方称取原料； 
聚丙烯         85kg； 
硫酸钙晶须     7kg； 
β-成核剂2、6-萘二甲酰胺  0.5kg； 
抗氧剂168       0.1kg； 
抗氧剂1010      0.2kg； 
偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷  0.3kg； 
相容剂马来酸酐接枝聚丙烯       2kg； 
润滑剂己烯基双硬脂酰胺         0.2kg； 
增韧剂聚辛烯-乙烯热弹体        3kg。 
2）按配方中各组分的份数称取聚丙烯、β-成核剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、增韧剂，在常温下在高速搅拌机中搅拌混合5分钟使其均匀，搅拌速度为900r/min； 
3）将步骤1）的混合原料转移至长径比为46：1的双螺杆造粒机中加热熔融，再将经偶联剂进行表面处理过的硫酸钙晶须从双螺杆造粒机的第五区侧喂料口加入，与步骤1）的混合料混合，在230-240℃下挤出造粒，得到粒料； 
4）将步骤2）得到的粒料用单螺杆挤出机在205-215℃的挤出温度下挤出成型，挤出压力为7MPa，挤出真空度为-0.05~-0.03MPa，挤出的管材牵引速度为3m/min； 
5）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库。 
实施例4 
1）先按一下配方称取原料； 
聚丙烯           87kg； 
硫酸钙晶须       7kg； 
聚烯烃β-晶型成核剂TMB-5   0.7kg； 
抗氧剂1010            0.2kg； 
抗氧剂168             0.2kg； 
偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷  0.4kg； 
相容剂丙烯酸接枝聚丙烯      2kg； 
润滑剂己烯基双硬脂酰胺      0.2kg； 
增韧剂聚辛烯-乙烯热弹体     4kg。 
2）按配方中各组分的份数称取聚丙烯、β-成核剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、增韧剂，在常温下在高速搅拌机中搅拌混合5分钟使其均匀，搅拌速度为900r/min； 
3）将步骤1）的混合原料转移至长径比为46：1的双螺杆造粒机中加热熔融，再将经偶联剂进行表面处理过的硫酸钙晶须从双螺杆造粒机的第五区侧喂料口加入，与步骤1）的混合料混合，在180~190℃下挤出造粒，得到粒料； 
4）将步骤2）得到的粒料用单螺杆挤出机在215-235℃的挤出温度下挤出成型，挤出压力为6MPa，挤出真空度为-0.05~-0.03MPa，挤出的管材牵引速度为4m/min； 
5）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库。 
实施例3所得聚丙烯双壁波纹管材（FNPP）的物理化学性能指标如表1所示，从表1中可看出，本发明得到的聚丙烯双壁波纹管材刚性好，耐热性好，韧性高。 
表1FNPP管材物理化学性能指标 
实施例3所得聚丙烯双壁波纹管材（FNPP）的系统的性能要求如表2所示，表2中可看出，本发明得到的聚丙烯双壁波纹管材达到系统的各项性能要求，在各种静液压的条件下均不泄露。 
表2系统的性能要求 
Figure BDA00001811276000081
实施例3所得聚丙烯双壁波纹管材（FNPP）与国内外同类产品的比较如表3所示，从表3中可看出，本发明得到的聚丙烯双壁波纹管材与同类产品相比，环刚度更高，耐腐蚀性能更好，使用寿命长，蠕变比率更低，其具有良好的性价比和推广前景。 
表3国内外同类产品比较 
Figure BDA00001811276000082
Figure BDA00001811276000091

Claims (10)

1.一种新型聚丙烯双壁波纹管，其特征在于：所述聚丙烯双壁波纹管的材料包括以下重量份的组分：
聚丙烯          82-90份；
硫酸钙晶须      6-8份；
β-成核剂       0.1-1份；
抗氧剂          0.2-0.5份；
偶联剂          0.1-0.5份；
相容剂          1-3份；
润滑剂          0.1-0.3份；
增韧剂          2-5份。
2.根据权利要求1所述的新型聚丙烯双壁波纹管，其特征在于：所述β-成核剂为以下芳酰胺类化合物中的一种：2、6-萘二甲酰胺或聚烯烃β-晶型成核剂TMB-5。
3.根据权利要求1所述的新型聚丙烯双壁波纹管，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
4.根据权利要求1所述的新型聚丙烯双壁波纹管，其特征在于：所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的新型聚丙烯双壁波纹管，其特征在于：所述相容剂为下列中的一种：丙烯酸接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
6.根据权利要求1所述的新型聚丙烯双壁波纹管，其特征在于：所述润滑剂为己烯基双硬脂酰胺。
7.根据权利要求1所述的新型聚丙烯双壁波纹管，其特征在于：所述增韧剂为聚辛烯-乙烯热弹体。
8.根据权利要求1所述的新型聚丙烯双壁波纹管的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1）按配方中各组分的份数称取聚丙烯、β-成核剂、抗氧剂、相容剂、润滑剂、增韧剂，在常温下在高速搅拌机中搅拌混合5min使其均匀，搅拌速度为800-1000r/min；
2）将步骤1）的混合原料转移至长径比为46：1的双螺杆造粒机中加热熔融，再将经偶联剂进行表面处理过的硫酸钙晶须从双螺杆造粒机的第五区侧喂料口加入，与步骤1）的混合料混合挤出造粒，得到粒料；
3）将步骤2）得到的粒料用单螺杆挤出机挤出、成型管材；
4）将成型的管材经扩口、冷却、切割、检验、入库。
9.根据权利要求8所述的新型聚丙烯双壁波纹管的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中的双螺杆挤出的挤出温度为180-240℃。
10.根据权利要求8所述的新型聚丙烯双壁波纹管的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，将步骤2）的粒料加入单螺杆挤出机中，在185-235℃的挤出温度下挤出成型，挤出压力为5-10MPa，挤出真空度为-0.05~-0.03MPa，挤出的管材牵引速度为1-5m/min。
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