一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强MPP电缆保护管材料及其制备方法与流程

本发明涉及mpp电力护套管材料领域，尤其涉及一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料及其制备方法。
背景技术：
：随着我国城市建设的发展，地下管线建设特别是电力护套管的铺设已经成为城市建设不可或缺的重要环节。mpp电力护套管是以改型聚丙烯为主要原材料，具有强度高、绝缘性能好、易于施工等优点。广泛应用于城市建设过程中非开挖管道施工，改善城市道路重复挖掘，环境污染以及影响城市交通等缺点，保护市容环境。技术实现要素：本发明的目的在于根据高分子改性技术，提供一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料，解决传统常用晶型结构纳米碳酸钙增强mpp电力护套管材料填充量大，力学性能下降快，强度提高不显著等缺点，广泛应用于非开挖管道施工，具有良好的经济效益和社会效益。本发明是通过以下技术方案实现的：一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料，其特征在于，由如下以重量份计的组分构成：pp树脂30~100份；玫瑰晶型纳米碳酸钙10~70份；偶联剂1~5份；增韧剂5~15份相容剂3~10份；润滑剂1~5份；分散剂2~5份抗氧化剂0.5~2份。所述pp树脂为共聚pp与均聚pp的共混物，所述共聚pp与均聚pp的重量比为（1~5）:1；其中共聚pp为无规聚丙烯，选用分子量为10-15万，乙烯分子含量1—7％（重量），丙烯分子含量99—93％（重量）；均聚pp选用分子量为30—50万。所述纳米碳酸钙进行为玫瑰晶型，晶型结构形貌如图1所示；共聚pp与均聚pp重量比为4:1，玫瑰晶型纳米碳酸钙35份，硅烷偶联剂2.5份；poe7份；poe-g-mah5份；ebs1.5份；硬脂酸钙2.5份；抗氧化剂10101.5份。所述偶联剂至少有一种选自铝锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂。所述增韧剂至少有一种选自tpe、poe、epdm。所述的相容剂至少有一种选自pp-g-mah、epdm-g-mah、poe-g-mah，接枝率≥0.5%。所述润滑剂至少有一种选自pp蜡、ebs。所述分散剂至少有一种选自硬脂酸钡、硬脂酸锌和硬脂酸钙。所述抗氧化剂为抗氧化剂1010型。本发明上述的一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：玫瑰晶型纳米碳酸钙表面处理将玫瑰晶型纳米碳酸钙按照重量份数加入高速混合机中，升温至80~100℃，以50~100rpm/min的转速搅拌1~1.5h后，依次加入分散剂、偶联剂，以300~500rpm/min的转速高速搅拌0.5~1h后冷却至常温，依次加入pp树脂、增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂，以300~500rpm/min的转速常温搅拌0.5h，出料；s2：将步骤s1中得到的共混材料、通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为130~170℃，二区温度为150~200℃，三区温度为170~210℃，四区温度为180~220℃，五区温度为160~200℃，模头温度为150~190℃，喂料速度为100~300r/min，螺杆转速为150~400r/min；s3：将步骤s2中得到的粒料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为150~180℃，机筒2区温度为170~190℃，机筒3区温度为180~200℃，机筒4区温度为170~190℃，机筒5区温度为150~170℃，机头1区温度为150~170℃，机筒2区温度为170~200℃，机筒3区温度为140~160℃，挤出成型速度1.6m/min。本发明所述的玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料，作为优选方案，偶联剂为铝锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的至少一种。作为优选方案，增韧剂为tpe、poe、epdm中的至少一种。作为优选方案，相容剂为pp-g-mah、epdm-g-mah、poe-g-mah中的至少一种，接枝率≥0.5%。作为优选方案，润滑剂为pp蜡、ebs中的至少一种。作为优选方案，分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的至少一种。作为优选方案，抗氧化剂为抗氧化剂1010型。一种如前述的玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料的制备方法，其包括如下步骤：s1：玫瑰晶型纳米碳酸钙表面处理将玫瑰晶型纳米碳酸钙按照重量份数加入高速混合机中，升温至80~100℃，以50~100rpm/min的转速搅拌1~1.5h后，依次加入分散剂、偶联剂，以300~500rpm/min的转速高速搅拌0.5~1h后冷却至常温，依次加入pp树脂、增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂，以300~500rpm/min的转速常温搅拌0.5h，出料；s2：将步骤s1中得到的共混材料、通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为130~170℃，二区温度为150~200℃，三区温度为170~210℃，四区温度为180~220℃，五区温度为160~200℃，模头温度为150~190℃，喂料速度为100~300r/min，螺杆转速为150~400r/min；s3：将步骤s2中得到的粒料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为150~180℃，机筒2区温度为170~190℃，机筒3区温度为180~200℃，机筒4区温度为170~190℃，机筒5区温度为150~170℃，机头1区温度为150~170℃，机筒2区温度为170~200℃，机筒3区温度为140~160℃，挤出成型速度1.6m/min。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明采用分子量为15万，乙烯分子含量3.5％（重量），丙烯分子含量96.5％（重量）的无规共聚pp与分子量为45万的均聚pp作为树脂主体，复配玫瑰晶型纳米碳酸钙及其他加工助剂开发出一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料，解决传统常用晶型结构纳米碳酸钙增强mpp电力护套管材料填充量大，力学性能下降快，强度提高不显著等缺点，制备玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料产品性能指标为：弯曲强度（23±2）℃≥45mpa，弯曲弹性模量≥2000mpa，拉伸强度（23±2）℃≥30mpa，环刚度≥30kn/m2。附图说明图1为本发明所用的玫瑰晶型结构纳米碳酸钙sem图。图2为对比例1所用的纺锤体晶型结构纳米碳酸钙sem图。图3为对比例2所用的立方体晶型结构纳米碳酸钙sem图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料及其制备方法，其特征在于，重量配比如下：pp树脂30~100份；玫瑰晶型纳米碳酸钙10~70份；偶联剂1~5份；增韧剂5~15份相容剂3~10份；润滑剂1~5份；分散剂2~5份抗氧化剂0.5~2份。本发明实施例所用的pp树脂为共聚pp与均聚pp的共混物，所述共聚pp与均聚pp的重量比为（1~5）:1。其其中共聚pp为无规聚丙烯，选用分子量为10-15万，乙烯分子含量1—7％（重量），丙烯分子含量99—93％（重量）；均聚pp选用分子量为30—50万。本发明实施例所用共聚pp型号为j340，来自韩国晓星；均聚pp型号为t30s，来自中国石油大庆石化公司。本发明实施例所用玫瑰晶型纳米碳酸钙，粒径在0.1-0.8μm，来自福建省万旗非金属材料有限公司。本发明实施例所用的偶联剂为偶联剂为铝锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的至少一种，其中铝锆酸酯偶联剂为含铝和锆元素的有机络合物的低聚物，具有良好的羟基稳定性和水解稳定，本发明实施例所用的型号为tl-2，选自重庆市久硕工贸有限公司；钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂为市售产品，型号分别为ct-114和kh-560，均来自常州新区利进化工股份有限公司。本发明实施例所用的增韧剂为tpe、poe、epdm中的至少一种，其中tpe是苯乙烯系热塑性弹性体。是以sebs(styrene-ethylene-butylene-styreneblockcopolymer—氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)为基材共混改性而成的材料。本发明实施例所用tpe型号为tfpb-2504，来自山东泰瑞丰新材料有限公司；poe、epdm均为市售产品，型号分别为poe8150和4045，来自美国陶氏和日本jsr。本发明实施例所用的相容剂为pp-g-mah、epdm-g-mah、poe-g-mah中的至少一种，接枝率≥0.5%。型号分别为cmg9801、cmg9802、cmg9805、均来自上海日之升新技术发展有限公司。本发明实施例所用的润滑剂为pp蜡、ebs中的至少一种，其中ebs又叫乙撑双硬脂酸酰胺，内外润滑作用优良，与其它润滑剂如高级醇，脂肪酸酯硬酸钙及石蜡等合用有良好协同作用。本发明实施例所用的pp蜡、ebs均为市售产品，型号分别为6106r、325目，均来自广州市创锦鑫化工科技有限公司。本发明实施例所用的分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的至少一种，均为市售产品，型号分别为s230、s600和s100，均来自湖南省邵阳天堂助剂化工有限公司。本发明实施例所用的抗氧化剂为抗氧化剂1010型，来自德国巴斯夫，具体地说：四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，是一种高效的受阻酚型抗氧剂，与大多数聚合物具有很好的相容性。有良好的防止光和热引起的变色作用，同时还具有一定的光稳定作用。制备工艺步骤如下：s1：玫瑰晶型纳米碳酸钙表面处理将玫瑰晶型纳米碳酸钙按照重量份数加入高速混合机中，升温至80~100℃，以50~100rpm/min的转速搅拌1~1.5h后，依次加入分散剂、偶联剂，以300~500rpm/min的转速高速搅拌0.5~1h后冷却至常温，依次加入pp树脂、增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂，以300~500rpm/min的转速常温搅拌0.5h，出料；s2：将步骤s1中得到的共混材料、通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为130~170℃，二区温度为150~200℃，三区温度为170~210℃，四区温度为180~220℃，五区温度为160~200℃，模头温度为150~190℃，喂料速度为100~300r/min，螺杆转速为150~400r/min；s3：将步骤s2中得到的粒料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为150~180℃，机筒2区温度为170~190℃，机筒3区温度为180~200℃，机筒4区温度为170~190℃，机筒5区温度为150~170℃，机头1区温度为150~170℃，机筒2区温度为170~200℃，机筒3区温度为140~160℃，挤出成型速度1.6m/min。本发明的配方材料的主要特点是：利用玫瑰晶型纳米碳酸钙的特殊晶型结构，互配其他加工助剂开发出一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料，解决传统常用晶型结构纳米碳酸钙增强mpp电力护套管材料填充量大，力学性能下降快，强度提高不显著等缺点，制备玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料产品性能指标为：弯曲强度（23±2）℃≥45mpa，弯曲弹性模量≥2000mpa，拉伸强度（23±2）℃≥30mpa，环刚度≥30kn/m2。实施例1一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料基本配方及重量配比如下：pp树脂50份（共聚pp与均聚pp重量比为2:1）：其中共聚pp分子量为15万，乙烯分子含量3.5％（重量），丙烯分子含量96.5％（重量）、均聚pp分子量为45万；玫瑰晶型纳米碳酸钙30份；铝锆酸酯偶联剂3份；tpe7份；pp-g-mah5份；pp蜡2份；硬脂酸钡2份；抗氧化剂10101份。制备工艺：s1：玫瑰晶型纳米碳酸钙表面处理将玫瑰晶型纳米碳酸钙按照重量份数加入高速混合机中，升温至80℃，以50rpm/min的转速搅拌1h后，依次加入硬脂酸钡、铝锆酸酯偶联剂，以300rpm/min的转速高速搅拌0.5h后冷却至常温，依次加入pp树脂、tpe、pp-g-mah、pp蜡；抗氧化剂1010。以300rpm/min的转速常温搅拌0.5h，出料。s2：将步骤s1中得到的共混材料、通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为140℃，二区温度为170℃，三区温度为190℃，四区温度为210℃，五区温度为200℃，模头温度为180℃，喂料速度为100r/min，螺杆转速为160r/min。s3：将步骤s2中得到的粒料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为160℃，机筒2区温度为180℃，机筒3区温度为190℃，机筒4区温度为180℃，机筒5区温度为160℃，机头1区温度为160℃，机筒2区温度为180℃，机筒3区温度为150℃，挤出成型速度1.6m/min。实施例2一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料基本配方及重量配比如下：pp树脂55份（共聚pp与均聚pp重量比为3:1）其中共聚pp分子量为15万，乙烯分子含量3.5％（重量），丙烯分子含量96.5％（重量）、均聚pp分子量为45万；玫瑰晶型纳米碳酸钙25份；钛酸酯偶联剂1.5份；epdm8份；epdm-g-mah4份；ebs1.5份；硬脂酸锌3份；抗氧化剂10102份。制备工艺：s1：玫瑰晶型纳米碳酸钙表面处理将玫瑰晶型纳米碳酸钙按照重量份数加入高速混合机中，升温至90℃，以80rpm/min的转速搅拌1.5h后，依次加入硬脂酸锌、钛酸酯偶联剂，以400rpm/min的转速高速搅拌1h后冷却至常温，依次加入pp树脂、epdm、epdm-g-mah、ebs、、抗氧化剂1010。以400rpm/min的转速常温搅拌1h，出料。s2：将步骤s1中得到的共混材料、通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为150℃，二区温度为180℃，三区温度为200℃，四区温度为220℃，五区温度为190℃，模头温度为190℃，喂料速度为200r/min，螺杆转速为200r/min。s3：将步骤s2中得到的粒料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为170℃，机筒2区温度为190℃，机筒3区温度为200℃，机筒4区温度为190℃，机筒5区温度为170℃，机头1区温度为170℃，机筒2区温度为190℃，机筒3区温度为160℃，挤出成型速度1.6m/min。实施例3一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料基本配方及重量配比如下：pp树脂45份（共聚pp与均聚pp重量比为4:1）其中共聚pp分子量为15万，乙烯分子含量3.5％（重量），丙烯分子含量96.5％（重量）、均聚pp分子量为45万；玫瑰晶型纳米碳酸钙35份；硅烷偶联剂2.5份；poe7份；poe-g-mah5份；ebs1.5份；硬脂酸钙2.5份；抗氧化剂10101.5份。制备工艺：s1：玫瑰晶型纳米碳酸钙表面处理将玫瑰晶型纳米碳酸钙按照重量份数加入高速混合机中，升温至100℃，以100rpm/min的转速搅拌1h后，依次加入硬脂酸钙、硅烷偶联剂，以500rpm/min的转速高速搅拌0.5h后冷却至常温，依次加入pp树脂、poe、poe-g-mah、抗氧化剂1010，以500rpm/min的转速常温搅拌0.5h，出料。s2：将步骤s1中得到的共混材料、通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为160℃，二区温度为190℃，三区温度为210℃，四区温度为220℃，五区温度为200℃，模头温度为180℃，喂料速度为300r/min，螺杆转速为400r/min。s3：将步骤s2中得到的粒料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为180℃，机筒2区温度为190℃，机筒3区温度为200℃，机筒4区温度为180℃，机筒5区温度为160℃，机头1区温度为160℃，机筒2区温度为200℃，机筒3区温度为160℃，挤出成型速度1.6m/min。对比例1与实施例1不同的是，对比例1中，使用纳米碳酸钙晶型结构为常见的纺锤体晶型结构，晶型结构形貌如图2所示。其他条件不变。对比例2与实施例1不同的是，对比例2中，使用纳米碳酸钙晶型结构为常见的立方体晶型结构，晶型结构形貌如图3所示。其他条件不变。对比例3与实施例1不同的是，对比例3中，使用pp树脂中，选用共聚pp分子量为10万，乙烯分子含量6％（重量），丙烯分子含量94％（重量）；均聚pp分子量约为30万，其他条件与实施例1一样。性能测试弯曲强度、弯曲弹性模量按照国标gb/t9341-2008进行测试；拉伸强度按照国标gb/t1040-2006进行测试；环刚度按照国标gb/t9647-2003进行测试，其结果见表1表1性能测定结果检测项目实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3弯曲强度（mpa）524755393646弯曲弹性模量（mpa）230021002800120011001900拉伸强度（mpa）323531262528环刚度（kn/m2）333137232127由表1结果可见，实施例1-3和对比例1、2，本发明的实施例1-3的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和环刚度明显优于对比例1、2，从以上数据说明：采用玫瑰晶型纳米碳酸钙制备多维度增强mpp电力护套管材料性能较纺锤体、立方体制备多维度增强mpp电力护套管材料有明显的提高。而采用不同分子量的共聚pp和均聚pp复配作为基体树脂的实施例1-3和对比例3说明不同分子量对多维度增强mpp电力护套管材料性能影响明显。本发明采用最优选的分子量为15万，乙烯分子含量3.5％（重量），丙烯分子含量96.5％（重量）的无规共聚pp与分子量为45万的均聚pp作为树脂主体，复配玫瑰晶型纳米碳酸钙能产生意想不到的性能效果，其与不同分子量的对比例3相比，各个主要性能指标见表1，有明显的提高；由此可见，本发明的最优选的分子量为15万，乙烯分子含量3.5％（重量），丙烯分子含量96.5％（重量）的无规共聚pp与分子量为45万的均聚pp作为树脂主体（共聚pp与均聚pp重量比为4:1，实施例3），与35份玫瑰晶型纳米碳酸钙复配综合效果最佳，为最优选的配方（这也在权利要求3中保护）。本发明制备的一种玫瑰晶型纳米碳酸钙多维度增强mpp电力护套管材料，解决传统常用晶型结构纳米碳酸钙增强mpp电力护套管材料填充量大，力学性能下降快，强度提高不显著等缺点，广泛应用于非开挖管道施工，具有良好的经济效益和社会效益。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页12