專利名稱：高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚丙烯管材及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯管材具有如熱傳導(dǎo)率低、耐高溫、耐腐蝕、可熱熔焊接等優(yōu)異的綜合性能，已被廣泛用于建筑物內(nèi)冷熱水輸送等領(lǐng)域。2001年至2011年間，我國(guó)平均每年的室內(nèi)冷水管需求量約3億米，熱水管需求量約I億米。其中，對(duì)聚丙烯管材的需求約占50%，2011年，我國(guó)聚丙烯管材的用量超過(guò)80萬(wàn)噸，其加工產(chǎn)業(yè)已成為了國(guó)家的重要支柱產(chǎn)業(yè)。但是，目前國(guó)產(chǎn)聚丙烯管材專用樹(shù)脂的極限爆破壓力，耐慢速裂紋生長(zhǎng)等性能與國(guó)外進(jìn)口樹(shù)脂之間尚存在一定差距，使得所制備的管材的使用性能較差，使用壽命較短。故長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)聚丙烯管材的生產(chǎn)廠家大多采用進(jìn)口樹(shù)脂在進(jìn)行生產(chǎn)，但進(jìn)口樹(shù)脂與國(guó)產(chǎn)樹(shù)脂之間存在較大的價(jià)格差，價(jià)格昂貴的因素抑制了聚丙烯管材在給排水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。另外，采用常規(guī)擠出技術(shù)加工的聚丙烯管材還存在以下缺陷:1.抗沖擊強(qiáng)度性能差。原因是制備的聚丙烯管材內(nèi)主要生成的是呈粗大放射狀的α型球晶，該球晶間的聯(lián)系較小，易使材料產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生脆性斷裂。2.環(huán)向強(qiáng)度低。加工過(guò)程中，因大分子是沿軸向進(jìn)行取向的，因而使管材的軸向強(qiáng)度超過(guò)環(huán)向強(qiáng)度，而理論分析證明，在實(shí)際使用中，管材的環(huán)向受力是軸向受力的2倍以上。環(huán)向強(qiáng)度低，這一方面將影響管材的使用壽命，另一方面也會(huì)使管材的品質(zhì)評(píng)價(jià)降低而影響其市場(chǎng)的占有份額，這對(duì)管材生產(chǎn)企業(yè)是極為不利的。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界為提高聚丙烯管的性能進(jìn)行了大量研究，從而也公開(kāi)了許多聚合物管材的新加工方法，如針對(duì)聚丙烯管低溫韌性差的特性，對(duì)聚丙烯進(jìn)行化學(xué)改性，在聚丙烯基體中引入了彈性相，從而提高了聚丙烯管材的低溫韌性(Tan，H.Li,L.Chen, Z.Song, Y.Zheng, Q., Polymer, 2005, 46，:3522);針對(duì)壓力管道的環(huán)向受力約為軸向受力兩倍的特點(diǎn)，Chen等人(Chen K.Y., Zhou N.Q., Liu B., Jin G., Journalof applied polymer science, 2009, 114: 3612)利用擠出螺桿的周期性旋轉(zhuǎn)與前后進(jìn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生振動(dòng)力場(chǎng)，得到二維自增強(qiáng)的聚丙烯管，使其環(huán)向強(qiáng)度得到了提高;Morath等人(Morath C.C., Ward1.Μ., Plastics, Rubber And Composites, 2006, 35: 447)在聚丙烯熔點(diǎn)以下，對(duì)聚丙烯管坯進(jìn)行擴(kuò)管，使其在冷拉過(guò)程中同時(shí)受到軸向與環(huán)向應(yīng)力來(lái)提高其環(huán)向取向度，得到了高環(huán)向強(qiáng)度的聚丙烯管。Lee等人(Lee K.S., Lai Μ.0., Chen C.M.,Journal of materials processing technology, 1997, 65: 228)將預(yù)成型的聚丙烯管材固定在芯軸上，在較低溫度下用雙滾軸前后滾壓聚丙烯管，使環(huán)向拉伸強(qiáng)度提高了 70%。但遺憾的是上述加工方法或只能單獨(dú)提高聚丙烯管材環(huán)向強(qiáng)度，或只能單獨(dú)提高聚丙烯管材韌性，也就是無(wú)法同時(shí)獲得環(huán)向強(qiáng)度和韌性都顯著增加的聚丙烯管材
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，首先提供的一種高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，以適應(yīng)實(shí)際使用中管材的環(huán)向受力狀況，滿足使用要求，延長(zhǎng)使用壽命。本發(fā)明的另一目的是提供一種制備上述高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材的新方法。本發(fā)明提供的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，該管材是由按重量計(jì)的以下組分經(jīng)熔融共混旋轉(zhuǎn)擠出而得:聚丙烯95 99.99份β成核劑0.01 5份，其中β成核劑為·通過(guò)分子間絡(luò)合作用或氫鍵作用而自組裝形成纖維的芳香族類、稀土類、有機(jī)酸及其鹽類化合物中的至少一種，該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為2(T42MPa，環(huán)向斷裂伸長(zhǎng)率為900 1600%。以上管材按重量計(jì)優(yōu)選以下比例:聚丙烯98 99.95份β成核劑0.05 2份。以上管材中所述的芳香族類β成核劑為TMB系列化合物(山西化工研究所研制)、CHB-5化合物(廣州和爾鑫化工科技有限公司生產(chǎn))、NU-100化合物(日本理化公司生產(chǎn))和ΝΒ-328化合物(洛陽(yáng)市中達(dá)化工有限公司)；稀土類β成核劑為WBG系列化合物(廣東煒林納功能材料有限公司生產(chǎn))；有機(jī)酸類β成核劑為DCHT化合物(日本理化公司生產(chǎn))、異二酸肼和辛二酸(上海祥榮化工有限公司)。以上管材中所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯中的至少一種。本發(fā)明提供的上述高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材的制備方法，該方法是先將95、9.99重量份聚丙烯與0.0f 5重量份β成核劑進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，采用芯棒相對(duì)于口模單獨(dú)旋轉(zhuǎn)、口模相對(duì)于芯棒單獨(dú)旋轉(zhuǎn)、芯棒與口模同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)或芯棒與口模同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)中任一種方式，以(T24rpm/min的轉(zhuǎn)速,于熔融段溫度180 ^260°C, 口模段溫度17(T220°C進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑即可制得高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管。其中β成核·劑為通過(guò)分子間絡(luò)合作用或氫鍵作用而自組裝形成纖維的芳香族類、稀土類、有機(jī)酸及其鹽類化合物中的至少一種。以上方法中所用的聚丙烯優(yōu)選98、9.95重量份，β成核劑優(yōu)選0.05^2重量份。以上方法中所述的芳香族類β成核劑為TMB系列化合物、CHB-5化合物、NU-100化合物和ΝΒ-328化合物；稀土類β成核劑為WBG系列化合物；有機(jī)酸類β成核劑為DCHT
化合物、異二酸肼和辛二酸。以上方法中所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯中的至少一種。以上方法中所述成核劑與聚丙烯的充分混合可采用高混機(jī)混合、雙螺桿機(jī)擠出機(jī)擠出混合或其它能使成核劑均勻分散在聚丙烯基體中的方式進(jìn)行。以上方法中所述的自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置是中國(guó)專利ZL200810045785.9所公開(kāi)的裝置。以上方法中所限定的O rpm/min轉(zhuǎn)速是指當(dāng)選擇芯棒轉(zhuǎn)，口模不轉(zhuǎn)時(shí)，口模的轉(zhuǎn)速就為O rpm/min,反之芯棒的轉(zhuǎn)速就為O rpm/min。且當(dāng)選擇芯棒與口模同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)或芯棒與口模同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)方式時(shí)，芯棒和口模轉(zhuǎn)速可以相同，也可以不相同。另外，在實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中，也可根據(jù)需要添加其它公知的抗氧劑、穩(wěn)定劑、增塑劑等加工助劑，以及其它一些有助于管材性能進(jìn)一步增強(qiáng)的填料，如玻璃纖維等，前提是，這些加工助劑對(duì)本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)和以及本發(fā)明優(yōu)良效果的取得不能產(chǎn)生不利影響。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):1.由于本發(fā)明采用的β成核劑為通過(guò)分子間絡(luò)合作用或氫鍵作用而可以自組裝形成纖維的芳香族類、稀土類、有機(jī)酸及其鹽類化合物，因而可以在聚丙烯管材的擠出過(guò)程中，在設(shè)定的工藝條件實(shí)現(xiàn)β成核劑的自成纖，以為增強(qiáng)管材強(qiáng)度和韌性作出貢獻(xiàn)。2.由于本發(fā)明采用的成纖β成核劑還可在采用的旋轉(zhuǎn)擠出裝置獨(dú)特的口模/芯棒旋轉(zhuǎn)方式及速度誘導(dǎo)下，使成核劑纖維偏離軸向排列，促使聚合物沿纖維表面偏離軸向取向結(jié)晶，形成偏離軸向取向的β型取向晶體結(jié)構(gòu)，因而同時(shí)顯著提高了聚丙烯管材的環(huán)向強(qiáng)度和韌性。3.由于本發(fā)明是在熔點(diǎn)以上對(duì)β成核劑/聚丙烯復(fù)合材料進(jìn)行加工，因而加工速度快，產(chǎn)量高，符合工業(yè)化大 規(guī)模生產(chǎn)的要求。4.由于本發(fā)明使用的β成核劑不僅增強(qiáng)效率高，且添加量少，因而使所制備的管材既具備高品質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，又因成本低而更具價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。5.本發(fā)明提供的方法工藝簡(jiǎn)單成熟，易于掌握控制，也便于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的高強(qiáng)高韌均聚聚丙烯管材與對(duì)比例I按典型常規(guī)擠出方法制備的均聚聚丙烯管材的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。從圖中可見(jiàn)本發(fā)明制備的均聚聚丙烯管材的環(huán)向斷裂伸長(zhǎng)率與拉伸強(qiáng)度都明顯強(qiáng)于常規(guī)擠出均聚聚丙烯管材。圖2為對(duì)比例3按常規(guī)擠出方法制備的ΤΜΒ-5型β成核劑/均聚聚丙烯管材內(nèi)表面掃描電鏡(sao照片。從圖中可見(jiàn)，β型取向晶體是沿管材擠出方向(軸向)排列的，這說(shuō)明其對(duì)管材的環(huán)向力學(xué)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1采用芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8rpm時(shí)，旋轉(zhuǎn)擠出的TMB-5型β成核劑/均聚聚丙烯管材內(nèi)表面SEM照片。從圖中可見(jiàn)，β型取向晶體是偏離管材擠出方向排列，這說(shuō)明其會(huì)對(duì)管材的環(huán)向力學(xué)強(qiáng)度作出較大貢獻(xiàn)，這也從其環(huán)向力學(xué)性能的測(cè)試數(shù)據(jù)中得到了印證。圖4為對(duì)比例4按常規(guī)擠出方法制備的WBG-2型β成核劑/均聚聚丙烯管材外表面SEM照片。從圖中可見(jiàn)，β型取向晶體是沿管材擠出方向排列，這說(shuō)明其對(duì)管材的環(huán)向力學(xué)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大。圖5為本發(fā)明實(shí)施例6采用口模旋轉(zhuǎn)速度為4rpm時(shí)，旋轉(zhuǎn)擠出WBG-2型β成核劑/均聚聚丙烯管材外表面SEM照片。從圖中可見(jiàn)，β型取向晶體是偏離管材擠出方向排列，這說(shuō)明其會(huì)對(duì)管材的環(huán)向力學(xué)強(qiáng)度作出較大貢獻(xiàn)，這也從其環(huán)向力學(xué)性能的測(cè)試數(shù)據(jù)中得到了印證。圖6為對(duì)比例I按常規(guī)擠出方法制備的均聚聚丙烯管材內(nèi)表面SM照片。從圖中可見(jiàn)，無(wú)取向晶體生成，β晶含量也極少。
圖7為對(duì)比例2按芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8rpm，旋轉(zhuǎn)擠出的均聚聚丙烯管材內(nèi)表面SEM照片。從圖中可見(jiàn)，無(wú)取向晶體生成，β晶含量也極少。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。值得說(shuō)明的是，I)以下實(shí)施例和對(duì)比例中物料的份數(shù)均為重量份；2)按照GB/T8804-2003進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。實(shí)施例1先將0.1份ΤΜΒ-5型β成核劑與99.9份均聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為220°C，口模溫度為170°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。

該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為33MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1020%。(為什么沒(méi)有軸向的呢？)實(shí)施例2先將0.01份辛二酸β成核劑與99.99份均聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以芯棒旋轉(zhuǎn)速度為24rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為180°C，口模段溫度為170°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為28MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為975%。實(shí)施例3先將0.2份WBG-4型β成核劑與99.8份均聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以芯棒和口模同向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為4rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為210°C，口模段溫度為180°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為42MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1400%。實(shí)施例4先將I份TMB-5型β成核劑、I份WBG-2型β成核劑、69份嵌段共聚聚丙烯與30份均聚聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模旋轉(zhuǎn)速度為20rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為240°C，口模段溫度為210°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm，壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為38MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1500%。實(shí)施例5先將0.5份TMB-5型β成核劑與99.5份無(wú)規(guī)共聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模旋轉(zhuǎn)速度為12rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為210°C，口模段溫度為200°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑40mm,壁厚4_的管材。
該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為20MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1000%。實(shí)施例6先將0.5份WBG-2型β成核劑與99.5份均聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模旋轉(zhuǎn)速度為4rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為210°C，口模段溫度為180°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為28MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1600%。實(shí)施例7先將2份辛二酸β成核劑、3份WBG-4型β成核劑與95份均聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模與芯棒同向旋轉(zhuǎn)，口模旋轉(zhuǎn)速度為16rpm/min，芯棒旋轉(zhuǎn)速度為20 rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為260°C，口模段溫度為190°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為31MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1125%。實(shí)施例8先將I份NB-328型β成核劑、79份均聚聚丙烯與20份無(wú)規(guī)共聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然 后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模與芯棒反向旋轉(zhuǎn)，口模旋轉(zhuǎn)速度為24rpm/min，芯棒旋轉(zhuǎn)速度為16 rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為250°C，口模段溫度為220°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為26MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為900%。實(shí)施例9先將0.05份TMB-4型β成核劑與99.95份嵌段共聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以芯棒和口模反向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為12rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為230°C，口模段溫度為200°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管還在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑40mm,壁厚4_的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為25MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1200%。對(duì)比例I直接將均聚聚丙烯置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，在口模與芯棒速度均為O rpm/min，擠出機(jī)熔融段溫度為220°C，口模段溫度為180°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為18MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為65%。對(duì)比例2直接將均聚聚丙烯置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置,在芯棒旋轉(zhuǎn)速度為8 rpm/min,擠出機(jī)熔融段溫度為220°C，口模段溫度為180°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為22MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為800%。對(duì)比例3先將0.1份TMB-5型β成核劑與99.9份均聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模與芯棒轉(zhuǎn)速均為O rpm/min,擠出機(jī)熔融段溫度為220°C，口模段溫度為180°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為20MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為207%。對(duì)比例4先將0.5份WBG-2型β成核劑與99.5份均聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模與芯棒轉(zhuǎn)速均為O rpm/min,擠出機(jī)熔融段溫度為210°C，口模段溫度為180°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑32mm,壁厚3mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為17MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為147%。對(duì)比例5先將0.05份TMB-5型β成核劑與99.95份嵌段共聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模與芯棒轉(zhuǎn)速均為O rpm/min,擠出機(jī)熔融段溫度為210°C，口模段溫度為200°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑40mm,壁厚4mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為lOMPa，斷裂伸長(zhǎng)率為170%。對(duì)比例6先將0.5份TMB-5型β成核劑與99.5份無(wú)規(guī)共聚聚丙烯放入高混機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，以口模與芯棒轉(zhuǎn)速均為O rpm/min,擠出機(jī)熔融段溫度為210° C，口模段溫度為200°C下進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑制得外徑40mm,壁厚4mm的管材。該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為9.8MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為110%。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，該管材是由按重量計(jì)的以下組分經(jīng)熔融共混旋轉(zhuǎn)擠出而得: 聚丙烯95 99.99份 β成核劑0.0l 5份， 其中β成核劑為通過(guò)分子間絡(luò)合作用或氫鍵作用而自組裝形成纖維的芳香族類、稀土類、有機(jī)酸及其鹽類化合物中的至少一種，該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為2(T42MPa，環(huán)向斷裂伸長(zhǎng)率為900 1600%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，該管材是由按重量計(jì)的以下組分經(jīng)熔融共混旋轉(zhuǎn)擠出而得: 聚丙烯98 99.95份 β成核劑0.05 2份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，該管材中所述的芳香族類β成核劑為TMB系列化合物、CHB-5化合物、NU-100化合物和ΝΒ-328化合物；稀土類β成核劑為WBG系列化合物；有機(jī)酸類β成核劑為DCHT化合物、異二酸肼和辛二酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，該管材中所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，該管材中所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯中的至少一種。
6.一種權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材的制備方法，該方法是先將95、9.99重量份聚丙烯與0.01飛重量份β成核劑進(jìn)行充分混合，然后將混合料置于自行研制的旋轉(zhuǎn)擠出裝置，采用芯棒相對(duì)于口模單獨(dú)旋轉(zhuǎn)、口模相對(duì)于芯棒單獨(dú)旋轉(zhuǎn)、芯棒與口模同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)或芯棒與口模同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)中任一種方式，以(T24rpm/min的轉(zhuǎn)速,于熔融段溫度180 -260°C, 口模段溫度170-220°C進(jìn)行熔融旋轉(zhuǎn)擠出，擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下進(jìn)行冷卻定徑即可制得高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管， 其中β成核劑為通過(guò)分子間絡(luò)合作用或氫鍵作用而自組裝形成纖維的芳香族類、稀土類、有機(jī)酸及其鹽類化合物中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材的制備方法，該方法所用聚丙烯為98^99.95份，β成核劑為0.05^2份。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材的制備方法，該管材中所述的芳香族類β成核劑為TMB系列化合物、CHB-5化合物、NU-100化合物和ΝΒ-328化合物；稀土類β成核劑為WBG系列化合物；有機(jī)酸類β成核劑為DCHT化合物、異二酸肼和辛二酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材的制備方法，該方法中所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材的制備方法，該方法中所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的高強(qiáng)度高韌性聚丙烯管材，該管材是由按重量計(jì)的以下組分經(jīng)熔融共混旋轉(zhuǎn)擠出而得聚丙烯95~99.99份，β成核劑0.01~5份，其中β成核劑為通過(guò)分子間絡(luò)合作用或氫鍵作用而自組裝形成纖維的芳香族類、稀土類、有機(jī)酸及其鹽類化合物，該管材的環(huán)向拉伸強(qiáng)度為20~42MPa，環(huán)向斷裂伸長(zhǎng)率為1000~1600%。本發(fā)明還公開(kāi)了該管材的制備方法。本發(fā)明利用β型成核劑獨(dú)特的自組裝成纖行為，并與旋轉(zhuǎn)擠出裝置的口模和芯棒的旋轉(zhuǎn)模式和速度等工藝條件匹配可使成纖成核劑偏離軸向排列，誘導(dǎo)聚丙烯在纖維表面附生結(jié)晶，使聚丙烯β晶偏離軸向取向，從而獲得環(huán)向強(qiáng)度和韌性均顯著增強(qiáng)的新型聚丙烯管材。且制備方法簡(jiǎn)單成熟，易于掌握控制，也便于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)B29C47/92GK103073793SQ20131000694
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者聶敏, 韓銳, 白時(shí)兵, 王琪 申請(qǐng)人:四川大學(xué)