CN113061304A

CN113061304A - 一种耐低温开裂的ppr管材料及其制备方法和制得的ppr管制品

Info

Publication number: CN113061304A
Application number: CN202110349735.5A
Authority: CN
Inventors: 王振; 陈建辉
Original assignee: Changchun Liansu Industrial Co ltd
Current assignee: Changchun Liansu Industrial Co ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: CN113061304B

Abstract

本发明公开了一种耐低温开裂的PPR管材料及其制备方法和制得的PPR管制品。本发明的耐低温开裂的PPR管材料，包括如下重量份的组分：PPR100重量份，PPB10重量份，β成核剂0.05～0.1重量份，LLDPE3～5重量份，色母粒3～5重量份；所述PPR管制品由所述PPR管材料制得，PPR管制品的制备方法包括成型、冷却、熟化处理。本发明通过PPB、β成核剂、LLDPE的加入，协同增效，有效改善了PPR的低温下脆性问题，获得了耐低温开裂性能优异的PPR管材料。利用上述PPR管材料，通过较低温度下的长时间熟化处理，有效降低PPR管材料中各组分的分子间张力，增强了结晶结构稳定性，进一步提升了PPR管制品的耐低温开裂性能。

Description

一种耐低温开裂的PPR管材料及其制备方法和制得的PPR管制品

技术领域

本发明涉及PPR管道的加工技术领域，更具体的，涉及一种耐低温开裂的PPR管材料及其制备方法和制得的PPR管制品。

背景技术

无规共聚聚丙烯(PPR)树脂是目前塑料管道材生产中最常用的原料之一。因共聚单体在聚丙烯主链上无规分布，改变了其分子结构和结晶特征，使得材料具有优异的物理机械性能、成型加工性能和良好的化学稳定性。PPR管材在制备上水管道、淡水输送管道、建筑采暖管道、化学物质输送管道、农林灌溉管道等领域均有广泛应用。

但PPR管材的自身韧性较差，特别是在东北等高寒地区，在-25℃环境下时，PPR管材的脆性大，在使用和施工过程中极易出现破裂，进而影响PPR管道的使用寿命和管道运输效果。

针对PPR管道的低温开裂问题，已有相关技术研究报道。中国专利申请CN109485996A公开了一种PPR管道，通过纳米粒子填充改性，提升了PPR管材的常温冲击效果，但对低温冲击贡献不大。中国专利申请CN 104592644 A公开了一种晶型可控的耐低温开裂PPR管道，利用晶型调控剂和长支链聚丙烯作为抗低温开裂改性剂提高了PPR管道的抗低温开裂性能，但其在0℃、1.5kg、1.5m的落锤冲击测试下仍有20％的PPR管道出现开裂情况，无法满足实际的低温环境抗开裂要求。

因此，需要开发出一种抗低温开裂性能优异的PPR管材料。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的裂纹开裂的缺陷，提供一种耐低温开裂的PPR管材料，该PPR管材料具有优异的耐低温开裂性能。

本发明的另一目的在于提供上述PPR管材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述PPR管材料制备得到的PPR管制品。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种耐低温开裂的PPR管材料，包括如下重量份的组分：

无规共聚聚丙烯(PPR)100份，

乙烯丙烯嵌段共聚聚丙烯(PPB)10～20份，

β成核剂0.05～0.1份，

线性低密度聚乙烯(LLDPE)3～5份，

色母粒3～5份。

在本发明的PPR管材料中，PPB与PPR为同极性材料，PPB的混入不会带来相容性的问题。同时，由于PPB中含有较多乙烯成分，因而PPB自身具有更优的耐低温、抗冲击特性；且PPB为嵌段共聚物，在嵌段共聚物中，乙烯和丙烯能够生成具有高抗冲击性能的弹性嵌段连段，而PPR为无规共聚物，乙烯和丙烯以单体形式共聚，乙烯单体的抗冲性能远小于弹性嵌段连段，因此PPB的加入也使得本发明的PPR管材料耐低温开裂性能更优。

同时β成核剂提高了PPR管材料的结晶速度及结晶度，以形成细小致密的球晶颗粒，使分子链在较高温度下具有很快的结晶速度，球晶可以比较规整地成长，数目很多、尺寸很小，从而在PPR与PPB共混的基础上，进一步提高PPR管材料在低温下的抗冲击能力及韧性。

LLDPE自身具有优异的耐高温和耐低温性能，且具有良好的柔韧性。将LLDPE与PPR、PPB共混时，LLDPE与各组分的分子结构融合度高，具有良好的相容性，并协同各组分，克服了PPR材料在低温环境下的开裂问题。

优选地，所述PPB中聚乙烯的含量为2～5wt.％。

可选的，所述PPB为台湾永3003、大庆炼化PPB4228。

优选地，所述色母粒为灰色或白色色母粒。

优选地，所述β成核剂为炜林纳WBG-II、山西省化工研究所TMB-5。

优选地，所述PPR管材料，包括如下重量份的组分：

PPR100份，PPB20份，β成核剂0.05份，LLDPE 5份，色母粒3份。

本发明所述PPR管材料在-25℃环境、0.5m高度、1kg、R10锤头的测试条件下，落锤冲击破损率为0％。

本发明保护上述耐低温开裂的PPR管材料的制备方法，包括如下步骤：

将PPR、PPB、LLDPE、色母粒、β成核剂混合均匀，得到耐低温开裂的PPR管材料。

本发明还保护一种耐低温开裂的PPR管制品，所述PPR管制品由上述PPR管材料制得。

本发明还保护上述耐低温开裂的PPR管制品的制备方法，包括如下步骤：

S1.将所述耐低温开裂的PPR管材料通过挤出成型或注塑成型，得到坯料，再经冷却定型，得到待处理PPR管制品；

S2.步骤S1得到的所述待处理PPR管制品在15～25℃环境下熟化处理≥24h，即得所述耐低温开裂的PPR管制品。

所述PPR管制品包括PPR管材、PPR管部件。

一般情况下，耐低温开裂的PPR管材料在成型、冷却后，经过100～120℃热处理。在本发明的制备过程中，PPR管材料经成型、冷却后，再经15～25℃的熟化处理，能够有效降低PPR管材料中各组分的分子间张力，增强了结晶结构稳定性。

优选地，步骤S1中所述挤出成型为使用单螺杆挤出机挤出，单螺杆挤出机前段采用孔式挤出，单螺杆挤出机中口模和芯棒的平直定型段长度为50～100mm。

通常单螺杆挤出机中口模和芯棒的平直定型段长度为30～60mm。通过螺杆模具的结构改进，增强了定型长度，提高了熔体出口模压力，有效增强了PPR管材料的塑化能力，加强PPR管制品在加工过程中的密实度及融合效果。

更优选地，步骤S1中所述挤出成型的料筒温度为180～210℃，合流芯温度为160～180℃，模具温度为180～10℃。

优选地，步骤S1中所述冷却定型为真空冷却，冷却时真空度为-0.02～-0.06MPa，冷却温度为15～23℃。

优选地，步骤S2中所述待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理24～48h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过PPB、β成核剂、LLDPE的加入，协同增效，有效改善了PPR的低温下脆性问题，获得了耐低温开裂性能优异的PPR管材料。

(2)本发明还开发了一种耐低温开裂的PPR管制品，利用上述PPR管材料，通过较低温度下的长时间熟化处理，有效降低PPR管材料中各组分的分子间张力，增强了结晶结构稳定性，进一步提升了PPR管制品的耐低温开裂性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例及对比例中的原料均可通过市售得到，其中：

PPR为PA14D，大庆炼化；

PPB为PPB4228，大庆炼化，其中聚乙烯的含量为2～5wt.％；

β成核剂为WBG-II，炜林纳；

LLDPE为SP980，LG；

色母粒为SM-103，星展塑胶。

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1～5

实施例1～5提供一种PPR管材料，各组分含量见表1，制备方法按照如下步骤：

表1实施例1～5PPR管材料的组分含量(重量份)

	1	2	3	4	5
						PPR	100	100	100	100	100
PPB	10	15	20	10	10
						β成核剂	0.05	0.05	0.05	0.1	0.05
LLDPE	5	5	5	5	3
						色母粒	5	5	5	5	5

实施例6～10

实施例6～10为分别使用实施例1～5的管材料制备得到的PPR管材，制备方法按照如下步骤：

S1.将耐低温开裂的PPR管材料通过单螺杆挤出机挤出成型，得到坯料，再经冷却定型，得到待处理PPR管制品；

其中单螺杆挤出机前段采用孔式挤出，单螺杆挤出机的模具口模及芯棒的平直定型段总长度为80mm；

挤出成型的料筒温度为180～210℃，合流芯温度为160～180℃，模具温度为180～210℃；

冷却定型为真空冷却，冷却时真空度为-0.02～-0.06MPa，冷却温度为15～23℃；

S2.步骤S1得到的所述待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理24h，即得PPR管材；PPR管材的外径20.00～20.24mm，壁厚为2.88～2.96mm。

实施例11～12

实施例11～12均为使用实施例1的管材料制备得到的PPR管材，制备方法与实施例6的区别在于：

实施例11的步骤S2中待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理48h；

实施例12的步骤S2中待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理60h。

实施例13～15

实施例13～15为分别使用实施例1～3的管材料通过注塑成型制备PPR管部件，制备方法按照如下步骤：

S1.将PPR管材料通过注塑，得到坯料，再经定型，得到待处理PPR管制品；

注塑的方法为：射胶速度15％压力60bar，保压1段压力50bar速度20％时间5s，保压2段压力40bar速度10％时间2s；

S2.步骤S1得到的所述待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理24h，即得PPR管部件；PPR管部件为Dn20部件。

对比例1～3

对比例1～3提供一种PPR管材料，各组分含量见表2，制备方法按照如下步骤：

根据表2将各组分混合，得到PPR管材料。

表2对比例1～3PPR管材料的组分含量(重量份)

	1	2	3
				PPR	100	100	100
PPB	-	10	10
				β成核剂	0.05	-	0.05
LLDPE	5	5	-
				色母粒	5	5	5

对比例4～6

对比例4～6为分别使用对比例1～3的管材料制备得到的PPR管制品，制备方法与实施例6～10相同。

对比例7

对比例7为使用实施例1的管材料制备得到的PPR管制品，制备方法按照如下步骤：

将PPR管材料通过单螺杆挤出机挤出成型，得到坯料，再经冷却定型，得到PPR管制品；

其中单螺杆挤出机前段采用孔式挤出，模具口模及芯棒加上30mm处理；

即冷却定型的PPR管制品不经过熟化处理过程。

对比例8～9

对比例8～9为使用实施例1的管材料制备得到的PPR管制品，制备方法与实施例6的区别在于：

对比例8的步骤S2中待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理6h；

对比例8的步骤S2中待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理12h。

对比例10～12

对比例10～12为分别使用对比例1～3的管材料通过注塑成型制备PPR管部件，制备方法按照如下步骤：

S1.将PPR管材料通过注塑，得到待处理PPR管制品；

对比例13

对比例13为使用实施例1的管材料通过注塑成型制备PPR管部件，制备方法按照如下步骤：

将PPR管材料通过注塑，得到PPR管制品；

PPR管部件为Dn20部件。

即注塑定型的PPR管制品不经过熟化处理过程。

性能测试

对实施例6～12和对比例4～9制备的PPR管制品进行性能测试，具体方法如下：

实施例6～12和对比例4～9的测试结果见表3。

实施例13～15和对比例10～13的测试结果见表4。

表3实施例6～12和对比例4～9的测试结果

表4实施例13～15和对比例10～13的测试结果

根据表3和表4的测试结果，根据本发明的技术方案制得的PPR管制品均具有良好的耐冲击性能，特别是在-25℃环境下，PPR管材的落锤冲击破损率为0，PPR管部件的跌落破损率为0，说明其耐低温开裂性能优异。根据实施例6～10，PPR管材料优选包括PPR100份、PPB20份、β成核剂0.05份、LLDPE 5份、色母粒3份。根据实施例11～12，待处理PPR管制品优选在20℃环境下熟化处理24～48h。熟化处理的时间大于48h时，对于PPR管制品的进一步性能提升没有效果。

对比例4～6、对比例10～12中使用的PPR管材料缺少PPB、β成核剂或LLDPE，其简支梁冲击和、-25℃下落锤冲击、-25℃下跌落实验的破损率均较高，无法满足低温环境下使用要求。对比例7～9、13中，PPR管制品的熟化温度过短或未经熟化，其低温开裂性能也较差。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种耐低温开裂的PPR管材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：

PPR100重量份，PPB10重量份，β成核剂0.05～0.1重量份，LLDPE3～5重量份，色母粒3～5重量份。

2.根据权利要求1所述PPR管材料，其特征在于，所述PPB中聚乙烯的含量为2～5wt.％。

3.根据权利要求1所述PPR管材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：

PR100份，PPB20份，β成核剂0.05份，LLDPE 5份，色母粒3份。

4.权利要求1～3任一项所述PPR管材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.一种耐低温开裂的PPR管制品，其特征在于，所述PPR管制品由权利要求1～3任一项所述PPR管材料制得。

6.权利要求5所述PPR管制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述待处理PPR管制品在20℃环境下熟化处理24～48h。

8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤S1中所述挤出成型为使用单螺杆挤出机挤出，单螺杆挤出机中口模和芯棒的平直定型段长度为50～100mm。

9.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤S1中所述挤出成型的料筒温度为180～210℃，合流芯温度为160～180℃，模具温度为180～210℃。

10.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤S1中所述冷却定型为真空冷却，冷却时真空度为-0.02～-0.06MPa，冷却温度为15～23℃。