一種β晶型PPR管材擠出的分步結(jié)晶方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及塑料管材的生產(chǎn)技術(shù)，具體地說，是一種β晶型PPR管材擠出的分步 結(jié)晶方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自20世紀(jì)90年代初開始，PPR(polypropylene random，無規(guī)共聚聚丙稀）管材由 于其具有節(jié)能環(huán)保、輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑相關(guān)各領(lǐng)域。 然而近年來隨著消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，PPR管材的韌性還需要進(jìn)一步改善。 眾所周知，PPR能夠生成α、β、Y二種晶型，其中α晶型最穩(wěn)定，β和Y晶型都處于亞 穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)PPR管材具有較高的β晶體含量時(shí)能夠達(dá)到增韌改性的目的。
[0003] 要獲得高含量的β晶型材料主要有溫度梯度法、剪切取向法、添加 β成核劑法。 普遍認(rèn)為，加入β成核劑法是適用于實(shí)際生產(chǎn)的最佳方法。然而，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)， 無論有無添加 β成核劑，溫度控制始終是獲得高含量β晶體材料的關(guān)鍵因素，即β晶的 成核與生長主要發(fā)生在某一特定的溫度區(qū)間（P〇lymer，39，1998,4561~4567)。而在這 特定的溫度區(qū)間外，α晶的生長速率都大于β晶的生長速率（P〇lymer，40，1999,2085~ 2088)。加入β成核劑能夠稍許拓寬這一溫度區(qū)間，在某種程度上抑制α晶生成的同時(shí)誘 導(dǎo)β晶生成，但無法在全程結(jié)晶過程中抑制α晶的生成。因此，在管材的最終生產(chǎn)中，僅 僅依靠添加 β成核劑不足以得到高含量的β晶體，還需要對(duì)溫度加以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種β晶型PPR管材擠出的分步結(jié)晶方法，可以 在獲得高含量的β晶型材料的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種β晶型PPR管材擠出的分步結(jié)晶方 法，包括：
[0006] 將含有β成核劑的PPR樹脂原料進(jìn)行高溫熔融擠出，并對(duì)擠出的管坯進(jìn)行定徑；
[0007] 將定徑后的管坯以第一冷卻速率進(jìn)行第一次快速冷卻；
[0008] 將管坯以第二冷卻速率進(jìn)行慢速冷卻；
[0009] 將管坯以第三冷卻速率進(jìn)行第二次快速冷卻；其中，
[0010] 所述第二冷卻速率小于第一冷卻速率和第三冷卻速率，且進(jìn)行慢速冷卻時(shí)的溫度 區(qū)間為60~120°C。
[0011] 進(jìn)一步地，對(duì)擠出的管坯進(jìn)行定徑的工序通過將擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下經(jīng) 過定徑套完成。
[0012] 進(jìn)一步地，所述第一次冷卻和第三次冷卻分別通過真空冷卻水箱實(shí)現(xiàn)；其中，用于 第一次冷卻的真空冷卻水箱的長度為2~10米，所述管坯在水箱內(nèi)的行進(jìn)速度為5~20 米/分鐘，真空冷卻水箱中冷卻水的溫度為〇~30°C ;用于第三次冷卻的真空冷卻水箱的 長度為4~12米，所述管坯在冷卻水箱中停留時(shí)間為18~90s，真空冷卻水箱中冷卻水的 溫度為O~40 °C。
[0013] 進(jìn)一步地，用于第一次冷卻的真空冷卻水箱的長度為4~6米，所述管坯在水箱內(nèi) 的行進(jìn)速度為8~14米/分鐘，真空冷卻水箱中冷卻水的溫度為10~20°C ;用于第三次 冷卻的真空冷卻水箱的長度為6~8米，所述管坯在冷卻水箱中停留時(shí)間為30~66s，真空 冷卻水箱中冷卻水的溫度為15~25°C。
[0014] 進(jìn)一步地，所述PPR樹脂原料中的β成核劑質(zhì)量含量為0. 001~5%，先對(duì)該P(yáng)PR 樹脂原料在180~220°C擠出造粒，然后在180~250°C進(jìn)行高溫熔融擠出管坯，其中，擠出 時(shí)熔融段的溫度為180~250°C，口模段的溫度為200~230°C。
[0015] 進(jìn)一步地，所述β成核劑為芳香族類β成核劑、稀土類β成核劑、有機(jī)酸類β 成核劑中的一種或任意組合。
[0016] 進(jìn)一步地，所述第二次冷卻通過保溫套管實(shí)現(xiàn)，所述保溫套管內(nèi)溫度維持在60~ 120。。。
[0017] 進(jìn)一步地，所述保溫套管為恒溫水箱或控溫?zé)崃飨?，或者為具有保溫功能的單?管道、多層管道、波浪管或發(fā)泡管。
[0018] 進(jìn)一步地，所述保溫套管的長度為5~50米；所述管坯在保溫套管中停留時(shí)間為 60 ~260s〇
[0019] 進(jìn)一步地，所述保溫套管內(nèi)溫度維持在80~1KTC;所述保溫套管長度為15~30 米；所述管坯在保溫套管中停留時(shí)間為100~220s。
[0020] 本發(fā)明通過在原料中添加 β成核劑的同時(shí)，通過不同階段采用不同的冷卻速率， 進(jìn)行快~慢~快冷卻模式，實(shí)現(xiàn)分步結(jié)晶，即在PPR管材的β晶型結(jié)晶特定溫度區(qū)間之外 快速冷卻，在β晶型結(jié)晶特定溫度區(qū)間之內(nèi)慢速冷卻，從而獲得高β晶含量的PPR管材， 同時(shí)提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的β晶型PPR管材擠出的分步結(jié)晶方法的流程圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得到的管材的結(jié)晶形態(tài)。
[0023] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2所得到的管材的結(jié)晶形態(tài)。
[0024] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例6所得到的管材的結(jié)晶形態(tài)。
[0025] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例9所得到的管材的結(jié)晶形態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 更好地理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0027] 本發(fā)明的β晶型PPR管材擠出的分步結(jié)晶方法，包括以下步驟：
[0028] 將含有β成核劑的PPR樹脂原料進(jìn)行高溫熔融擠出，并對(duì)擠出的管坯進(jìn)行定徑；
[0029] 將定徑后的管坯以第一冷卻速率進(jìn)行第一次冷卻（即第一次快速冷卻）；
[0030] 將管坯以第二冷卻速率進(jìn)行第二次冷卻（即慢速冷卻）；
[0031] 將管坯以第三冷卻速率進(jìn)行第三次冷卻（即第二次快速冷卻）；其中，
[0032] 所述第二冷卻速率小于第一冷卻速率和第三冷卻速率，且進(jìn)行第二次冷卻時(shí)的溫 度區(qū)間為60~120°C。
[0033] 其中，對(duì)擠出的管坯進(jìn)行定徑的工序通過將擠出的管坯在牽引機(jī)的牽引下經(jīng)過定 徑套完成。
[0034] 所述第一次冷卻和第三次冷卻分別通過真空冷卻水箱實(shí)現(xiàn)。其中，用于第一次冷 卻的真空冷卻水箱的長度為2~10米，優(yōu)選為4~8米，更優(yōu)選為4~6米；所述管坯在水 箱內(nèi)的行進(jìn)速度為5~20米/分鐘，優(yōu)選為6~18米/分鐘，更優(yōu)選為8~14米/分鐘， 最優(yōu)選為10~12米/分鐘；管還在真空冷卻水箱中停留時(shí)間為6~30s，優(yōu)選為8~25s， 更優(yōu)選為10~22s，最優(yōu)選為12~20s ;真空冷卻水箱中冷卻水的溫度為0~30°C，優(yōu)選 為5~25°C，更優(yōu)選為10~20°C。
[0035] 用于第三次冷卻的真空冷卻水箱的長度為4~12米，優(yōu)選為6~10米，更優(yōu)選為 6~8米；所述管坯在冷卻水箱中停留時(shí)間為18~90s，優(yōu)選為24~75s，更優(yōu)選為30~ 66s，最優(yōu)選為36~60s ;真空冷卻水箱中冷卻水的溫度為0~40°C，優(yōu)選為5~35°C，更 優(yōu)選為10~30°C，進(jìn)一步優(yōu)選為15~25°C。
[0036] 所述PPR樹脂原料中的β成核劑的質(zhì)量含量為0. 001~5%，其中β成核劑為芳 香族類β成核劑、稀土類β成核劑、有機(jī)酸類β成核劑中的一種或任意組合。生產(chǎn)時(shí)先 對(duì)該P(yáng)PR樹脂原料在180~220°C擠出造粒，然后在180~250°C進(jìn)行高溫熔融擠出管坯， 其中，擠出時(shí)熔融段的溫度為180~250°C，優(yōu)選為205°C以上，更優(yōu)選為210°C以上，最優(yōu)選 為220°C以上；口模段的溫度為200~230°C。
[0037] 第二次冷卻通過保溫套管實(shí)現(xiàn)，保溫套管指的是一切具有隔熱保溫功能的裝置， 包含各類恒溫水箱、控溫?zé)崃飨洌舶哂幸欢ū毓δ艿母黝悊螌雍投鄬庸艿?、波浪?和發(fā)泡管等。所述保溫套管內(nèi)溫度維持在60~120°C，優(yōu)選為65~115°C，更優(yōu)選為80~ 110°C，最優(yōu)選為90~100°C。保溫套管的長度為5~50米，優(yōu)選為10~40米，更優(yōu)選為 15~30米，最優(yōu)選為20~25米；所述管坯在保溫套管中停留時(shí)間為60~260s，優(yōu)選為 80~240s，更優(yōu)選為100~220s，最優(yōu)選為120~200s。
[0038] 本發(fā)明方法的特點(diǎn)具體體現(xiàn)在：
[0039] 1)熔體自模頭高溫?cái)D出后的冷卻過程中，首先經(jīng)歷利于α晶體生長的高溫結(jié)晶 溫度區(qū)間，在此溫度區(qū)間α晶體的生長速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于β晶體的生長速率，因此第一次快速 冷卻一定時(shí)間到一定溫度，既能夠保證管材的定徑成型，更重要的是能夠抑制α晶的成核 與生長。
[0040] 2)在通過保溫套管時(shí)，管材的內(nèi)表面還處于高溫狀態(tài)，因此熱量由內(nèi)表面向外表 面?zhèn)鬟f，使得管材溫度最終到達(dá)利于β晶體生長的特定溫度區(qū)間。在這一特定溫度區(qū)間 內(nèi)，β晶體在β成核劑的誘導(dǎo)下快速生成。熱量在隔熱保溫套管內(nèi)不易擴(kuò)散，能夠維持管 材處于這一特定溫度區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)慢速冷卻，生成大量β晶體。與此同時(shí)，起到一定在線 退火功能，進(jìn)一步完善β晶體。
[0041] 3)第二次快速冷卻時(shí)，管材中已生成大量β晶體。再次快速冷卻，便于