聚丙烯波纹管材专用料性能研究

姜艳峰，吴 双，李 瑞，安彦杰，葛腾杰，张明强

中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院大庆化工研究中心，黑龙江大庆 163714

随着国家对水污染的加快治理，对城市排水设施的投资迅速增长，通过市场走访调研发现，未来20年，我国将进入排水管网建设的高频期，为塑料埋地排水管业务发展创造了空前机遇，同时也对埋地排水管的产品质量提出了更高要求。

聚丙烯波纹管刚柔兼备，具有足够的力学性和刚性，兼备优异的柔韧性，管壁可做到更薄，同时具有耐化学腐蚀性强、安装方便和密封性好等优点，是目前在用的高密度聚乙烯埋地排水管的优质替代产品[1-5]。

笔者对两种市场应用较好的聚丙烯波纹管专用料进行了性能对比分析，通过红外、核磁、GPC等表征手段剖析了结构，确定了产品微观具体要求。通过对聚丙烯波纹管材专用料的结构和性能分析，旨在为今后埋地用聚丙烯波纹管材专用料的生产和应用提供参考。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

聚丙烯粒料1#、2#，分别来自Basell公司、博禄化工公司。

GPC150CV型凝胶渗透色谱仪测量，美国沃特斯公司公司；FTFR红外光谱仪；核磁共振仪；Pxris L型示差扫描量热仪，Perkin-Elmer公司。

1.2 分析测试

1)GPC分析

用美国沃特斯公司公司的GPC150CV型凝胶渗透色谱仪测量，用3根PLgel 10 μm MIXED-B柱子，以1,2,4-三氯代苯为流动相，测量温度为150 ℃，流速为1.0 mL/min，试样质量浓度为0.3 %。

2)红外光谱分析

聚丙烯样品在210 ℃下压成薄片(厚度为3 μm)用于红外测试。采用FTIR红外光谱仪器(GX-2000)分析样品的组成，测试范围600～4 000 cm-1。

3)13C-NMR分析

序列分布用13C-NMR谱确定。以氖代邻二氯苯作溶剂，溶液浓度为10%。在120 ℃下测试以六甲基二硅醚作内标。900脉冲角，采样时间0.8 s，脉冲延迟时间5 s。

4)DSC测试

在N2保护下，将5 mg试样先以10 ℃/min的升温速率从室温加热至200 ℃，并恒温5 min以消除热历史，再以20 ℃/min的降温速率降温至30 ℃，再次以20 ℃/min升温至200 ℃。

2 结果与讨论

2.1 不同波纹管专用料物性对比分析

对不同聚丙烯波纹管专用料进行了各项物性测试，结果见表1。

表1 产品物性分析

从表1可以看出，两个牌号对标产品的力学性能都非常优异。弯曲模量都大于1 000 MPa。冲击强度都大于80 kJ/m2，其中聚丙烯1#的冲击强度达到了94 kJ/m2。两种材料在用于排水管时都可提供管材良好的刚性，或在同等刚性的条件下减小壁厚以节省原材料。

2.2 不同波纹管专用料结构表征

2.2.1 GPC分析测试

对聚丙烯波纹管专用料进行了相对分子质量及相对分子质量分布测试，结果见表2。

表2 产品相对分子质量及相对分子质量分布

从表2可以看出，两种牌号产品的相对分子质量都在60×104左右，且相对分子质量分布较宽。其中，高相对分子质量部分提供给产品良好的力学性能，低相对分子质量部分使产品具有良好的加工性能，使材料的其力学性能和加工性能都达到最佳。

2.2.2 红外分析测试

通过GX-2000傅立叶红外光谱仪，对两种聚丙烯波纹管专用料进行了红外分析，结果见图1～图2。

图1 1#的红外光谱图

图2 2#的红外光谱图

由图1～图2可见，两个牌号产品在1 167，997，895，840 cm-1等处都出现了一系列尖锐的中等强度的吸收峰，这些吸收峰与聚丙烯分子链的螺旋状排列结构有关，是等规聚丙烯的结构特征[6-10]。

均聚聚丙烯和共聚聚丙烯之间最主要的区别表现在740～700 cm-1区间[8-9]。均聚聚丙烯在该区间没有吸收峰，而共聚PP在上述区间出现吸收峰，并且随共聚类型不同吸收峰位置有所差别[10]。乙丙无规共聚聚丙烯在733 cm-1或731 cm-1处有吸收峰，乙丙嵌段共聚聚丙烯的该吸收峰在719 cm-1处。因此分析两种产品为嵌段共聚聚丙烯。

2.2.3 NMR分析测试

通过13C-NMR核磁对聚丙烯波纹管专用料进行结构分析，分析结果见图3～图4。并根据核磁谱图对聚丙烯序列结构进行计算，结果见表3。

图3 1#核磁谱图

图4 2#核磁谱图

从表3看出，1#和2#的乙烯摩尔分数分别为9.00%和6.95%，通过计算，1#中乙烯含量为5.16%，2#中乙烯含量为4.74%。2#中的(PPP)单元含量高于1#，所以具有更好的刚性，弯曲模量大。1#中的(EEE)单元含量高于2#，表明具有更高的橡胶含量，所以具有更大的冲击强度。

表3 产品序列分布

2.2.4 DSC分析测试

通过Perkin-Elmer公司的Pxris L型示差扫描量热仪对各种聚丙烯波纹管专用料进行了测试分析，具体见图5～图6。

图5 结晶曲线

图6 熔融曲线

从图5～图6可以看出，两个产品的结晶温度都高于120 ℃，2#的结晶温度达到129.3 ℃，两个产品的熔点都大于160 ℃。通过计算，2#的结晶度为38.07%，1#的结晶度为34.34%。两种专用料都具有较高的结晶温度，当聚合物在较高的温度下结晶时，分子链活动能力强，形成的结晶比较完善，完善程度差别也小，有利于聚合物物性的改善。2#的结晶度高于1#，因此具有更好的刚性，弯曲模量略大于1#。

3 结论

1)对两种专用料进行了剖析，两个产品的力学性能都非常优异。弯曲模量都大于1 000 MPa，其中2#的弯曲模量达到了1 266 MPa。

2)两种牌号产品的相对分子质量都在60×104，且相对分子质量分布较宽，具有良好的加工性能。2#中乙烯质量分数为4.74%，1#中乙烯质量分数为5.45%。

3)两种专用料的结晶温度高于120 ℃，这表明该专用料中适当加入了一定量的功能助剂，提高了聚丙烯的结晶温度，因此其结晶度相对较高。