聚丁烯-1改性PPR管材低溫沖擊及耐熱性能的研究

楊寶生

(沈陽福隆興管業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110142)

聚丁烯-1改性PPR管材低溫沖擊及耐熱性能的研究

楊寶生

(沈陽福隆興管業(yè)有限公司，遼寧 沈陽 110142)

在PPR中加入適量的聚丁烯-1樹脂，研究了聚丁烯-1的添加比例對PPR管材耐水壓、低溫沖擊性能及強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：聚丁烯-1對PPR常溫下的沖擊性能和低溫下的沖擊性能都有明顯的改善，隨著聚丁烯-1添加量的增加PPR的沖擊強(qiáng)度和高溫耐水壓性能不斷增加，但拉伸強(qiáng)度會逐漸降低，斷裂伸長率先增大后降低。當(dāng)聚丁烯-1的含量在20%時(shí)，PPR管材的各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)。

聚丁烯-1 ;PPR ;低溫沖擊; 耐水壓

PPR管材具有優(yōu)異的耐熱性能、長期耐水壓性能、衛(wèi)生性能，而且具有流體阻力小，可熱熔焊接，使用壽命長等特點(diǎn)，已經(jīng)在冷熱水輸送以及供暖方面得到廣泛應(yīng)用。但是PPR的低溫沖擊性能不足，在冬季尤其是北方，施工或運(yùn)輸過程中受到外力容易出現(xiàn)脆裂現(xiàn)象，影響正常使用。李躍文等[1]論述了通過POE等彈性體或橡膠類物質(zhì)增韌改性或者誘導(dǎo)β成核結(jié)晶來提高聚丙烯韌性，進(jìn)而改善其沖擊性能，但橡膠類或彈性體類物質(zhì)對聚丙烯的強(qiáng)度和耐溫性損失較大，而β成核結(jié)晶對結(jié)晶條件要求比較高，不利于PPR管材的生產(chǎn)工藝控制，導(dǎo)致PPR管材的β結(jié)晶度難以保證。聚丁烯-1(PB-1)既具有PE的耐沖擊性能，又有高于PP的耐應(yīng)力開裂性和出色的耐蠕變性，能夠長期承受高達(dá)屈服強(qiáng)度90%的應(yīng)力[2]。聚丁烯-1耐熱性很好，脆化溫度低(-30℃)，能在-30～100℃的范圍內(nèi)長期使用[2]。聚丁烯-1與PPR的相容性理論上應(yīng)該很好，所以聚丁烯-1增韌改性PPR管材應(yīng)該能得到較好的效果。

本實(shí)驗(yàn)通過改變聚丁烯-1與PPR共混體系中PB-1的添加量來探討聚丁烯-1對PPR管材力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)：PA14D，白色半透明顆粒，熔體流動速率(MFR)0.32g/10min(230℃，2.16kg)，中石油大慶煉化公司；聚丁烯-1(PB-1)：P5050N，白色透明顆粒，熔體流動速率(MFR)0.5g/10min(190℃，2.16kg)，日本三井化學(xué)；色母：白色顆粒，市售。

1.2 儀器設(shè)備

PPR管材生產(chǎn)線，SJ65/33，寧波方力；注塑機(jī)，HTF120×2，寧波海天；管材靜液壓試驗(yàn)機(jī)，XGY-10，承德市德盛檢測設(shè)備有限公司；電子萬能試驗(yàn)機(jī)，DWD-20，承德市德盛檢測設(shè)備有限公司；擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，XJJ-5，承德市德盛檢測設(shè)備有限公司； 熔體流動速率儀，XNR400B，承德市德盛檢測設(shè)備有限公司；分析天平，TG328A，承德市德盛檢測設(shè)備有限公司；制樣機(jī)，ZYZ-20，承德市德盛檢測設(shè)備有限公司。

1.3 試樣制備

聚丁烯-1的用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其含量分別為0%，10%，20%，30%，40%，分別將PPR、聚丁烯-1和白色母按比例混合均勻，色母比例固定為2.5%。

(1)管材的制備，用PPR管材生產(chǎn)線按編號將混好的料制成dn32S3.2的管材，擠出機(jī)各段溫度分別為：下料口90℃，料筒1段160℃，料筒2段170℃，料筒3段180℃，料筒4段190℃，連接體195℃，機(jī)頭200℃，模具195℃；

(2)拉伸試樣制備，從制好的管材試樣上取樣，用制樣機(jī)制成啞鈴型試樣；

(3)沖擊試樣制備，用注塑機(jī)將混好的料制成標(biāo)準(zhǔn)測試試樣。

1.4 性能測試

管材及拉伸、沖擊試樣陳化5天后進(jìn)行性能測試[2]。

管材耐壓性能按GB/T 6111-2003測試，試驗(yàn)溫度95℃，靜液壓應(yīng)力4.2MPa，試驗(yàn)介質(zhì)為水。

拉伸性能按GB/T8804.3-2003測試，試驗(yàn)溫度25℃，拉伸速率50mm/min；

沖擊性能按GB/T 1043.1-2008測試，測試溫度-10℃和23℃，試樣為A型缺口。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚丁烯-1含量對管材高溫耐壓性能的影響

由圖1可以看出，隨著聚丁烯-1含量的提高，管材的破裂時(shí)間逐漸加長，而且聚丁烯-1的含量越高增幅越大，這主要是由于聚丁烯-1與其他聚烯烴相比具有優(yōu)良的抗蠕變性，即使是在高溫時(shí)也具有特別好的抗蠕變性[3]。與目前國內(nèi)作為管材料的無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)相比，在相同條件下，聚丁烯的長期使用環(huán)向應(yīng)力承受能力更高[3]。根據(jù)GB/T18742.1-2002和GB/T19473.1-2004給出的PPR與PB預(yù)測靜液壓強(qiáng)度參照曲線也可以看出，PB的高溫耐水壓強(qiáng)度比PPR高。

圖1 PB-1含量對管材高溫耐壓性能的影響

2.2 聚丁烯-1含量對共混物沖擊性能的影響

由圖2可以看出，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度隨著聚丁烯-1的含量不斷增加而逐漸提高，說明聚丁烯-1對PPR常溫和低溫下的沖擊強(qiáng)度均有明顯的改善作用，聚丁烯-1含量在0～20%范圍內(nèi)，-10℃沖擊強(qiáng)度提高明顯。這是由于聚丁烯-1具有良好的耐低溫性和耐環(huán)境應(yīng)力開裂性[5]。在PP中參入一定量的HDPE、LLDPE、UHMWPE等對PP球晶具有插入、分割、細(xì)化的作用，均可以不同程度的提高PP的沖擊性能[6]，同理聚丁烯-1也會穿插于PPR球晶間，增強(qiáng)了聚丁烯-1與PPR兩相界面間的相互作用，減小PPR球晶尺寸，同時(shí)PPR球晶可做為聚丁烯-1的異相成核劑，從而提高共混物的沖擊強(qiáng)度。

圖2 PB-1含量對共混物沖擊性能的影響

2.3 聚丁烯-1含量對管材拉伸性能的影響

由圖3可以看出，隨著聚丁烯-1比例的提高管材的拉伸屈服強(qiáng)度有小幅降低，這是由于聚丁烯-1的屈服強(qiáng)度比PPR低，只有19MPa，根據(jù)最簡單的二元共混物拉伸強(qiáng)度法則可以得出共混物的拉伸屈服強(qiáng)度會降低。斷裂伸長率有較大幅度提高，當(dāng)聚丁烯-1含量為超過20%時(shí)，斷裂伸長率反而下降，主要是由于聚丁烯-1的斷裂伸長率較PPR高，當(dāng)聚丁烯-1含量較低時(shí)，能較好的分散在PPR基體中，提高了管材的斷裂伸長率。當(dāng)聚丁烯-1的含量逐漸增大時(shí)，易出現(xiàn)分散不均，而使管材斷裂伸長率下降[3]。

圖3 PB-1含量對管材拉伸性能的影響

3 結(jié)論

(1)聚丁烯-1對PPR管材的高溫耐水壓性能具有明顯的增強(qiáng)效果，添加量越大效果越明顯，聚丁烯-1添加為20%時(shí)已遠(yuǎn)高于GB/T18742.2-2002標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)添加量為40%時(shí)，管材破裂時(shí)間提高了16倍。

(2)隨著聚丁烯-1含量的增加，共混物的沖擊強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)聚丁烯-1含量超過20%后，共混物沖擊強(qiáng)度提高的幅度有所下降。

(3)管材的拉伸強(qiáng)度隨著聚丁烯-1的加入有小幅下降，斷裂伸長率先升后降，聚丁烯-1含量為20%時(shí)，斷裂伸長率最大。

(4)由于聚丁烯-1的價(jià)格要比PPR高很多，綜合管材的性能和成本，聚丁烯-1的含量為20%時(shí)，PPR管材的各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)。

[1] 李躍文，羅承友．聚丙烯增韌改性的方法及機(jī)理[J]．工程塑料應(yīng)用，2007(10):69-72．

[2] 宋琦珍．聚丁烯-1的特性及應(yīng)用[J]．塑料技術(shù),2002(2):33-36．

[3] 王秀繪，王亞麗，高 飛，等．聚丁烯-1技術(shù)研究進(jìn)展及其特性分析[J]．塑料工業(yè)，2011，39(8):15-17．

[4] 劉國棟，楊麗庭，王廣德，等．聚合物二元共混物拉伸強(qiáng)度混合規(guī)則的改進(jìn)模型[J]．高分子學(xué)報(bào)，2000(6):795-799．

[5] 彭嘉冠，孫 研．全材料聚丁烯-1的性能及應(yīng)用[J]．河南化工，2010,27(1):17-19．

[6] 談華平，賈敬銀．聚丙烯的共混增韌[J]．塑料科技，2003(3):51-55．

(本文文獻(xiàn)格式：楊寶生.聚丁烯-1改性PPR管材低溫沖擊及耐熱性能的研究[J].山東化工，2017，46(06)：32-33.)

Study on Low Temperature Impact Properties and Heat Resistance of Polybutene-1 Modified PPR Pipe

YangBaosheng

(Shenyang Fulong Xing Pipe Industry Co., Ltd.,Shenyang 110142,China)

The effect of the addition ratio of polybutene-1 to PPR on hydraulic pressure resistance,low temperature impact properties and strength of PPR pipe was studied by adding polybutene-1 resin to PPR. The results show that the normal temperature and low temperature impact properties of PPR were obvious improvement by adding polybutene-1 resin,the impact strength and hydraulic pressure resistance at high temperature were increased significantly with increasing polybutene-1 content, but the tensile strength was decreased, elongation at break was increased and then decreased.When the content of polybutene -1 in 20%, the comprehensive performance of PPR pipe was the best.

polybutene -1;PPR;low temperature impact;hydraulic pressure resistance

2017-02-08

楊寶生(1978—)，工程師，本科，主要從事塑料加工工藝方面的研究。

O632.12; TB332

A

1008-021X(2017)06-0032-02