一种耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材及其制备方法与流程

本发明创造属于管材，尤其是涉及一种耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材及其制备方法。

背景技术：

1、无规共聚聚丙烯(pp-r)是20世纪80年代末90年代初开发的新型树脂，具有优异的力学性能、良好的成型加工性能以及相对较低的生产成本，广泛应用于国民生产的各行业(如冷热水管道、汽车零部件、家具等)。作为一种新型绿色材料，pp-r的使用不仅能够降低对生态环境的破坏，而且还能满足人们对生产生活领域的需求；但该材料在低温条件下极易发生脆裂，韧性较差，限制了pp-r的进一步发展。

2、现有的pp-r管道，为了解决其低温脆裂问题，常见的方式是在管材下线后增加一道热处理工艺，通过热处理增加pp-r的结晶速率及结晶能力，提高了分子链的活动性及晶格堆砌的规整度，促进结晶的完善，来达到改善pp-r管材的耐低温冲击性能。

3、使用线下烘箱热处理工艺来提高pp-r管材的低温冲击性能，需要将管材下线后在85℃-125℃、2-2.5h的区间下进行热处理，能使无规共聚聚丙烯管材低温落锤冲击完好率提高五倍以上，但实际施工过程中发现，当冬季温度低于-5℃时，管材仍频繁发生碎裂现象，同时对于工厂生产来说会产生极大的耗时、耗能及投入热处理设备和场地问题。

4、而且烘箱热处理是引起管材焊接翻边起皮的一个重要因素。热处理的目的是一定程度上改善pp-r管材的低温脆性问题，但在高温条件下，退火处理将含氧官能团引入聚合物表面，厚度可达4-9nm，少量的含氧基团使表面张力增加。在焊接时，表皮与内层由于结构不同而不能很好地熔合，引起焊接翻边不规则的滑动，导致起皮；在施工过程中频繁出现管材焊接翻边起皮的现象，不利于安装系统的安全性。

5、因此使用烘箱热处理的方式来提高管材低温抗冲击性能，虽然性能会有所提升，但存在制造时间及投入成本高，设备稳定性低，能耗成本高，管材管件热熔焊接翻边起皮引起安装系统安全性等诸多问题。

6、发明创造内容

7、有鉴于此，本发明创造旨在提出一种耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材及其制备方法，以解决背景技术中至少一个技术问题。

8、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

9、一种耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材，包括β-ppr共混内层、耐低温增刚增韧中间层、α-ppr共混外层；

10、β-ppr共混内层、耐低温增刚增韧中间层、α-ppr共混外层从内到外依次设置；

11、并且/或者，β-ppr共混内层包括β成核剂和pp-r；

12、并且/或者，耐低温增刚增韧中间层包括三元乙丙橡胶(epdm)、纳米caco3、相容剂、色母粒和pp-r；

13、并且/或者，α-ppr共混外层包括α成核剂和pp-r。

14、进一步地，β-ppr共混内层按重量份数组成包括0.4-0.6β成核剂和99.4-99.6份pp-r；

15、并且/或者，耐低温增刚增韧中间层按重量份数组成包括10-20份三元乙丙橡胶、4-6份纳米caco3、8-12份相容剂、3-5份色母粒和100份pp-r；

16、并且/或者，α-ppr共混外层按重量份数组成包括0.01-0.2份α成核剂和99.8-99.99份pp-r。

17、进一步地，β-ppr共混内层的壁厚占比为45.5％-49.5％；

18、并且/或者，耐低温增刚增韧中间层的壁厚占比为1％-9％；

19、并且/或者，α-ppr共混外层的壁厚占比为45.5％-49.5％。

20、一种耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材的制备方法，包括如下步骤：

21、s1：三元乙丙橡胶(epdm)、纳米caco3、相容剂、色母粒和pp-r进行造粒，得到管材中间层pp-r增刚增韧母粒；

22、s2：对α成核剂和pp-r进行混料，得到外层混料，将外层混料加入到外层挤出机；对β成核剂和pp-r进行混料，得到内层混料，将内层混料加入到内层挤出机；将步骤s1得到的管材中间层pp-r增刚增韧母粒加入到中间层挤出机中，通过三层共挤出模头挤出，得到初步成型的耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材；

23、s3：初步成型的耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材进行真空箱冷却定径；依次进入经过第一在线热处理、第二在线热处理，再经过其他处理判断合格后，得到耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材。

24、进一步地，步骤s1中的外层混料的挤出温度200～210℃，管材中间层pp-r增刚增韧母粒的挤出温度170～185℃，内层混料的挤出温度225～235℃。

25、进一步地，内层混料的挤出温度230℃。

26、进一步地，中间层的厚度为0.03mm～0.25mm。

27、进一步地，步骤s2中的第一在线热处理为通过在线热水处理恒温箱进行处理；

28、优选地，在线热处理恒温箱的长度为5.8米～6.2米，水温度为65℃～75℃；

29、优选地，第二在线热处理为通过常温冷却水箱进行热处理。

30、进一步地，步骤s3中的其他处理判断合格包括对耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材进行喷码机喷字，再通过牵引机牵引，通过切割机按要求切割耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材，得到产品，进行测量和检测，若合格则包装入库，若不合格报废粉碎。

31、相对于现有技术，本发明创造所述的一种耐低温增刚增韧型无规共聚聚丙烯管材及其制备方法具有以下优势：

32、1、本发明外层采用α成核剂和pp-r共混的技术方案，通过适量α成核剂的加入，提高pp-r的结晶度和结晶速率，生成α球晶，细化晶粒使分子具有微晶结构，使得pp-r材料在保持良好加工性能的同时增强了材料的热稳定性、也具备了优异的力学性能。使用该技术方案可以有效的提高管材刚性和拉伸强度，管材刚性高，不容易因自重而下垂，横平竖直，明装时更美观，拉伸性好，安装使用便捷、安全，达到减少施工难度、提升管材使用寿命的效果。

33、2、本发明中间层采用三元乙丙橡胶(epdm)、纳米caco3、相容剂、色母粒和pp-r共混的技术方案。作为主耐低温增刚增韧层，同时采用弹性体增韧和无机刚性粒子增韧的双重增韧方式。通过引入三元乙丙橡胶(epdm)，用熔融共混的方法制备pp-r/epdm复合材料，采用该方法可使pp-r的晶粒粒径减小，晶粒细化，因而在外力作用下将会消耗更多能量，从而大幅提高低温抗冲击性能。

34、同时，加入纳米caco3增韧pp-r，纳米caco3粒子将扮演着沙袋的作用，施加外力时，团聚的纳米caco3粒子将相对滑动，吸收能量，提高管材韧性，适当的配比下，不仅不会牺牲pp-r的拉伸性能，而且还提高管材刚性的同时会对其低温冲击韧性有很大的改善。

35、相容剂在其中起到促进相的分散，增加相间的粘结力，改善热稳定性，增加应力传递效率，为材料提供均一稳定的性能。借助于分子间的键合力，促使聚合物结合在一体，进而得到稳定的共混物的作用。

36、3、本发明内层通过采用β成核剂和pp-r共混的技术方案，通过适量β成核剂的加入促进pp-r中α球晶转变为β球晶，生成大量的β球晶，从而提高管材的缺口冲击强度，从本质上改善pp-r管的低温抗冲击性能，同时随着β球晶的占比上升，pp-r管材的耐压耐热性能也有所提升，提高管材长期使用的稳定性与安全性。

37、4、本发明将热处理工序前置至pp-r管材生产线真空定径冷却箱后，使用65℃-75℃恒温水箱浸泡，管材在经过真空箱的一次冷却后，进入恒温箱二次升温，通过迅速升温来解决pp-r加工成型过程中冷却速率较快、晶体发育不完全的问题，有效改善聚合物的结晶过程，减少基体中的残余应力，从而提高材料的综合力学性能，在产线上提高pp-r管材的结晶速率及结晶能力，达到增刚增韧的作用，进一步提升pp-r管材低温抗冲击性能(提升10％左右)和耐压性能(提升5％左右)。同时使用该在线热水处理工序，减少了生产成本和生产能耗，也解决了焊接起皮的问题，使施工变得方便、快捷、简单。

技术实现思路