[發明專利]一種耐低溫PP-R復合管材及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111623710.6
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114440013A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 涂亞鵬;呂愛龍;汪磊
• 申請（專利權）人: 日豐企業集團有限公司;日豐企業（佛山）有限公司;日豐科技有限公司
• 主分類號: F16L9/133
• 分類號: F16L9/133;F16L57/02;B29C48/09;B29C48/18;B29L23/00;B29K23/00;B29L9/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;朱燕華

本發明公開了一種耐低溫PP?R復合管材，其包括PP?R外層、粘接中間層和PE內層，所述粘接中間層由反應性熱熔膠制成，所述反應性熱熔膠包括如下重量份的組分：聚烯烴相容劑100份、丙烯基聚烯烴和/或乙烯基聚烯烴0～1000份、交聯劑0～10份和助交聯劑0～10份。本發明將PE內層與PP?R外層復合成管材，并通過含所述聚烯烴相容劑的粘接中間層粘接PE內層和PP?R外層，解決了PP?R管材在低溫下容易凍裂的技術問題，也解決了PE內層與PP?R外層的粘接問題。

技術領域

本發明屬于塑料管道技術領域，具體涉及一種耐低溫PP-R復合管材及其制備方法與應用。

背景技術

PP-R主要由丙烯和乙烯無規共聚而成，由于其優異的耐蠕變性、強度、韌性和耐熱性，因而在管道行業中被廣泛使用。但是，由于在PP-R原料的生產中，國內外不同生產廠家或同一生產廠家的不同批次生產存在生產工藝的波動，導致部分批次原材料生產的PP-R管材在0℃落錘沖擊測試中的性能無法達到要求，需要增加工序改善其低溫脆性，這主要是由于PP-R中乙烯基的含量和分子量分布的控制是一個突出的難點，導致其剛性和韌性的平衡不能達到理想的狀態。

為改善PP-R的低溫脆性，現有方法主要是通過添加β成核劑、退火處理或添加增韌劑的方式。但由于添加增韌劑會影響管材的長期耐壓性能，因此管材生產時嚴禁添加增韌劑。而β成核劑的使用只在少數幾種顏色有效，且對色母的選擇和分散性有很高要求，導致生產成本較高，所以很少使用。管道生產主要通過退火處理來解決管材0℃落錘沖擊不達標的問題，盡管通過PP-R原料生產工藝、管材加工工藝和后處理工藝的不斷優化，低于0℃環境條件下管材的低溫脆性仍然不理想。

此外，水在0℃、標準大氣壓條件下的密度為0.9998g/cm³，而冰在0℃、標準大氣壓條件下的密度為0.917g/cm³。在0℃以下，水凍結成冰后其體積增加約9％。一般輸水管道中水的充滿度并非100％，還有一定量的空氣。當氣溫降低至0℃以下時，管道內的水會結冰膨脹并擠壓管道內的空氣，從而造成管道內的壓力在短時間內迅速升高。由于一般的PP-R管材的脆化溫度在-5℃～0℃，而普通PP-R管材的低溫脆性使得其在0℃以下溫度使用時極易受到外部沖擊、碰撞或內部結冰擠壓等而造成管材破裂，影響管材的長期使用性能。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種耐低溫PP-R復合管材及其制備方法與應用。

為達到其目的，本發明所采用的技術方案為：

一種耐低溫PP-R復合管材，其包括PP-R外層、粘接中間層和PE內層，所述粘接中間層由反應性熱熔膠制成，所述反應性熱熔膠包括如下重量份的組分：聚烯烴相容劑100份、丙烯基聚烯烴和/或乙烯基聚烯烴0～1000份、交聯劑0～10份和助交聯劑0～10份。

所述PE內層的脆化溫度低于-60℃，本發明通過將PE內層與PP-R外層復合成管材，如此，在0℃以下溫度使用時，PP-R外層表現為低溫脆性，韌性大幅下降，而PE內層的韌性無損失，力學性能保持較好，并可吸收管材外部的沖擊能量，從而降低沿沖擊方向產生的位移并使受沖擊部位的分子鏈不發生斷裂。同時，當管材內的水結冰并對管材造成擠壓而產生局部應力集中時，PE內層可吸收和耗散能量，抵抗銀紋或微小裂紋等缺陷進一步擴大，使管材能夠承受足夠高的局部應力，從而大幅降低管材使用過程中的凍裂風險，降低維護成本，提高PP-R管材的長期使用壽命。

但由于PP-R與PE的相容性很差，無法將兩者直接熔接，而且，即使通過聚烯烴相容劑對PP-R和PE進行加工改性，也無法解決兩者的相容性問題，發明人經試驗研究發現即使將多達10wt％的聚烯烴相容劑加入到PP-R外層或PE內層中進行共混改性，仍不能明顯改善PP-R外層和PE內層的相容性，無法將這兩個結構層直接熔接，且還會造成管材的耐靜液壓性能變差，無法滿足冷熱水應用管材的長期耐壓需求。只有將聚烯烴相容劑作為中間層使用，才能解決PP-R外層與PE內層的相容性問題，使兩者實現有效粘接。