CN111531927A - 一种耐低温改性ppr排水管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐低温改性PPR排水管及其制备方法；包括以下步骤：S1：将3‑6份晶须料、4‑6份微观片状结构材料、4‑6份纳米碳酸钙混合，在80‑120℃条件下加入0.05‑0.07份偶联剂，搅拌制得混合料；S2：将90‑110份苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、15‑25份β成核剂、10‑20份三元乙丙橡胶、3‑5份抗氧化剂和S1制得的混合料混合，加入密炼机中塑炼成团状物料，加入双螺杆挤出机中挤出，制得改性母粒；S3：将95‑105份PPR、2‑4份抗氧化剂混合与S2制得的改性母粒混合，加入双螺杆挤出机中挤出并退火，制得耐低温改性PPR排水管；使制得的PPR排水管在低温下能够保持优异的结构性能。

Description

一种耐低温改性PPR排水管及其制备方法
技术领域
本发明涉及管材制备技术领域，特别涉及一种耐低温改性PPR排水管及其制备方法。
背景技术
排水管主要承担雨水、污水、农田排灌等排水的任务，由于排水管一般埋设于地下，检修不便，因此排水管的选材十分讲究，需要保证其耐腐蚀性和排水安全性，现有技术中，特别是北方寒冷地区，气温长时间低于零度，为了避免排水管在低温下发生开裂，其选材一般是混凝土管或PE管，虽然混凝土管具有结构强度高、耐低温和耐腐蚀的特点，但其十分笨重、加工和运输成本高，而PE管虽然具有很强的耐低温性能，但其弹性模量低，刚度不足，管道容易弯曲变形及氧化，因此容易老化，且热熔接难度大，焊接前必须采用专用工具刮去表面的氧化皮，否则不能形成真正意义上的一体化管道，管道容易漏水。
PPR是三丙聚丙烯的简称，热熔接操作简单，价格低廉，具有耐热耐腐蚀的优点，使得PPR材质的管材得到广泛应用，由于常规的PPR排水管材低温脆性大，长期在低温下工作容易发生开裂现象，一般用在气候暖和的地区，而在寒冷地区的排水管选材依然是混凝土或PE管。但是PPR相比钢筋混凝土具有质轻、成本低、运输方便的优点，相比PE管具有热熔接操作简单，不易老化，刚性好的优点。
如何通过PPR的改性，使其在较低低温下保持优异的结构性能，避免其发生开裂，使其可作为寒冷地区的排水管材是亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够在低温下保持优异的结构性能的耐低温改性PPR排水管及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种耐低温改性PPR排水管的制备方法，包括以下步骤：
S1：将3-6份晶须料、4-6份微观片状结构材料、4-6份纳米碳酸钙混合，在80-120℃条件下加入0.05-0.07份偶联剂，搅拌均匀，制得混合料；
S2：将90-110份苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、15-25份β成核剂、10-20份三元乙丙橡胶、3-5份抗氧化剂和S1制得的混合料混合，加入密炼机中塑炼成团状物料，加入双螺杆挤出机中挤出，制得改性母粒；
S3：将95-105份PPR、2-4份抗氧化剂混合与S2制得的改性母粒混合，加入双螺杆挤出机中挤出并退火，制得耐低温改性PPR排水管。
本发明的有益效果在于：本发明中通过步骤1先将晶须料、微观片状结构材料和纳米碳酸钙通过特定的比例混合，而在步骤2中通过特定比例的苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、β成核剂、三元乙丙橡胶、抗氧化剂与步骤1的混合料混合，这些成分能够使PPR基体裂纹扩展受到阻碍和钝化并阻止裂纹发展成破坏性的开裂；并可使PPR的基体的晶粒细化，因而在外力作用下消耗更多能量，使其在裂纹扩展过程中，应力诱导裂纹根部材料由低密度的β晶向高密度的α晶转变，消耗更多能量，且减小了塑性形变的初始阻力，使其在高应力作用下诱发了许多银纹和剪切带的产生和发展，消耗大量能量，从而抑制银纹发展成破坏性裂纹；步骤3中将团状物料挤出并退火，使特定比例的各原料协同作用，使制得的PPR排水管产品在低温下保持优良的结构性能，可作为寒冷地区的排水管材。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过特定比例的晶须料、微观片状结构材料、纳米碳酸钙、苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、β成核剂在特定条件下混合，使其协同作用，对PPR进行改性，并在挤出后进行退火，获得在低温下能够保持优异的结构性能的耐低温改性PPR排水管。
本发明提供一种耐低温改性PPR排水管的制备方法，包括以下步骤：
S1：将3-6份晶须料、4-6份微观片状结构材料、4-6份纳米碳酸钙混合，在80-120℃条件下加入0.05-0.07份偶联剂，搅拌均匀，制得混合料；
S2：将90-110份苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、15-25份β成核剂、10-20份三元乙丙橡胶、3-5份抗氧化剂和S1制得的混合料混合，加入密炼机中塑炼成团状物料，加入双螺杆挤出机中挤出，制得改性母粒；
S3：将95-105份PPR、2-4份抗氧化剂混合与S2制得的改性母粒混合，加入双螺杆挤出机中挤出并退火，制得耐低温改性PPR排水管。
上述制备方法中，本发明中通过步骤1先将晶须料、微观片状结构材料和纳米碳酸钙通过特定的比例混合，上述晶须料、微观片状结构材料和纳米碳酸钙一般不会应用在PPR冷水排水管的配方中，上述成分一般用于提高PE的刚性，而在PPR中使用可能会导致PPR的脆性增大，可能会加剧PPR的低温开裂，而在步骤2中通过特定比例的苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、β成核剂、三元乙丙橡胶、抗氧化剂与步骤1的混合料混合，这些成分能够使PPR基体裂纹扩展受到阻碍和钝化并阻止裂纹发展成破坏性的开裂；并可使PPR的基体的晶粒细化，因而在外力作用下消耗更多能量，使其在裂纹扩展过程中，应力诱导裂纹根部材料由低密度的β晶向高密度的α晶转变，消耗更多能量，且减小了塑性形变的初始阻力，使其在高应力作用下诱发了许多银纹和剪切带的产生和发展，消耗大量能量，从而抑制银纹发展成破坏性裂纹，因此在步骤2中通过上述成分与步骤1中的增刚混合料协同作用，可克服PPR增刚而在低温下易开裂的问题，使PPR排水管在低温下工作依然能够保持良好的刚性和韧性，避免PPR排水管的表面变形和氧化；步骤3中将团状物料挤出并退火，协同作用，使制得的PPR排水管产品在低温下保持优良的结构性能。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述S3中的退火步骤具体为：将挤出的管材在130℃下保温8h。
由上述描述可知，退火的温度和时间的控制十分关键，我们对退火的温度和时间进行了研究测试，在上述比例的原料挤出得到的PPR排水管进行退火条件的筛选，发现退火条件为130℃下保温8h所得到的PPR排水管产品的耐冲击强度最强，在保温时间上，在8h以下的时间内，退火时间和产品的耐冲击强度呈正相关，但退火时间超过8h后，则退火时间和产品的耐冲击强度呈负相关，即退火时间为8小时PPR排水管的耐冲击强度获得峰值。同理在相同的保温时间下对退火温度进行研究测试，发现130℃时，PPR排水管产品的耐冲击强度获得峰值。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述S2中双螺杆挤出机的挤出温度为180-190℃，所述S3中双螺杆挤出机的挤出温度为180-190℃。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述β成核剂为TMB-5和NB328按照2∶1的比例混合而成。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述晶须料为硅灰石晶须料、透闪石晶须料和硫酸钙晶须料按照1∶2∶1的比例混合而成。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述微观片状结构材料由滑石粉和云母粉按照2∶1的比例混合而成。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述滑石粉的粒径为5-10μm。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述云母粉的粒径为5-10μm。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
实施例1
一种耐低温改性PPR排水管的制备方法，包括以下步骤：
S1：将6份晶须料、6份微观片状结构材料、6份纳米碳酸钙混合，在120℃条件下加入0.07份偶联剂，搅拌均匀，制得混合料；晶须料为硅灰石晶须料、透闪石晶须料和硫酸钙晶须料按照1∶2∶1的比例混合而成；所述微观片状结构材料由滑石粉和云母粉按照2∶1的比例混合而成；所述滑石粉的粒径为10μm，所述云母粉的粒径为10μm；
S2：将110份苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、25份β成核剂、20份三元乙丙橡胶、5份抗氧化剂和S1制得的混合料混合，加入密炼机中塑炼成团状物料，加入双螺杆挤出机中挤出，制得改性母粒；双螺杆挤出机的挤出温度为190℃；所述β成核剂为TMB-5和NB328按照2∶1的比例混合而成；
S3：将105份PPR、2-4份抗氧化剂混合与S2制得的改性母粒混合，加入双螺杆挤出机中挤出并退火，制得耐低温改性PPR排水管；双螺杆挤出机的挤出温度为190℃；所述退火步骤具体为：将挤出的管材在130℃下保温8h。
进一步的，上述耐低温改性PPR排水管的制备方法中，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
实施例2
一种耐低温改性PPR排水管的制备方法，包括以下步骤：
S1：将4份晶须料、5份微观片状结构材料、5份纳米碳酸钙混合，在100℃条件下加入0.06份硅烷偶联剂，搅拌均匀，制得混合料；晶须料为硅灰石晶须料、透闪石晶须料和硫酸钙晶须料按照1∶2∶1的比例混合而成；所述微观片状结构材料由滑石粉和云母粉按照2∶1的比例混合而成；所述滑石粉的粒径为7μm，所述云母粉的粒径为7μm；
S2：将100份苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、20份β成核剂、15份三元乙丙橡胶、4份抗氧化剂和S1制得的混合料混合，加入密炼机中塑炼成团状物料，加入双螺杆挤出机中挤出，制得改性母粒；双螺杆挤出机的挤出温度为185℃；所述β成核剂为TMB-5和NB328按照2∶1的比例混合而成；
S3：将100份PPR、3份抗氧化剂混合与S2制得的改性母粒混合，加入双螺杆挤出机中挤出并退火，制得耐低温改性PPR排水管；双螺杆挤出机的挤出温度为185℃；所述退火步骤具体为：将挤出的管材在130℃下保温8h。
实施例3
一种耐低温改性PPR排水管的制备方法，包括以下步骤：
S1：将3份晶须料、4份微观片状结构材料、4份纳米碳酸钙混合，在80℃条件下加入0.05份钛酸酯偶联剂，搅拌均匀，制得混合料；晶须料为硅灰石晶须料、透闪石晶须料和硫酸钙晶须料按照1∶2∶1的比例混合而成；所述微观片状结构材料由滑石粉和云母粉按照2∶1的比例混合而成；所述滑石粉的粒径为5μm，所述云母粉的粒径为5μm；
S2：将90份苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、15份β成核剂、10份三元乙丙橡胶、3份抗氧化剂和S1制得的混合料混合，加入密炼机中塑炼成团状物料，加入双螺杆挤出机中挤出，制得改性母粒；双螺杆挤出机的挤出温度为180℃；所述β成核剂为TMB-5和NB328按照2∶1的比例混合而成；
S3：将95份PPR、2份抗氧化剂混合与S2制得的改性母粒混合，加入双螺杆挤出机中挤出并退火，制得耐低温改性PPR排水管；双螺杆挤出机的挤出温度为180℃；所述退火步骤具体为：将挤出的管材在130℃下保温8h。
对比例1
按重量份将100份PPR、4份抗氧化剂混合挤出，制成PPR排水管。
将上述实施例1-3制得的耐低温改性PPR排水管和对比例1制得的PPR排水管进行性能检测；用于检测的PPR排水管的直径均为30cm，厚度为1cm。
其中落锤冲击试验的条件为(-10℃、1.5kg、1.5m)，其中按照GB/T18742.1-2002的标准进行静液压试验，按照GB/T 1040.1-2018标准进行拉伸强度测试，按照GB/T9341-2008测试弯曲弹性模量，按照GB/T1043-2008标准进行缺口冲击强度试验，结果如表1所示：
表1：PPR排水管性能测试结果
Figure BDA0002483554870000061
由上表可知，本发明实施例1-实施例3制得的耐低温改性PPR排水管在低温(-10℃)下的落锤冲击试验的完好率均在90％以上，其耐冲击强度明显高于普通的PPR排水管，实施例1-实施例3制得的耐低温改性PPR排水管在低温(-10℃)下的缺口冲击强度也高于普通PPR排水管，且具有较好的耐压性能，相比普通PPR排水管，本发明实施例1-实施例3制得的耐低温改性PPR排水管的弯曲模量也有显著的提高，证明本发明的耐低温改性PPR排水管的制备方法制得的耐低温改性PPR排水管在低温下依然具备优异的结构性能，避免PPR排水管长期在低温下工作而导致破裂的风险。
综上所述，本发明提供的耐低温改性PPR排水管的制备方法制得的耐低温改性PPR排水管在低温下具有优异的结构性能，能够避免PPR排水管长期在低温下工作而导致破裂的风险。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将3-6份晶须料、4-6份微观片状结构材料、4-6份纳米碳酸钙混合，在80-120℃条件下加入0.05-0.07份偶联剂，搅拌均匀，制得混合料；
S2：将90-110份苯乙烯双单体接枝型长支链聚丙烯、15-25份β成核剂、10-20份三元乙丙橡胶、3-5份抗氧化剂和S1制得的混合料混合，加入密炼机中塑炼成团状物料，加入双螺杆挤出机中挤出，制得改性母粒；
S3：将95-105份PPR、2-4份抗氧化剂混合与S2制得的改性母粒混合，加入双螺杆挤出机中挤出并退火，制得耐低温改性PPR排水管。
2.根据权利要求1所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述S3中的退火步骤具体为：将挤出的管材在130℃下保温8h。
3.根据权利要求1所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述S2中双螺杆挤出机的挤出温度为180-190℃，所述S3中双螺杆挤出机的挤出温度为180-190℃。
4.根据权利要求1所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述β成核剂为TMB-5和NB328按照2∶1的比例混合而成。
5.根据权利要求1所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述晶须料为硅灰石晶须料、透闪石晶须料和硫酸钙晶须料按照1∶2∶1的比例混合而成。
6.根据权利要求1所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述微观片状结构材料由滑石粉和云母粉按照2∶1的比例混合而成。
7.根据权利要求6所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述滑石粉的粒径为5-10μm。
8.根据权利要求6所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述云母粉的粒径为5-10μm。
9.根据权利要求1所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
10.一种由权利要求1-9任一项所述的耐低温改性PPR排水管的制备方法制得的耐低温改性PPR排水管。
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