CN109899602A - 阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管及其制备方法，其特征在于，其包含外层，中间层以及内层，在外层以及内层之间设置中间层；外层为含有阻燃母粒的无规共聚聚丙烯，中间层为二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯，内层为含有抗菌母粒的无规共聚聚丙烯。本申请的阻燃型无规共聚聚丙烯层树脂采用添加了阻燃剂的无规共聚聚丙烯，提高了管材的阻燃性能；抗菌母粒的加入提高了管道的卫生性能。本申请可用于建筑物内冷热水管道***、建筑内主立管、空调管路***以及其他工业用管。
Description
【技术领域】
本发明涉及管材技术领域，具体地说，是一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管及其制备方法。
【背景技术】
自1999年开始塑料管道取代铸铁管、PVC给水管以来，PP-R管迅速占领整个室内给水管道市场，成为市场的主流产品。不完全统计，在整个室内给水管道市场里面，PP-R占比高达80％以上。
但是与此同时，也暴露一些问题。PP-R的氧指数(LOI)仅为17％-18％，小于21％,离火后能持续燃烧，属于易燃的高分子材料。PP-R管易燃烧，且燃烧时释放大量的热，火焰传播速度快，并伴有发烟、滴落现象，易引起大面积火灾，对人生命财产安全造成巨大的威胁。
而经过阻燃处理的聚合物与未经过阻燃处理的同类材料相比，前者难于燃烧，且火焰传播速度明显降低，有助于阻止火灾形成及蔓延，提高制品使用安全性。对PP-R管进行阻燃改性，可以提高其防火安全性。因此研究PP-R管的阻燃改性具有非常重要的现实意义。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阻燃型的纤维增强无规共聚聚丙烯复合管及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其特征在于，其包含外层，中间层以及内层，在外层以及内层之间设置中间层；所述的外层的材料为阻燃粒子和无规共聚聚丙烯粒子，其中阻燃粒子在外层材料中的质量分数为0.5～4％；阻燃粒子为超细硅化钛复合物。管材外层为阻燃型的无规共聚聚丙烯，保证了塑料管道的可热熔连接性。所述的外层的材料为阻燃粒子和无规共聚聚丙烯粒子，其中阻燃粒子在外层材料中的质量分数为0.5～4％。
阻燃粒子为超细硅化钛复合物；
阻燃粒子的制备方法，其具体步骤为：
对超细硅化钛与氢氧化镁的混合物进行干法研磨，使粉体得到充分的混合，然后再把研磨物转移到氮气保护的高温激光烧结室中，进行激光快速烧结，烧结过程中功率为800W，研磨物平铺厚度为1mm，烧结速率为1m/min，制备得到超细硅化钛复合物。超细硅化钛与氢氧化镁的质量比为1:3～1:5。
采用球磨机干法研磨的方法，控制研磨过程中，研磨锆株平均粒径为1～2mm，填充体积60～75v％，研磨转速为1000～1500r/min，研磨时间为1～3小时。
超细硅化钛具有分布均匀，比表面积大，表面活性高，耐高温以及抗氧化，具有阻燃效果，而氢氧化镁本身作为阻燃剂，可以进一步提高最终产品的阻燃效果。
管材中间层为产品功能层，纤维的加入增强了管材的刚性，以及提高管材耐压性能。所述的中间层的材料为二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯粒子，二氧化硅纤维在中间层的材料中的质量分数为20～28％，二氧化硅纤维长度为4-8毫米。
管材内层保证管道输水时良好的卫生性能，完全满足饮用水材料的要求。所述的内层的材料为含有纳米银离子抗菌聚丙烯母粒和无规共聚聚丙烯粒子。纳米银离子抗菌聚丙烯母粒在内层的材料中的质量分数为5～15％。
所述管材中间层材料“纤维增强无规共聚聚丙烯母粒”的制备方法，其具体步骤为：
以无规共聚聚丙烯母粒为原料，添加抗氧剂、二氧化硅短玻纤、相容剂、白油，采用搅拌机进行搅拌处理；再采用双螺杆造粒机熔融挤出，经切粒机切粒，制备得到纤维增强型无规共聚聚丙烯母粒。
在纤维增强型无规共聚聚丙烯母粒中，纤维的质量分数为20～28％，纤维的长度为4～8mm。
所述管材内层材料“抗菌型无规共聚聚丙烯母粒”的制备方法，其具体步骤为：
以无规共聚聚丙烯母粒为原料，添加纳米银系层状无机抗菌剂，进行两者共混，熔融后造粒挤出，切粒即可。
管材具体制备方法：
本申请一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，将阻燃粒子和无规共聚聚丙烯母粒搅拌均匀后作为外层原料，纤维增强无规共聚聚丙烯母粒作为中间层原料，抗菌型无规共聚聚丙烯母粒作为内层原料，通过三台单螺杆挤出机熔融挤出，套筒温度为60±30℃，机头温度为200±25℃，模头温度为210±25℃，控制三台挤出机的螺杆转速，以此来控制三层材料的挤出量，使得三层的比例为1:1:1，制备出阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本申请的纤维增强层树脂采用无规共聚聚丙烯，提高了管材的低温抗冲性能，以及管材的耐压性能。本申请的阻燃无规共聚聚丙烯层树脂，采用添加了阻燃母粒的无规共聚聚丙烯，提高了管材的阻燃性能。
本发明所述的阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯三层复合管的优点：通过引入二氧化硅纤维功能层提高了管材的耐压性能，以及管材的刚性，并且产品的线性膨胀系数得到较大的降低；通过调节玻璃纤维的长度，可保证管材高耐压性能前提下，线膨胀系数可降到聚丙烯材料的1/3到1/4。其次阻燃型的无规共聚聚丙烯，材料的阻燃性能得到了较大的改善，提高了产品的防火等级；最后抗菌剂的加入，使得管道在输送饮用水时，管道内部不易滋生细菌，达到抗菌抑菌的目的，卫生性能更好。该发明可用于建筑物内冷热水管道***、建筑物主立管***、空调管路***以及其他工业用管。
【附图说明】
图1为本申请的实施例1的结构示意图；
附图中的标记为：1内层，2中间层，3外层。
【具体实施方式】
以下提供本发明阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯三层复合管及其制备方法的具体实施方式。
实施例1
一种阻燃型的纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其如图1所示，其特征在于，其包含外层、中间层以及内层，在外层以及内层之间设置中间层；外层为阻燃型的无规共聚聚丙烯，中间层为二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯，内层为含有抗菌母粒的无规共聚聚丙烯。
(1)管材外层材料为阻燃粒子和无规共聚聚丙烯粒子，其中阻燃粒子在外层材料中的质量分数为2％。
阻燃粒子为超细硅化钛复合物；
阻燃粒子的制备方法，其具体步骤为：
对超细硅化钛与氢氧化镁的混合物进行干法研磨，使粉体得到充分的混合，然后再把研磨物转移到氮气保护的高温激光烧结室中，进行激光快速烧结，烧结过程中功率为800W，研磨物平铺厚度为1mm，烧结速率为1m/min，制备得到超细硅化钛复合物。超细硅化钛与氢氧化镁的质量比为1:3。
采用球磨机干法研磨的方法，控制研磨过程中，研磨锆株平均粒径为1～2mm，填充体积60～75v％，研磨转速为1000～1500r/min，研磨时间为1～3小时。
(2)管材中间层的材料为二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯粒子，二氧化硅纤维在中间层的材料中的质量分数为24％，二氧化硅纤维长度为4-8mm。
(3)管材内层的材料为含有纳米银离子的抗菌聚丙烯母粒和无规共聚聚丙烯粒子。纳米银离子抗菌聚丙烯母粒在内层的材料中的质量分数为4～16％。
一、所述管材中间层材料“纤维增强无规共聚聚丙烯母粒”的制备方法，其具体步骤为：
以无规共聚聚丙烯母粒为原料，添加抗氧剂、二氧化硅短玻纤、相容剂、白油，采用搅拌机进行搅拌处理；再采用双螺杆造粒机熔融挤出，经切粒机切粒，制备得到纤维增强型无规共聚聚丙烯母粒。
在纤维增强型无规共聚聚丙烯母粒中，纤维的质量分数为20％，纤维的长度为4-8mm。
二、所述管材内层材料“抗菌型无规共聚聚丙烯母粒”的制备方法，其具体步骤为：
以无规共聚聚丙烯母粒为原料，添加纳米银系层状无机抗菌剂，进行两者共混，熔融后造粒挤出，切粒即可。
三、所述管材具体制备方法：
将阻燃粒子和无规共聚聚丙烯母粒搅拌混合均匀后作为外层原料，纤维增强无规共聚聚丙烯母粒作为中间层原料，抗菌型无规共聚聚丙烯母粒作为内层原料，通过三台单螺杆挤出机熔融挤出，套筒温度为60±30℃，机头温度为200±25℃，模头温度为210±25℃，控制三台挤出机的螺杆转速，以此来控制三层材料的挤出量，使得三层的比例为1:1:1，制备出阻燃型的纤维增强无规共聚聚丙烯复合管。
性能测试：
实施例1所述的复合管应满足CJ/T258-2014《纤维增强无规共聚聚丙烯复合管》对管材的一系列性能要求。其中复合管产品轴向线膨胀系数≤0.05mm/m·℃。
所述的复合管的燃烧性能等级达到国家标准GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》的B2级；且复合管的防火等级达到欧盟标准EN 13501-1:2009《建筑产品及构件燃烧性能分类》的D级。
所述的复合管的内层的抗菌性能为对大肠杆菌的抗菌性＞99％，金黄色葡萄糖球菌的抗菌性＞99％。
实施例2
一种阻燃型的纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其如图1所示，其特征在于，其包含外层，中间层以及内层，在外层以及内层之间设置中间层。其中外层为阻燃型的无规共聚聚丙烯，中间层为二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯，内层为无规共聚聚丙烯，外、中、内三层厚度占比为1:1:1。
(1)管材外层材料为阻燃粒子和无规共聚聚丙烯粒子，其中阻燃粒子在外层材料中的质量分数为2％。阻燃粒子为超细硅化钛复合物；
阻燃粒子的制备方法，其具体步骤为：
对超细硅化钛与氢氧化镁的混合物进行干法研磨，使粉体得到充分的混合，然后再把研磨物转移到氮气保护的高温激光烧结室中，进行激光快速烧结，烧结过程中功率为800W，研磨物平铺厚度为1mm，烧结速率为1m/min，制备得到超细硅化钛复合物。超细硅化钛与氢氧化镁的质量比为1:4。
采用球磨机干法研磨的方法，控制研磨过程中，研磨锆株平均粒径为1～2mm，填充体积60～75v％，研磨转速为1000～1500r/min，研磨时间为1～3小时。
(2)管材中间层的材料为二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯粒子，二氧化硅纤维在中间层的材料中的质量分数为24％，二氧化硅纤维长度为4-8mm。二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯母粒的制备同实施例1。
(3)管材内层的材料为无规共聚聚丙烯粒子。
所述管材具体制备方法：
将阻燃粒子和无规共聚聚丙烯母粒搅拌混合均匀后作为外层原料，纤维增强无规共聚聚丙烯母粒作为中间层原料，无规共聚聚丙烯母粒作为内层原料，通过三台单螺杆挤出机熔融挤出，套筒温度为60±30℃，机头温度为200±25℃，模头温度为210±25℃，控制三台挤出机的螺杆转速，以此来控制三层材料的挤出量，使得三层的比例为1:1:1，制备出阻燃型的纤维增强无规共聚聚丙烯复合管。
实施例2与实施例1相比，管材内层没有添加抗菌剂，没有杀菌、抑菌的功能。
性能测试：
实施例2所述的复合管应满足CJ/T 258-2014《纤维增强无规共聚聚丙烯复合管》对管材的一系列性能要求。其中复合管产品轴向线膨胀系数≤0.05mm/m·℃。
所述的复合管的燃烧性能等级达到国家标准GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》的B2级；且复合管的防火等级达到欧盟标准EN 13501-1:2009《建筑产品及构件燃烧性能分类》的D级。
实施例3
一种阻燃型的无规共聚聚丙烯复合管，其如图1所示，其特征在于，其包含外层，中间层以及内层。其外层为阻燃型的无规共聚聚丙烯，中间层为无规共聚聚丙烯，内层为抗菌型的无规共聚聚丙烯，外、中、内三层厚度占比为1:1:1。
(1)管材外层材料为阻燃粒子和无规共聚聚丙烯粒子，其中阻燃粒子在外层材料中的质量分数为2％。阻燃粒子为超细硅化钛复合物；
阻燃粒子的制备方法，其具体步骤为：
对超细硅化钛与氢氧化镁的混合物进行干法研磨，使粉体得到充分的混合，然后再把研磨物转移到氮气保护的高温激光烧结室中，进行激光快速烧结，烧结过程中功率为800W，研磨物平铺厚度为1mm，烧结速率为1m/min，制备得到超细硅化钛复合物。超细硅化钛与氢氧化镁的质量比为1:5。
采用球磨机干法研磨的方法，控制研磨过程中，研磨锆株平均粒径为1～2mm，填充体积60～75v％，研磨转速为1000～1500r/min，研磨时间为1～3小时。
(2)管材中间层的材料为无规共聚聚丙烯粒子。
(3)管材内层的材料为含有纳米银离子的抗菌聚丙烯母粒和无规共聚聚丙烯粒子。纳米银离子抗菌聚丙烯母粒在内层的材料中的质量分数为16％。抗菌型的无规共聚聚丙烯母粒的制备同实施例1。
所述管材具体制备方法：
将阻燃粒子和无规共聚聚丙烯母粒搅拌混合均匀后作为外层原料，无规共聚聚丙烯母粒作为中间层原料，抗菌型无规共聚聚丙烯母粒作为内层原料，通过三台单螺杆挤出机熔融挤出，套筒温度为60±30℃，机头温度为200±25℃，模头温度为210±25℃，控制三台挤出机的螺杆转速，以此来控制三层材料的挤出量，使得三层的比例为1:1:1，制备出阻燃型的无规共聚聚丙烯复合管。
实施例3与实施例1相比，管材中间层没有进行二氧化硅纤维增强，管材的轴向线膨胀系数有所上升，但产品的制造成本有所下降。
性能测试：
实施例3所述的复合管应满足GB/T 18742.2-2017《冷热水用聚丙烯管道***第2部分管材》对管材的一系列性能要求。
所述的复合管的燃烧性能等级达到国家标准GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》的B2级；且复合管的防火等级达到欧盟标准EN 13501-1:2009《建筑产品及构件燃烧性能分类》的D级。
所述的复合管的内层的抗菌性能为对大肠杆菌的抗菌性＞99％，金黄色葡萄糖球菌的抗菌性＞99％。
实施例4
本申请还提供一种阻燃型双层无规共聚聚丙烯复合管，其分为外层和内层，外层材料为阻燃型的无规共聚聚丙烯，内层材料为无规共聚聚丙烯。外、内两层的厚度占比为1:2。
(1)管材外层材料为阻燃粒子和无规共聚聚丙烯粒子，其中阻燃粒子在外层材料中的质量分数为2％。阻燃粒子的制备方法，其具体步骤为：
对超细硅化钛与氢氧化镁的混合物进行干法研磨，使粉体得到充分的混合，然后再把研磨物转移到氮气保护的高温激光烧结室中，进行激光快速烧结，烧结过程中功率为800W，研磨物平铺厚度为1mm，烧结速率为1m/min，制备得到超细硅化钛复合物。超细硅化钛与氢氧化镁的质量比为1:5。
采用球磨机干法研磨的方法，控制研磨过程中，研磨锆株平均粒径为1～2mm，填充体积60～75v％，研磨转速为1000～1500r/min，研磨时间为1～3小时。
(2)管材没有中间层。
(3)管材内层的材料为无规共聚聚丙烯粒子。
所述管材具体制备方法：
将阻燃粒子和无规共聚聚丙烯母粒搅拌混合均匀后作为外层原料，无规共聚聚丙烯母粒作为内层原料，通过两台单螺杆挤出机熔融挤出，套筒温度为60±30℃，机头温度为200±25℃，模头温度为210±25℃，控制两台挤出机的螺杆转速，以此来控制两层材料的挤出量，使得外、内层的比例为1:2，制备出阻燃型的无规共聚聚丙烯复合管。
实施例4与实施例1相比，管材分为外、内层，没有中间层；管材内层没有添加抗菌剂。产品的制造工艺简化，制造成本有所下降。
性能测试：
实施例4所述的复合管应满足GB/T 18742.2-2017《冷热水用聚丙烯管道***第2部分管材》对管材的一系列性能要求。
所述的复合管的燃烧性能等级达到国家标准GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》的B2级；且复合管的防火等级达到欧盟标准EN 13501-1:2009《建筑产品及构件燃烧性能分类》的D级。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其特征在于，其包含外层，中间层以及内层，在外层以及内层之间设置中间层；所述的外层的材料为阻燃粒子和无规共聚聚丙烯粒子，其中阻燃粒子在外层材料中的质量分数为0.5～4％；阻燃粒子为硅化钛复合物。
2.如权利要求1所述的一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其特征在于，阻燃粒子的制备方法，其具体步骤为：
对超细硅化钛与氢氧化镁的混合物进行干法研磨，使粉体得到充分的混合，然后再把研磨物转移到氮气保护的高温激光烧结室中，进行激光快速烧结，烧结过程中功率为800W，研磨物平铺厚度为1mm，烧结速率为1m/min，制备得到超细硅化钛复合物；超细硅化钛与氢氧化镁的质量比为1:3～1:5。
3.如权利要求1所述的一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其特征在于，所述的中间层的材料为二氧化硅纤维增强的无规共聚聚丙烯粒子，二氧化硅纤维在中间层的材料中的质量分数为20～28％，二氧化硅纤维长度为4-8毫米。
4.如权利要求1所述的一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其特征在于，所述的内层的材料为含有纳米银离子抗菌聚丙烯母粒和无规共聚聚丙烯粒子；纳米银离子抗菌聚丙烯母粒在内层的材料中的质量分数为5～15％。
5.如权利要求1所述的一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其特征在于，所述管材中间层材料的纤维增强无规共聚聚丙烯母粒的制备方法，其具体步骤为：
以无规共聚聚丙烯母粒为原料，添加抗氧剂、二氧化硅短玻纤、相容剂、白油，采用搅拌机进行搅拌处理；再采用双螺杆造粒机熔融挤出，经切粒机切粒，制备得到纤维增强型无规共聚聚丙烯母粒。
在纤维增强型无规共聚聚丙烯母粒中，纤维的质量分数为20～28％，纤维的长度为4～8mm。
6.如权利要求1所述的一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管，其特征在于，所述管材内层材料中的抗菌型无规共聚聚丙烯母粒的制备方法，其具体步骤为：以无规共聚聚丙烯母粒为原料，添加纳米银系层状无机抗菌剂，进行两者共混，熔融后造粒挤出，切粒即可。
7.如权利要求1所述的一种阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管的制备方法，其特征在于，将阻燃粒子和无规共聚聚丙烯母粒搅拌均匀后作为外层原料，纤维增强无规共聚聚丙烯母粒作为中间层原料，抗菌型无规共聚聚丙烯母粒作为内层原料，通过三台单螺杆挤出机熔融挤出，套筒温度为60±30℃，机头温度为200±25℃，模头温度为210±25℃，控制三台挤出机的螺杆转速，以此来控制三层材料的挤出量，使得三层的比例为1:1:1，制备出阻燃型纤维增强无规共聚聚丙烯复合管。
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