聚丁烯-1改性PPR管材低温冲击及耐热性能的研究

杨宝生

(沈阳福隆兴管业有限公司，辽宁 沈阳 110142)

聚丁烯-1改性PPR管材低温冲击及耐热性能的研究

杨宝生

(沈阳福隆兴管业有限公司，辽宁 沈阳 110142)

在PPR中加入适量的聚丁烯-1树脂，研究了聚丁烯-1的添加比例对PPR管材耐水压、低温冲击性能及强度的影响。结果表明：聚丁烯-1对PPR常温下的冲击性能和低温下的冲击性能都有明显的改善，随着聚丁烯-1添加量的增加PPR的冲击强度和高温耐水压性能不断增加，但拉伸强度会逐渐降低，断裂伸长率先增大后降低。当聚丁烯-1的含量在20%时，PPR管材的各项指标最优。

聚丁烯-1 ;PPR ;低温冲击; 耐水压

PPR管材具有优异的耐热性能、长期耐水压性能、卫生性能，而且具有流体阻力小，可热熔焊接，使用寿命长等特点，已经在冷热水输送以及供暖方面得到广泛应用。但是PPR的低温冲击性能不足，在冬季尤其是北方，施工或运输过程中受到外力容易出现脆裂现象，影响正常使用。李跃文等[1]论述了通过POE等弹性体或橡胶类物质增韧改性或者诱导β成核结晶来提高聚丙烯韧性，进而改善其冲击性能，但橡胶类或弹性体类物质对聚丙烯的强度和耐温性损失较大，而β成核结晶对结晶条件要求比较高，不利于PPR管材的生产工艺控制，导致PPR管材的β结晶度难以保证。聚丁烯-1(PB-1)既具有PE的耐冲击性能，又有高于PP的耐应力开裂性和出色的耐蠕变性，能够长期承受高达屈服强度90%的应力[2]。聚丁烯-1耐热性很好，脆化温度低(-30℃)，能在-30～100℃的范围内长期使用[2]。聚丁烯-1与PPR的相容性理论上应该很好，所以聚丁烯-1增韧改性PPR管材应该能得到较好的效果。

本实验通过改变聚丁烯-1与PPR共混体系中PB-1的添加量来探讨聚丁烯-1对PPR管材力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料

无规共聚聚丙烯(PPR)：PA14D，白色半透明颗粒，熔体流动速率(MFR)0.32g/10min(230℃，2.16kg)，中石油大庆炼化公司；聚丁烯-1(PB-1)：P5050N，白色透明颗粒，熔体流动速率(MFR)0.5g/10min(190℃，2.16kg)，日本三井化学；色母：白色颗粒，市售。

1.2 仪器设备

PPR管材生产线，SJ65/33，宁波方力；注塑机，HTF120×2，宁波海天；管材静液压试验机，XGY-10，承德市德盛检测设备有限公司；电子万能试验机，DWD-20，承德市德盛检测设备有限公司；摆锤冲击试验机，XJJ-5，承德市德盛检测设备有限公司； 熔体流动速率仪，XNR400B，承德市德盛检测设备有限公司；分析天平，TG328A，承德市德盛检测设备有限公司；制样机，ZYZ-20，承德市德盛检测设备有限公司。

1.3 试样制备

聚丁烯-1的用量为质量分数，其含量分别为0%，10%，20%，30%，40%，分别将PPR、聚丁烯-1和白色母按比例混合均匀，色母比例固定为2.5%。

(1)管材的制备，用PPR管材生产线按编号将混好的料制成dn32S3.2的管材，挤出机各段温度分别为：下料口90℃，料筒1段160℃，料筒2段170℃，料筒3段180℃，料筒4段190℃，连接体195℃，机头200℃，模具195℃；

(2)拉伸试样制备，从制好的管材试样上取样，用制样机制成哑铃型试样；

(3)冲击试样制备，用注塑机将混好的料制成标准测试试样。

1.4 性能测试

管材及拉伸、冲击试样陈化5天后进行性能测试[2]。

管材耐压性能按GB/T 6111-2003测试，试验温度95℃，静液压应力4.2MPa，试验介质为水。

拉伸性能按GB/T8804.3-2003测试，试验温度25℃，拉伸速率50mm/min；

冲击性能按GB/T 1043.1-2008测试，测试温度-10℃和23℃，试样为A型缺口。

2 结果与讨论

2.1 聚丁烯-1含量对管材高温耐压性能的影响

由图1可以看出，随着聚丁烯-1含量的提高，管材的破裂时间逐渐加长，而且聚丁烯-1的含量越高增幅越大，这主要是由于聚丁烯-1与其他聚烯烃相比具有优良的抗蠕变性，即使是在高温时也具有特别好的抗蠕变性[3]。与目前国内作为管材料的无规共聚聚丙烯(PPR)相比，在相同条件下，聚丁烯的长期使用环向应力承受能力更高[3]。根据GB/T18742.1-2002和GB/T19473.1-2004给出的PPR与PB预测静液压强度参照曲线也可以看出，PB的高温耐水压强度比PPR高。

图1 PB-1含量对管材高温耐压性能的影响

2.2 聚丁烯-1含量对共混物冲击性能的影响

由图2可以看出，共混物的缺口冲击强度随着聚丁烯-1的含量不断增加而逐渐提高，说明聚丁烯-1对PPR常温和低温下的冲击强度均有明显的改善作用，聚丁烯-1含量在0～20%范围内，-10℃冲击强度提高明显。这是由于聚丁烯-1具有良好的耐低温性和耐环境应力开裂性[5]。在PP中参入一定量的HDPE、LLDPE、UHMWPE等对PP球晶具有插入、分割、细化的作用，均可以不同程度的提高PP的冲击性能[6]，同理聚丁烯-1也会穿插于PPR球晶间，增强了聚丁烯-1与PPR两相界面间的相互作用，减小PPR球晶尺寸，同时PPR球晶可做为聚丁烯-1的异相成核剂，从而提高共混物的冲击强度。

图2 PB-1含量对共混物冲击性能的影响

2.3 聚丁烯-1含量对管材拉伸性能的影响

由图3可以看出，随着聚丁烯-1比例的提高管材的拉伸屈服强度有小幅降低，这是由于聚丁烯-1的屈服强度比PPR低，只有19MPa，根据最简单的二元共混物拉伸强度法则可以得出共混物的拉伸屈服强度会降低。断裂伸长率有较大幅度提高，当聚丁烯-1含量为超过20%时，断裂伸长率反而下降，主要是由于聚丁烯-1的断裂伸长率较PPR高，当聚丁烯-1含量较低时，能较好的分散在PPR基体中，提高了管材的断裂伸长率。当聚丁烯-1的含量逐渐增大时，易出现分散不均，而使管材断裂伸长率下降[3]。

图3 PB-1含量对管材拉伸性能的影响

3 结论

(1)聚丁烯-1对PPR管材的高温耐水压性能具有明显的增强效果，添加量越大效果越明显，聚丁烯-1添加为20%时已远高于GB/T18742.2-2002标准要求，当添加量为40%时，管材破裂时间提高了16倍。

(2)随着聚丁烯-1含量的增加，共混物的冲击强度逐渐提高，当聚丁烯-1含量超过20%后，共混物冲击强度提高的幅度有所下降。

(3)管材的拉伸强度随着聚丁烯-1的加入有小幅下降，断裂伸长率先升后降，聚丁烯-1含量为20%时，断裂伸长率最大。

(4)由于聚丁烯-1的价格要比PPR高很多，综合管材的性能和成本，聚丁烯-1的含量为20%时，PPR管材的各项指标最优。

[1] 李跃文，罗承友．聚丙烯增韧改性的方法及机理[J]．工程塑料应用，2007(10):69-72．

[2] 宋琦珍．聚丁烯-1的特性及应用[J]．塑料技术,2002(2):33-36．

[3] 王秀绘，王亚丽，高 飞，等．聚丁烯-1技术研究进展及其特性分析[J]．塑料工业，2011，39(8):15-17．

[4] 刘国栋，杨丽庭，王广德，等．聚合物二元共混物拉伸强度混合规则的改进模型[J]．高分子学报，2000(6):795-799．

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

[6] 谈华平，贾敬银．聚丙烯的共混增韧[J]．塑料科技，2003(3):51-55．

(本文文献格式：杨宝生.聚丁烯-1改性PPR管材低温冲击及耐热性能的研究[J].山东化工，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

杨宝生(1978—)，工程师，本科，主要从事塑料加工工艺方面的研究。

O632.12; TB332

A

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