CN114395194B - 一种pp-r/pbt合金材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PP‑R/PBT合金材料及其制备方法与应用，属于高分子合金材料技术领域。所述PP‑R/PBT合金材料包括如下重量份的组分：PP‑R 40～60份、PBT 5～15份、相容剂3～10份、扩链改性剂0.1～1份、玻璃纤维15～30份、玻璃微珠5～15份、硅烷偶联剂0.1～1份、成核剂0.2～0.5份和润滑剂0.5～5份。本发明提供的PP‑R/PBT合金材料具有较好的力学性能和尺寸稳定性，线性膨胀系数低，将其作为中间层用于PP‑R管材中，可有效提高管材的抗扭曲变形能力，降低管材的线膨胀系数，以及提升管材的耐压能力。
Description
技术领域
本发明属于高分子合金材料技术领域，具体涉及一种PP-R/PBT合金材料及其制备方法与应用。
背景技术
无规共聚聚丙烯(PP-R)又称三型聚丙烯，因其共聚单体在聚丙烯链中的无规分布改变了聚丙烯的分子结构，因此具有耐热性和耐腐蚀性好、使用寿命长和易加工等优点，用其制成的管材性能稳定，最高使用温度可达95℃，在冷、热输水管中得到了广泛应用。
然而，由于PP-R管的抗蠕变性能和刚性较差，尺寸稳定性不足，导致输水管在输送热水时容易发生扭曲变形，影响使用。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种PP-R/PBT合金材料及其制备方法与应用。
为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：
一种PP-R/PBT合金材料，其包括如下重量份的组分：PP-R 40～60份、PBT5～15份、相容剂3～10份、扩链改性剂0.1～1份、玻璃纤维15～30份、玻璃微珠5～15份、硅烷偶联剂0.1～1份、成核剂0.2～0.5份和润滑剂0.5～5份。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
优选地，所述扩链改性剂为均苯四甲酸酐(PMDA)。
PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)具有高耐热性、韧性和耐疲劳性，按照本发明配方将PBT加入配方体系中对PP-R进行改性，可获得具有良好的刚性、韧性和耐热性的合金材料。其次，发明人经过试验研究发现，马来酸酐接枝聚丙烯相容剂和PMDA扩链改性剂的加入具有协同增效作用，可明显改善材料的力学性能，尤其是韧性。
进一步地，马来酸酐接枝聚丙烯相容剂和PMDA扩链改性剂的配比会影响两者的协同增效作用。
优选地，所述相容剂与所述扩链改性剂的重量比值为9.5～15.5。所述相容剂与所述扩链改性剂以该配比复配时，协同增效作用更好，材料的力学性能更优。
另一方面，本发明向树脂中同时加入玻璃纤维和玻璃微珠，能更好地增强材料，提高材料的尺寸稳定性和抗蠕变性。
优选地，所述玻璃微珠的粒径为10～150μm。
优选地，所述玻璃纤维为经硅烷浸渍剂处理的无碱玻璃纤维长纤。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)中的至少一种。
优选地，所述成核剂为纳米滑石粉，优选地，所述纳米滑石粉的目数≥10000目。
优选地，所述润滑剂包括白矿油、聚乙烯蜡、N,N’-乙撑双硬脂酰胺(EBS)中的至少一种。
优选地，所述PP-R的熔融指数为0.25～0.5g/10min(230℃、2.16kg)。
优选地，所述PBT的熔体粘度为0.90～1.20dl/g。
优选地，所述PP-R/PBT合金材料还包括如下重量份的组分：抗UV助剂0.1～1份和抗氧剂0.1～1份。
本发明还提供了一种所述PP-R/PBT合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将玻璃微珠和硅烷偶联剂在50～85rpm搅拌速度下混合均匀，得到活化玻璃微珠；
(2)除了玻璃纤维以外，将配方中的其余组分以及步骤(1)制备的活化玻璃微珠混合均匀，得到混合物；
(3)将混合物加入双螺杆挤出机中，混合物熔融后，加入玻璃纤维进行共混，挤出、拉条、造粒，得到所述PP-R/PBT合金材料。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为190～230℃，螺杆转速为200～500rpm。
所述PP-R/PBT合金材料的制备方法中，先用硅烷偶联剂对玻璃微珠进行表面活化改性，可有效提高玻璃微珠与树脂的界面结合力，而且，在改性过程中，本发明控制玻璃微珠和硅烷偶联剂在50～85rpm的转速下进行混合，可有效防止玻璃微珠的空心结构被破坏。其次，本发明在物料熔融后再加入玻璃纤维，可有效减少剪切力对玻璃纤维的破坏，使玻璃纤维较好地发挥增强作用。
本发明还提供了所述PP-R/PBT合金材料在制备管材中的应用。
本发明还提供了一种复合管，其包括PP-R外层、PP-R/PBT中间层和PP-R内层，所述PP-R/PBT中间层由所述PP-R/PBT合金材料制成。
优选地，所述复合管中，PP-R外层、PP-R/PBT中间层和PP-R内层的壁厚比例为1:(0.9～1.2):(1.2～1.5)。
所述复合管采用常规的三层共挤方法制得，在此不再赘述。
本发明还提供了所述复合管在冷水输送、热水输送或供暖领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的PP-R/PBT合金材料具有较好的力学性能和尺寸稳定性，线性膨胀系数低，将其作为中间层用于PP-R管材中，可有效提高管材的抗扭曲变形能力，降低管材的线膨胀系数，以及提升管材的耐压能力。
附图说明
图1为本发明所述复合管的径向剖面结构示意图。
图中，PP-R外层1、PP-R/PBT中间层2、PP-R内层3。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例和对比例中所用的方法和设备，如无特别说明，均为本领域的常规方法和常规设备。实施例和对比例中所使用的原料均可通过市售购买获得，且名称相同的原料均为同一种。PP-R的熔融指数为0.25～0.5g/10min(230℃、2.16kg)；PBT的熔体粘度为0.90～1.20dl/g；玻璃微珠选用粒径为10～150μm的产品；玻璃纤维选用经硅烷浸渍剂处理的无碱玻璃纤维长纤；硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)，还可以是γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)；成核剂为纳米滑石粉，选用目数≥10000目的产品；润滑剂由以下重量百分比的组分组成：白矿油20％、聚乙烯蜡40％和N,N’-乙撑双硬脂酰胺(EBS)40％；抗UV助剂由受阻胺类稳定剂770和光稳定剂UV-327按1:1的重量比复配而成；抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168按1:1的重量比复配而成。如无特别指明，本发明所述的“份”均指重量份。
相容剂：马来酸酐接枝聚丙烯，牌号CMG9801，厂家佳易容；
扩链改性剂：PMDA，厂家上海阿拉丁。
实施例1～9
实施例1～9提供了一种PP-R/PBT合金材料，其由表1的配方制成，制备方法如下：
(1)将玻璃微珠和硅烷偶联剂加入混料机中，在50～85rpm转速下混合均匀，得到活化玻璃微珠；
(2)除了玻璃纤维以外，将配方中的其余组分以及步骤(1)制备的活化玻璃微珠加入混料机中，100～150rpm混合5min，得到均匀的混合物；
(3)将混合物加入双螺杆挤出机中，控制挤出温度为190～230℃，螺杆转速为200～500rpm，混合物形成熔融状态后，在挤出机的中间段加入玻璃纤维进行共混，挤出、拉条、造粒，得到所述PP-R/PBT合金材料。
表1
对比例1～4提供了一种PP-R/PBT合金材料，其由表2的配方制成，制备方法参考实施例1～9的制备方法。
表2
注：表中“-”表示未添加该组分。
性能测试一：
将实施例1～9和对比例1～4的PP-R/PBT合金材料进行如下性能测试：拉伸强度按照ISO527/2-2012进行测试；
弯曲强度和弯曲模量按照ISO178-2019进行测试；
缺口冲击强度按照ISO180-2019进行测试。
测试结果见表3。
表3
实施例10
实施例10提供了一种复合管，如图1所示，该复合管为三层复合结构，依次为PP-R外层1、PP-R/PBT中间层2和PP-R内层3，PP-R外层、PP-R/PBT中间层和PP-R内层的壁厚比例为1:1:1.3。
PP-R外层和PP-R内层分别由PP-R树脂制成，PP-R/PBT中间层由实施例1的PP-R/PBT合金材料制成。复合管采用常规的三层共挤方法制得，不再赘述。
实施例11
实施例11提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例11的PP-R/PBT中间层由实施例2的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
实施例12
实施例12提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例12的PP-R/PBT中间层由实施例3的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
实施例13
实施例13提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例13的PP-R/PBT中间层由实施例4的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
实施例14
实施例14提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例14的PP-R/PBT中间层由实施例5的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
实施例15
实施例15提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例15的PP-R/PBT中间层由实施例6的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
实施例16
实施例16提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例16的PP-R/PBT中间层由实施例7的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
实施例17
实施例17提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例17的PP-R/PBT中间层由实施例8的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
实施例18
实施例18提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：实施例18的PP-R/PBT中间层由实施例9的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
对比例5
对比例5提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：对比例5的PP-R/PBT中间层由对比例1的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
对比例6
对比例6提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：对比例6的PP-R/PBT中间层由对比例2的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
对比例7
对比例7提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：对比例7的PP-R/PBT中间层由对比例3的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
对比例8
对比例8提供了一种复合管，其与实施例10的区别仅在于：对比例8的PP-R/PBT中间层由对比例4的PP-R/PBT合金材料制成，其它与实施例10相同。
对比例9
对比例9为现有PP-R管，厚度与实施例10的复合管相同。
性能测试二：
将实施例10～18和对比例5～8的复合管以及对比例9的PP-R管进行如下性能测试：
纵向回缩率依据GB/T 18742.2-2017进行测试；
线膨胀系数依据GB/T 1036-2008进行测试；
***试验压力依据GB/T 6111-2018进行测试；
***试验压力依据GB/T 6111-2018进行测试。
测试样品：样品尺寸参照S3.2 dn32×en4.4mmPPR复合管。
测试结果如表4所示。
表4
由上表可知，实施例1～9的PP-R/PBT合金应用于聚丙烯管材时，能够提高聚丙烯管材的抗蠕变性和尺寸稳定性，降低线膨胀系数，同时增加管材刚性和耐压能力。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种PP-R/PBT合金材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：PP-R40～60份、PBT 5～15份、相容剂5.8～6.2份、扩链改性剂0.3～0.7份、玻璃纤维15～30份、玻璃微珠5～15份、硅烷偶联剂0.1～1份、成核剂0.2～0.5份和润滑剂0.5～5份；
所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述扩链改性剂为均苯四甲酸酐；
所述相容剂与所述扩链改性剂的重量比值为9.5～15.5。
2.如权利要求1所述的PP-R/PBT合金材料，其特征在于，还包括如下重量份的组分：抗UV助剂0.1～1份和抗氧剂0.1～1份。
3.一种如权利要求1～2任一项所述的PP-R/PBT合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将玻璃微珠和硅烷偶联剂在50～85rpm搅拌速度下混合均匀，得到活化玻璃微珠；
(2)除了玻璃纤维以外，将配方中的其余组分以及步骤(1)制备的活化玻璃微珠混合均匀，得到混合物；
(3)将混合物加入双螺杆挤出机中，混合物熔融后，加入玻璃纤维进行共混，挤出、拉条、造粒，得到所述PP-R/PBT合金材料。
4.如权利要求3所述的PP-R/PBT合金材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的挤出温度为190～230℃，螺杆转速为200～500rpm。
5.如权利要求1～2任一项所述的PP-R/PBT合金材料在制备管材中的应用。
6.一种复合管，其特征在于，包括PP-R外层、PP-R/PBT中间层和PP-R内层，所述PP-R/PBT中间层由如权利要求1～2任一项所述的PP-R/PBT合金材料制成。
7.如权利要求6所述的复合管在冷水输送、热水输送或供暖领域中的应用。
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