熱水管材專用料PA14D產品質量分析

劉維忠

摘 要：本文通過對比介紹了大慶煉化公司管材專用料PA14D質量指標，通過優化生產方案，提升了管材專用料PA14D的質量，實現了裝置效益最大化。

關鍵詞：熔體流動速率（MFR）；熔流比；氧化誘導期；懸臂梁沖擊強度；彎曲模量

大慶煉化公司聚丙烯生產裝置采用Basell公司的Spheripol工藝（液相本體-氣相法），生產能力為30萬噸/年。 2005年投產，是當今國內單線生產能力最大，技術最先進的雙環管工藝技術之一，能生產均聚物、無規共聚物和抗沖共聚物聚丙烯，且能生產熔指更高的均聚物和更高橡膠相含量的高抗沖共聚物，具備生產聚丙烯管材專用料PP-R的能力。通過幾年的質量提升，管材專用料PP-R的基礎物性和后加工性能已有很大的提高且趨于穩定，得到下游客戶的一致認可，并且占有很大的市場份額。

2008年我們將公司生產的三個批次的PA14D與市場上先進產品進行質量對比分析。

1 性能測試

1.1 基礎性能測試

不同批次的PA14D產品均達到標準指標要求，熔體流動速率、密度、熔流比等性能的穩定性較好。

大慶煉化公司聚丙烯廠PA14D與市場PPR產品比較，熔體流動速率（MFR）相當，熔流比PA14D稍大，對加工性能有利。

從氧化誘導期數值來看，大慶煉化公司聚丙烯廠PA14D的時間較長，表明抗氧化體系比較穩定。保證了在造粒過程中減少由熱及剪切而引起的斷鏈，使得管材專用料具有較好的強度和長期抗蠕變性能。

1.2 力學性能測試

不同批次PA14D產品均達到標準指標要求，懸臂梁沖擊強度、彎曲模量等性能穩定性較好；目前，通過質量改進的PA14D產品懸臂梁沖擊強度高于市場PPR產品，這主要與分子量、乙烯含量及序列結構的差異相關。

2 結構表征

2.1 13C-NMR分析

2009年大慶煉化聚丙烯廠通過在裝置上調整乙烯加入量等工藝條件，PA14D的ω（E）明顯提高，且較穩定，ω（E）量在3.8%左右，使得產品的抗沖擊性能得到顯著改善，提高了專用料長期使用性能。

從三單元序列結構看出，PA14D樣品的y（EEE）為0.321%， 與市場PPR產品的y（EEE）相當，表明乙烯長鏈數量減少。EEE序列可能含有四單元、五單元甚至更長的乙烯鏈段結構，EEE結構對提高沖擊強度雖然有一定的貢獻，但對產品剛性有一定的負面影響

三單元序列結構中代表乙烯以單分子嵌入聚丙烯鏈段為PEP含量，乙烯以單分子嵌入聚丙烯長鏈，說明其聚丙烯長鏈分子中，嵌入了無數個分子級乙丙橡膠單元，乙烯的嵌入，使PP主鏈的無規性增強，C-C鏈節可自由旋轉，材料受外力沖擊時，這種柔性的鏈節，可以通過構象上的變化吸收沖擊能量，因此PEP含量高，分子級乙丙橡膠EPR的比例越多，是對PP長鏈沖擊性能貢獻的最大部分。

市場PPR產品的PEP單分含量（3.78mol%），PA14D產品PEP含量有較大的改善，PEP含量達到3.875mol%，說明乙烯分布較好。

2.2 分子量及分布表征：

PA14D重均分子量高于市場PPR產品，管材專用料具有較好的強度、長期抗蠕變性能；分子量分布系數與市場PPR產品相當。

2.3 結構表征-熱性能分析

PA14D熔點在143.7℃附近，市場PPR產品熔點142.5℃，PA14D熔點與市場PPR產品相近。

2.4 扭矩流變試驗

扭矩流變試驗：熔體溫度190℃，流變試驗曲線如圖1和表1

備注：工藝溫度℃：180℃、195℃、200℃、196℃、190℃在各自設定的實驗轉速范圍內熔體表面平穩光滑，無熔體破裂或鯊魚皮現象出現。

由于擠管時的剪切速率一般在1000s-1以下，在此剪切速率范圍內，對材料的高分子量部分及分子量分布較為敏感，因此擠管加工性市場PPR料略好于大慶料。但隨著剪切速率的進一步提高，分子量在100萬以下級分對材料的加工行為影響較大，此時大慶料加工性略好于市場PPR料。

3 結論

我廠生產的聚丙烯管材PA14D專用料的產品綜合指標均達到了質量指標。通過對我廠聚丙烯裝置工藝參數的優化，我廠生產的聚丙烯管材專用料同市場管材專用料相比，PA14D的產品質量已經達到了市場PPR產品的指標。