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、低溫沖擊性能及強度的影響。結果表明：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的沖擊強度和高溫耐水壓性能不斷增加，但拉伸強度會逐漸降低，斷裂伸長率先增大后降低。當聚丁烯-1的含量在20%時，PPR管材的各項指標最優。

聚丁烯-1 ;PPR ;低溫沖擊; 耐水壓

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

本實驗通過改變聚丁烯-1與PPR共混體系中PB-1的添加量來探討聚丁烯-1對PPR管材力學性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原料

無規共聚聚丙烯(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；色母：白色顆粒，市售。

1.2 儀器設備

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

1.3 試樣制備

聚丁烯-1的用量為質量分數，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管材生產線按編號將混好的料制成dn32S3.2的管材，擠出機各段溫度分別為：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，用制樣機制成啞鈴型試樣；

(3)沖擊試樣制備，用注塑機將混好的料制成標準測試試樣。

1.4 性能測試

管材及拉伸、沖擊試樣陳化5天后進行性能測試[2]。

管材耐壓性能按GB/T 6111-2003測試，試驗溫度95℃，靜液壓應力4.2MPa，試驗介質為水。

拉伸性能按GB/T8804.3-2003測試，試驗溫度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良的抗蠕變性，即使是在高溫時也具有特別好的抗蠕變性[3]。與目前國內作為管材料的無規共聚聚丙烯(PPR)相比，在相同條件下，聚丁烯的長期使用環向應力承受能力更高[3]。根據GB/T18742.1-2002和GB/T19473.1-2004給出的PPR與PB預測靜液壓強度參照曲線也可以看出，PB的高溫耐水壓強度比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度均有明顯的改善作用，聚丁烯-1含量在0～20%范圍內，-10℃沖擊強度提高明顯。這是由于聚丁烯-1具有良好的耐低溫性和耐環境應力開裂性[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度有小幅降低，這是由于聚丁烯-1的屈服強度比PPR低，只有19MPa，根據最簡單的二元共混物拉伸強度法則可以得出共混物的拉伸屈服強度會降低。斷裂伸長率有較大幅度提高，當聚丁烯-1含量為超過20%時，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，當聚丁烯-1含量較低時，能較好的分散在PPR基體中，提高了管材的斷裂伸長率。當聚丁烯-1的含量逐漸增大時，易出現分散不均，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效果，添加量越大效果越明顯，聚丁烯-1添加為20%時已遠高于GB/T18742.2-2002標準要求，當添加量為40%時，管材破裂時間提高了16倍。

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

(3)管材的拉伸強度隨著聚丁烯-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，斷裂伸長率最大。

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

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

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

[3] 王秀繪，王亞麗，高 飛，等．聚丁烯-1技術研究進展及其特性分析[J]．塑料工業，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度混合規則的改進模型[J]．高分子學報，2000(6):795-799．

[5] 彭嘉冠，孫 研．全材料聚丁烯-1的性能及應用[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