CN112852061A - 一种速冷抗冲ppr管材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种速冷抗冲ppr管材及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种速冷抗冲PPR管材及其制备方法和应用。本发明的速冷抗冲PPR管材包括如下按重量份计算的组分：无规共聚聚丙烯100份；α成核剂1～4份；弹性体增韧剂3～8份；滑石粉0.05～0.5份；偶联剂0.01～0.1份；助剂0～10份；其中，所述滑石粉的粒径为10～20μm，所述弹性体增韧剂为丙烯基弹性体，且硬度shore A：75～90，拉伸断裂伸长率≥700％，拉伸强度≥13MPa。制备得到的速冷抗冲PPR管材的冷却速率可低至1.80℃/s，生产速度提高了至少19％，且具有较好的耐低温抗冲性能，在‑20℃下的缺口简支梁冲击强度可高达25MPa，低温落锤冲击通过率提高了至少52.8％，在20℃，1h以及95℃，22h条件下的静液压实验通过率均为100％，满足PPR管材的长期使用要求。

Description

一种速冷抗冲PPR管材及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于塑料管道技术领域，具体涉及一种速冷抗冲PPR管材及其制备方法和应用。
背景技术
PP-R(无规共聚聚丙烯)管具有环保、耐腐蚀、使用寿命长，具有良好的热熔接性能，安装方便，高温使用条件下具有良好的长期抗蠕变性能和承压性能，在家装冷热水管市场中得以快速的发展，广泛用于工业和居民建筑内生活给水。
目前在PPR管材配方中，通常通过添加β成核剂来提高管材的低温冲击性能(如中国专利CN106380698A)，但其成核条件苛刻，且增韧效果有限，且现有的配方在制备PPR管材的过程中，冷却定型时间较长，生产效率较低，虽然α成核剂可以在一定程度上提高聚丙烯的结晶度、结晶速度(如中国专利CN103554673A)，但是其冷却定型时间仍有待进一步提高。
因此，需要开发一种冷却定型时间短，且抗冲性能较好的PPR管材。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中PPR管材在制备过程中冷却时间较长，生产效率低，以及制备得到的PPR管材的抗低温冲击性能较差的缺陷，提供一种速冷抗冲PPR管材。本发明的速冷抗冲PPR管材的冷却速率可低至1.80℃/s，生产速度提高了至少19％，且具有较好的耐低温抗冲性能，在-20℃下的缺口简支梁冲击强度可高达25MPa，低温落锤冲击通过率提高了至少52.8％，在20℃，1h以及95℃，22h条件下的静液压实验通过率均为100％，满足PPR管材的长期使用要求。
本发明的另一目的在于，提供所述速冷抗冲PPR管材的制备方法。
本发明的另一目的在于，提供所述速冷抗冲PPR管材在输送冷热水中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种速冷抗冲PPR管材，包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0002923304280000011
Figure BDA0002923304280000021
其中，所述滑石粉的粒径为10～20μm；所述弹性体增韧剂为丙烯基弹性体，且硬度shore A：75～90，拉伸断裂伸长率≥700％，拉伸强度≥13MPa。
需要说明的是，本发明中丙烯基弹性的硬度按照《GB/T531-2008》标准进行测试；拉伸强度和断裂伸长率按照《GB/T528-2009》标准，在25℃下以100mm/min的拉伸速率，对哑铃状试样进行测试得到。
本发明通过大量研究发现，α成核剂不仅可以一定程度上提高聚丙烯的结晶度、结晶速度，同时还可以协同特定粒径(10～20μm)的滑石粉来起到成核并形成晶核的细微化和均质化；晶核的细微化和均质化可以大幅提高冷却定型效率，同时还可以达到提升PPR管材低温韧性的作用。但仅添加α成核剂和特定的滑石粉，对PPR管材低温韧性的提升还不够。本发明的发明人尝试利用丙烯基弹性体来进一步提升低温韧性，研究发现，PPR管材的韧性达到一定程度后，会对PPR管材的静液压强度产生不利的影响，静液压强度可以反映PPR管材的长期使用性能，静液压强度太低，PPR管材在长期使用过程中容易发生爆管现象。因此，本发明还选用了具有一定强度、硬度和断裂伸长率的丙烯基弹性体作为进行增韧，其不仅可以协同提升低温韧性，还可弹性体增韧剂来保证PPR管材的静液压强度。
本发明通过α成核剂、10～20μm滑石粉和具有一定强度、硬度和断裂伸长率的丙烯基类弹性体增韧剂之间的协同作用，可以提高PPR管材的生产效率，制备得到的PPR管材具有优异的低温抗冲性能，同时可以达到PPR管材的长期使用要求。
进一步优选地，所述速冷抗冲PPR管材，包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0002923304280000022
Figure BDA0002923304280000031
优选地，所述无规共聚聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为0.24～0.27g/10min。
优选地，所述α成核剂为有机磷酸盐。进一步优选为双(4-叔丁基苯基)磷酸钠或2,2,-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠中的一种或两种的组合。
优选地，所述偶联剂为钛酸酯或铝酸酯中的一种或两种的组合。
优选地，所述助剂为着色用色砂、色粉或分散剂中的一种或几种的组合。
所述速冷抗冲PPR管材的制备方法，包括如下步骤：
将无规共聚聚丙烯、α成核剂、弹性体增韧剂、滑石粉、偶联剂和助剂混合均匀后，经过熔融、挤出、冷却和切割，即得所述速冷抗冲PPR管材。
优选地，所述挤出的温度为185～205℃。
优选地，所述冷却为真空冷却或水箱冷却中的一种或几种的组合。
优选地，所述挤出可选用单螺杆挤出机。
优选地，所述单螺杆挤出机的长径比为34～38。
上述速冷抗冲PPR管材在输送冷热水中的应用也在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过α成核剂、10～20μm滑石粉和具有一定强度、硬度和断裂伸长率的丙烯基类弹性体增韧剂之间的协同作用，可以提高PPR管材的生产效率，制备得到的PPR管材具有优异的低温抗冲性能，同时可以达到PPR管材的长期使用要求。本发明的速冷抗冲PPR管材的冷却速率可低至1.80℃/s，生产速度提高了至少19％，且具有较好的耐低温抗冲性能，在-20℃下的缺口简支梁冲击强度可高达25MPa，低温落锤冲击通过率提高了至少52.8％，在20℃，1h以及95℃，22h条件下的静液压实验通过率均为100％，满足PPR管材的长期使用要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1～10
本实施例提供一系列速冷抗冲PPR管材，按照表1中的原料组成，具体制备包括如下步骤：
将无规共聚聚丙烯、α成核剂、弹性体增韧剂、滑石粉、偶联剂和助剂混合均匀后，将混合均匀的混合物料利用单螺杆挤出机进行熔融、挤出、冷却和造粒，。其中，单螺杆挤出机中螺杆的温度为185～200℃，模具的温度为190～205℃，口模处的料胚进入真空箱进行真空冷却定型，水箱冷却、计长切割(DN20，2.0MPa)，即得所述速冷型、抗低温冲击冷热水用无规共聚聚丙烯管材，管材的厚度为2.8mm。
表1各实施例原料组成(重量份)
Figure BDA0002923304280000041
注：弹性体增韧剂A的丙烯基弹性体的硬度shore A：90，拉伸断裂伸长率为700％，拉伸强度为15MPa；弹性体增韧剂B的丙烯基弹性体的硬度shore A：75，拉伸断裂伸长率为800％，拉伸强度为13MPa。
对比例1
本对比例与实施例3相比，不同之处在于，未添加滑石粉。
对比例2
本对比例与实施例3相比，不同之处在于，未添加α成核剂。
对比例3
本对比例与实施例3相比，不同之处在于，将α成核剂和弹性体增韧剂替换为β成核剂丁二酸。
对比例4
本对比例与实施例3相比，不同之处在于，将10μm的滑石粉替换为5μm的滑石粉。
对比例5
本对比例与实施例3相比，不同之处在于，将10μm的滑石粉替换为30μm的滑石粉。
对比例6
本对比例与实施例3相比，不同之处在于，将丙烯基弹性体替换为硬度shore A：40，拉伸断裂伸长率为1000％，拉伸强度为5MPa的丙烯基弹性体。
性能测试
对实施例及对比例制备得到的PPR管材进行性能测试，具体测试项目及测试方法如下：
1.PPR管材冷却速率：记录PPR管材出料(出料温度为205℃)后经过26～28℃的冷却水冷却至45℃所需的时间，即可计算得到PPR管材的冷却速率(℃/s)。
2.生产速度：统计每小时内生产的PPR管材的数量(单位为M)，即可计算得到生产速度(M/min)。
3.抗低温冲击性能：通过测定制备得到的PPR管材的简支梁冲击强度和低温落锤冲击强度测试来对PPR管材的抗低温冲击性能进行评价：
3.1缺口简支梁冲击强度(MPa)：按照《GB/T1043.1-2008》标准以及《GB/T1043.2-2018》在-20℃下进行测试，其中缺口类型为A型缺口；
3.2低温落锤冲击强度测试：按照《GB/T14152-2001》标准，将制备得到的PPR管材在0℃，1Kg锤重，25锤头条件下，在落锤0.6m的高度下，对100根PPR管材进行测试，其中，PPR管材不破裂为通过，PPR管材破裂为不通过，以通过率(％)来表征PPR管材的抗低温冲击性能。
4.PPR管材冷热水静液压实验测试：按照GB/T6111-2003标准，采用A型封头，分别进行20℃，1h以及95℃，22h液压实验，对100根PPR管材进行测试，观察是否存在爆管情况，不爆管为合格，以合格率(％)进行评价。
测试的结果详见表2。
表2性能测试结果
Figure BDA0002923304280000051
Figure BDA0002923304280000061
由表2的结果可以看出：
实施例1～11制备得到的速冷抗冲PPR管材冷却速率可低至1.80℃/s，生产速度(与对比例1～3相比)提高了至少19％；与对比例3～5相比具有较好的耐低温抗冲性能：-20℃的缺口简支梁冲击强度可高达25MPa，低温落锤冲击通过率提高了至少52.8％；与对比例6相比，在20℃，1h以及95℃，22h条件下的静液压实验通过率均为100％，满足PPR管材的长期使用要求。
对比例1、2的结果表明，未添加滑石粉或α成核剂中的任意一种，PPR管材的冷却速率无法达到本发明的效果；对比例3的结果表明，β成核剂来提高管材的低温冲击性能，但其成核条件苛刻，且增韧效果有限，同时在制备PPR管材的过程中，冷却定型时间较长，生产效率较低；对比例4的结果表明，若滑石粉的粒径太小，则滑石粉在聚丙烯基体中的分散性变差，易团聚，进而导致制备得到的PPR管材的抗低温冲击性能较差；对比例5的结果表明，若滑石粉的粒径较大，易导致晶核较大，进一步导致制备得到的PPR管材的抗低温冲击性能较差以及增加管材的静液压应力集中缺陷；对比例6的结果表明，如果选用超出本发明性能要求范围的丙烯基弹性体，其虽然可以大幅增韧，但是会增加管材的静液压应力集中缺陷，静液压通过率显著下降，无法满足长期使用要求。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种速冷抗冲PPR管材，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
Figure FDA0002923304270000011
其中，所述滑石粉的粒径为10～20μm；所述弹性体增韧剂为丙烯基弹性体，且硬度shore A：75～90，拉伸断裂伸长率≥700％，拉伸强度≥13MPa。
2.根据权利要求1所述速冷抗冲PPR管材，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
Figure FDA0002923304270000012
3.根据权利要求1所述速冷抗冲PPR管材，其特征在于，所述无规共聚聚丙烯在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为0.24～0.27g/10min。
4.根据权利要求1所述速冷抗冲PPR管材，其特征在于，所述α成核剂为有机磷酸盐。
5.根据权利要求4所述速冷抗冲PPR管材，其特征在于，所述α成核剂为双(4-叔丁基苯基)磷酸钠或2,2,-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠中的一种或两种的组合。
6.根据权利要求1所述速冷抗冲PPR管材，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯或铝酸酯中的一种或两种的组合。
7.根据权利要求1所述速冷抗冲PPR管材，其特征在于，所述助剂为着色用色砂、色粉或分散剂中的一种或几种的组合。
8.权利要求1～7任一项所述速冷抗冲PPR管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将无规共聚聚丙烯、α成核剂、弹性体增韧剂、滑石粉、偶联剂和助剂混合均匀后，经过熔融、挤出、冷却和切割，即得所述速冷抗冲PPR管材。
9.根据权利要求8所述述速冷抗冲PPR管材的制备方法，其特征在于，所述挤出的温度为185～205℃。
10.权利要求1～7任一项所述速冷抗冲PPR管材在输送冷热水中的应用。
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