CN107883076A - 一种高耐压和高抗冲ppr管 - Google Patents

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应淑妮
陈国贵
薛冠
应灵慧
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    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

本发明提供一种高耐压、高抗冲PPR管,其特征在于所述PPR管具有三层结构,管道中间层(2)采用纤维(4)增强PPR树脂,中间层同时引入柔性相容剂,管材内层(3)、外层原料(1)采用β成核剂改性PPR树脂。本发明的优点:通过引入纤维增强层,可以提高管材强度;同时引入柔性相容剂,可以进一步改善管材的抗冲击性能;通过引入β成核剂改性,可以进一步提高管材的韧性。通过结构和添加剂的改性,保证了PPR管道具有更高的耐压和抗冲性能。

Description

一种高耐压和高抗冲PPR管
【技术领域】
本发明涉及管材技术领域,具体地说是一种高耐压和高抗冲PPR管。
【背景技术】
无规共聚聚丙烯(PP-R)管道为国内主要的家用给水管道。随着技术的发展,人们对管道的要求也越来越高。纤维增强PPR管道可以一定程度上提高PPR管道的耐压性能,但是又容易出现低温脆性问题。主要是由于常规的纤维改性PPR时,界面不处理,容易出现界面薄弱;而添加相容剂后,过强的界面粘结,则会降低复合材料阻止裂纹扩展及吸收外加冲击能量的能力。综上都会使复合材料的抗冲及抗疲劳性能大幅度下降。因此在纤维改性PPR材料中,引入一层可变形的柔性界面层一定程度上可以解决脆性问题。
此外,β晶特有的束状聚集体结构,使材料在受到外力冲击的时候可以引发大量的微细裂纹,从而吸收大量的冲击能量,提高材料的韧性。但是当添加纤维、β成核剂共存时,由于在挤出过程中纤维的高剪切容易抑制β成核,因此,在结构设计时,内外层添加β成核剂,而中间层从成本和有效性考虑,不添加β成核剂。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种高耐压和高抗冲PPR管。
本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种高耐压和高抗冲PPR管,其具有三层结构,分为内层,中间层和外层,在内层和外层之间设置中间层。
中间层的材料采用纤维增强PPR树脂,中间层的材料同时引入柔性相容剂。
内层的原料为采用β成核剂改性PPR树脂。
外层的原料采用β成核剂改性PPR树脂。
中间层的原料,其组份质量百分比为:
增强纤维为25-30%;柔性相容剂为5%-10%;其他为常规PPR原料,常规PPR原料为PPR树脂、色母粒、抗氧剂等。
所述的柔性相容剂为嵌段共聚物PS-PHEA,分子量为25000-50000,HEA含量30-50%。
所述增强纤维为玻璃纤维,玄武岩纤维中的一种或配合使用,优选为玄武岩纤维,纤维为短切纤维。
玄武岩纤维具有良好的耐化学腐蚀性、高轴向抗拉强度、抗疲劳性能、大的弹性变形能力、非磁性、重量轻等方面优异性能。
内层的原料,其组份质量百分比为:
β成核剂为0.1‰-2‰,相容剂为1%-5%,其他为常规PPR原料常规PPR原料为PPR树脂、色母粒、抗氧剂等。
外层的原料和内层的原料相同。
所述管材为三台单螺杆挤出机共挤挤出,三层结构分布为:内层10-35%,中间层30-50%,外层10-35%。
所制管材的尺寸为D20*2.8。
与现有技术相比,本发明的积极效果是:
1.提高了PPR管材的耐压性能,并同时解决了PPR管存在易脆性破坏的问题。在中间层玻纤增强的同时,引入中间柔性相容剂;而内外层则进行了β成核剂改性。所制备的新型PPR管在提高PPR整体强度的同时,保证了抗冲性能,解决了脆性开裂问题,是一种高耐压、高抗冲PPR管。
2.突破常规纤维增强树脂的配方,引入柔性相容剂,解决了纤维与PPR树脂之间界面薄弱的问题,更大程度的发挥纤维增强PPR的作用功效。
3.引入β成核剂,在提高管材韧性的同时,还可以进一步提高管材的高温耐压性能。
【附图说明】
图1为一种高耐压和高抗冲PPR管示意图;其中,1a为径向剖面图,1b为轴向剖面图;
图2为柔性相容剂作用在PPR/纤维界面的示意图。
附图中的标号分别为:1外层,2中间层,3内层,4纤维,5β成核剂。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种高耐压和高抗冲PPR管的具体实施方式。
实施例1
请参见附图1,一种高耐压和高抗冲PPR管,其具有三层结构,分为内层3,中间层2和外层1,在内层和外层之间设置中间层;
中间层的材料采用纤维4增强PPR树脂,中间层的材料同时引入柔性相容剂。
内层的原料为采用β成核剂5改性PPR树脂。
外层的原料采用β成核剂改性PPR树脂。
一种高耐压、高抗冲PPR管,其结构为30%的无规共聚聚丙烯外层,30%的无规共聚聚丙烯内层,40%的中间纤维增强层。选用树脂为大庆炼化PPR,牌号PA14D。中间增强层中,选用纤维为玄武岩纤维,纤维含量为25%;PS-PHEA的Mn为38950,添加比例为5%。内外层添加的β成核剂添加比例为1‰,相容剂为MPP(马来酸酐接枝PP),添加比例为5%。
三层原料均为根据配方设计的双螺杆挤出造粒料。
三层复合管的制备是通过三台单螺杆挤出机复合挤出,并通过三段式冷却方法,最大程度保证β晶体的生长。冷却速度依次为一段、三段快速冷却,二段缓慢冷却。具体实施为:一段和三段冷却水箱通入20℃冷却水,冷却水箱长度分别为2米和6米;中间段为保温装置,关停冷却水,保证β成核剂在最佳生长温度下生长,保温段长度为20米;此外,制得产品110℃退火2h。
实施例2
一种高耐压和高抗冲PPR管,其结构为25%的无规共聚聚丙烯外层,25%的无规共聚聚丙烯内层,50%的中间纤维增强层。选用树脂为大庆炼化PPR,牌号PA14D。中间增强层中,选用纤维为玄武岩纤维,纤维含量为25%;PS-PHEA的Mn为38950,添加比例为5%。内外层添加的β成核剂添加比例为2‰,相容剂为MPP(马来酸酐接枝PP),添加比例为5%。
三层原料均为根据配方设计的双螺杆挤出造粒料。
三层复合管的制备是通过三台单螺杆挤出机复合挤出,并通过三段式冷却方法,最大程度保证β晶体的生长。冷却速度依次为一段、三段快速冷却,二段缓慢冷却。具体实施为:一段和三段冷却水箱通入20℃冷却水,冷却水箱长度分别为2米和6米;中间段为保温装置,关停冷却水,保证β成核剂在最佳生长温度下生长,保温段长度为20米;此外,制得产品110℃退火2h。
实施例3
一种高耐压和高抗冲PPR管,其结构为25%的无规共聚聚丙烯外层,25%的无规共聚聚丙烯内层,50%的中间纤维增强层。选用树脂为大庆炼化PPR,牌号PA14D。中间增强层中,选用纤维为玄武岩纤维,纤维含量为25%;PS-PHEA不添加。内外层添加的β成核剂添加比例为2‰,相容剂为MPP(马来酸酐接枝PP),添加比例为5%。
三层原料均为根据配方设计的双螺杆挤出造粒料。
三层复合管的制备是通过三台单螺杆挤出机复合挤出,并通过三段式冷却方法,最大程度保证β晶体的生长。冷却速度依次为一段、三段快速冷却,二段缓慢冷却。具体实施为:一段和三段冷却水箱通入20℃冷却水,冷却水箱长度分别为2米和6米;中间段为保温装置,关停冷却水,保证β成核剂在最佳生长温度下生长,保温段长度为20米;此外,制得产品110℃退火2h。
实施例4
一种高耐压和高抗冲PPR管,其结构为25%的无规共聚聚丙烯外层,25%的无规共聚聚丙烯内层,50%的中间纤维增强层。选用树脂为大庆炼化PPR,牌号PA14D。中间增强层中,选用纤维为玻璃纤维,纤维含量为25%;PS-PHEA的Mn为38950,添加比例为5%。内外层添加的β成核剂添加比例为2‰,相容剂为MPP(马来酸酐接枝PP),添加比例为5%。
三层原料均为根据配方设计的双螺杆挤出造粒料。
三层复合管的制备是通过三台单螺杆挤出机复合挤出,并通过三段式冷却方法,最大程度保证β晶体的生长。冷却速度依次为一段、三段快速冷却,二段缓慢冷却。具体实施为:一段和三段冷却水箱通入20℃冷却水,冷却水箱长度分别为2米和6米;中间段为保温装置,关停冷却水,保证β成核剂在最佳生长温度下生长,保温段长度为20米;此外,制得产品110℃退火2h。
具体的分析比较如下:
制备的管材的综合性能汇总于表1:
从数据可以看出,通过结构及配方改性,所制备的改性PPR管有明显的抗冲击和耐压性能的提升,适当提高成核剂比例可以进一步提高综合性能。实施例3不添加柔性相容剂,综合性能有所下降,说明柔性相容剂的添加有利于综合性能的提高。纤维的改变对性能略微变化,玄武岩纤维改性略高于玻纤。
结晶情况汇总于表2:
样品 β晶型结晶度 α晶型结晶度 总结晶度Xc β晶体相对含量
纯PPR / 38.72% 38.72% /
内外层实施例1 26.54% 14.68% 41.22% 64.38%
内外层实施例2 29.42% 14.16% 43.58% 67.51%
结晶情况分析看出,添加1‰的成核剂明显改变材料结晶性能,可以有较高的β结晶含量,进一步提高添加量后,β晶含量进一步提高,但提高不明显。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种高耐压和高抗冲PPR管,其特征在于,其具有三层结构,分为内层,中间层和外层,在内层和外层之间设置中间层;
中间层的材料采用纤维增强PPR树脂,中间层的材料同时引入柔性相容剂;
内层的原料为采用β成核剂改性PPR树脂;
外层的原料采用β成核剂改性PPR树脂。
2.如权利要求1所述的一种高耐压和高抗冲PPR管,其特征在于,中间层的原料,其组份质量百分比为:增强纤维为25-30%;柔性相容剂为5%-10%;其他为常规PPR原料。
3.如权利要求2所述的一种高耐压和高抗冲PPR管,其特征在于,所述的柔性相容剂为嵌段共聚物PS-PHEA,分子量为25000-50000,HEA含量30-50%。
4.如权利要求2所述的一种高耐压和高抗冲PPR管,其特征在于,所述增强纤维为玄武岩纤维,玄武岩纤维为短切纤维。
5.如权利要求1所述的一种高耐压和高抗冲PPR管,其特征在于,内层的原料,其组份质量百分比为:β成核剂为0.1‰-2‰,相容剂为1%-5%,其他为常规PPR原料。
6.如权利要求1所述的一种高耐压和高抗冲PPR管,其特征在于,高耐压和高抗冲PPR管通过三台单螺杆挤出机共挤挤出,三层结构分布为:内层10-35%,中间层30-50%,外层10-35%。
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