[发明专利]一种抗低温冲击的PP-R复合管材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及管道技术领域，具体涉及一种抗低温冲击的PP-R复合管材及其制备方法。

背景技术

高聚物的微观结构对其性能起着决定性的作用，高聚物的主链结构对分子链的刚柔性影响最大，对于等规聚丙烯来说，由于主链上的甲基在空间有序排列，因此主链上的C-C键内旋受阻，分子链的柔性小，冲击强度较低。采用乙烯丙烯共聚的方法，在丙烯聚合时引入少量乙烯进行共聚，其效果等同于在等规聚丙烯主链上引入缺陷，使主链的平均等规度和等规序列长度均下降，分子链的柔顺性增加。与均聚的等规聚丙烯相比，乙烯丙烯共聚物的拉伸强度、模量、硬度和热变形温度等均有下降，冲击强度得到提高。随着共聚单体中乙烯含量的增加，乙烯丙烯共聚物与等规聚丙烯均聚物的性能差别也将进一步扩大。

PP-R管材以乙烯和丙烯的无规共聚物为原料，无规共聚物中乙烯含量为2.5-5.5％。采用¹³C-NMR对无规共聚物进行分析可以看出，无规共聚物是镶嵌着单个乙烯单元的长嵌段聚丙烯链结构，乙烯在其序列结构中主要以PPE和PEP存在。在乙烯含量较低时，EPE、EEE、EEP均为零；随着乙烯含量的提高，只出现少量的EPE、EEE和EEP。

PP-R管材在10℃-70℃温度范围(特别在高温度段)具有较高抗蠕变特性，可承受较高工作压力，并具有耐蚀、无毒、可熔接等优点，是冷热水及采暖系统的理想选择。但是，在实际应用中，PP-R管材的低温脆性带来许多显而易见的问题。譬如，在冬季的运输过程中容易被颠破，在施工过程中受重物的撞击易发生碎裂，这些问题困扰着PP-R管材生产厂家或经销商。

目前，为了改善PP-R管材的低温脆性，很多厂家在PP-R粒料中掺混较大比例的PP-B粒料(PP-B含量达25％以上)，然后在单螺杆挤出机中直接挤出成型管材。PP-B粒料中乙烯含量达到7％以上，而且EEE、EEP含量较PP-R大大提高。乙丙橡胶对PP-B管材的刚性及韧性的影响是反方向的：随着乙丙橡胶含量的增加，PP-B的韧性即冲击强度提高，而刚性逐步下降。根据国家标准GB/T18742《冷热水用聚丙烯管道系统》中的相关规定，与PP-H、PP-R相比，PP-B在各个级别的设计应力要小35-42％，由此可以看出，PP-B的耐内压性能较PP-R要差很多。因此，在PP-R中掺混大量PP-B粒料，且通过单螺杆挤出机直接挤出时，PP-R材料和PP-B材料混合得不是很均匀，这导致PP-R管材的耐内压性能的下降。

为了改善PP-R管材的耐内压性能，国外一些大型材料、管材厂家(如北欧化工、乔治-费舍尔)通过改善PP的结晶结构，提高管材中β结晶的含量来显著提升管材在高温下的耐内压性能。德国标准DIN8078已经将此类产品单独列出，提高其耐内压性能指标，并命名为PPR-RCT。

为了解决PP-R管材抗低温冲击性能差的问题，需要对PP-R管材进行改良。

发明内容

本发明提供了一种抗低温冲击的PP-R复合管材及其制备方法，能够解决现有技术中PP-R管材抗低温冲击性能差的问题，并且维持PP-R管材原有的优良性能。

一种抗低温冲击的PP-R复合管材，所述PP-R复合管材包括内外依次嵌套的至少两层，其中至少一层为韧性层，所述PP-R复合管材采用共挤模具一次挤出成型。

现有技术中，为了改善管材的低温抗冲击性能，一方面，可以从管材的原料着手，即对材料的原料进行化学改性，或者在原料中添加改性剂进行物理改性；另一方面，也可以从管材的结构着手，即改变管材的结构组成。

本发明通过改变管材的结构组成，在管材中添加韧性层，通过韧性层提升PP-R管材的抗低温冲击性能。现有技术中，PP-R管材有单层、两层、三层甚至五层，本发明中所述的韧性层并非是对PP-R管材中已有层的简单替换，而是在PP-R管材中独立添加的层。

本发明采用共挤模具一次成型所述的抗低温冲击PP-R复合管材，能够使PP-R复合管材的层结构之间配合紧密，且层与层之间不会存在较大的应力，避免PP-R复合管材在长期使用过程中发生形变。

采用共挤模具使韧性层和PP-R层之间相互独立，不存在由于混合不均匀带来的性质不均一问题，使各材料都能完全发挥出原有的优良性能。

PP-R层由如下重量份配比的组分制备而成：

PP-R树脂：100份；

色母料：1.5-3份。

所述PP-R树脂中乙烯含量为3～5.5％，所述PP-R树脂的熔融指数为230℃/2.16kg条件下0.2-0.5g/10min。