本发明涉及一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法，属于ppr管的制备技术领域。
背景技术：
ppr又叫无规共聚聚丙烯，采用无规共聚聚丙烯挤出成为管材，管材注塑成为管件，ppr管件产品与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，具有节能节材、环保无毒、耐热耐压、轻质高强、耐腐蚀、不结垢、抗冲击和抗蠕变性能好、安装方便、连接牢固、使用寿命长、物料可回收利用等优点，广泛应用于建筑给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域。
但是ppr管件存在低温韧性差的致命缺点，当环境温度低于0℃时，韧性急剧下降，表现为脆性，当管材受到外力的冲击或者重压时，会出现直线开裂现象，这种开裂会沿着管材的轴线方向快速增长，容易造成管道的爆裂，且ppr管件极易被用于高温环境下，很容易因使用温度过高导致ppr管件软化而影响其使用性能，另外，很多ppr管件裸露在建筑表面，而现有的ppr管件均为普通的塑料质感，效果单一，影响美观。但是，目前在ppr管件制造领域，尚无制备低温韧性好且具有铜金属效果的ppr管材的方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：为解决现有方法制备出的ppr管材低温韧性差、耐热性能差、视觉效果单一的技术问题，提供一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法，包括以下步骤：
准备如下重量份的制备原料：ppr100份，颗粒状铜粉15-30份，鳞片状铜粉1-5份，分散剂10-15份，碳纤维8-18份，偶联剂1-3份，软核硬壳型核壳共聚物增韧剂5-15份，抗氧剂1.3-3份；
配制偶联剂溶液，优选为将其ph值调为4-5之间；
将偶联剂溶液分布于碳纤维表面，得改性碳纤维；
制备分散剂溶液；
将颗粒状铜粉和鳞片状铜粉加入分散剂溶液，得改性铜粉溶液；
将制备原料中的ppr、软核硬壳型核壳共聚物增韧剂、抗氧剂混合的同时喷入改性铜粉溶液，烘干，冷却，得到预混原料；
将预混原料和改性碳纤维加入挤出机中挤出造粒，得ppr管材。
优选地，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维中的至少一种。
优选地，所述软核硬壳型核壳共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物中的至少一种。
优选地，所述分散剂为硬脂酸、月桂酸、三硬脂酸甘油酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的至少一种。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的至少一种；所述硅烷偶联剂的通式为ysix3,x为氯基、甲氧基、乙氧基或乙酰氧基,y含有乙烯基、氨基、环氧基或巯基，优选为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷；所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂、螯合型钛酸酯偶联剂、配位体型钛酸酯偶联剂中的至少一种，优选为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、四辛氧基钛[二(十三烷基亚磷酸酯)]、四辛氧基钛[二(二月桂基亚磷酸酯)]。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的组合，所述受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为1:0.5-2。
进一步，所述受阻酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯中的至少一种，所述亚磷酸酯类抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。
优选地，所述颗粒状铜粉为400-800目。
优选地，所述鳞片状铜粉为500-700目。
优选地，挤出机各段温度设置为：一区180-185℃，二区185-190℃，三区190-200℃，四区200-205℃，五区205-210℃，六区210-215℃，七区215-220℃，八区210-215℃，九区205-210℃，十区200-205℃，机头温度为200-220℃，主机转速300-450r/min，喂料频率5-10r/min。
进一步，将预混原料从挤出机一区处的主加料口加入，将改性碳纤维从挤出机四区或五区处的侧加料口加入。
优选地，制得改性碳纤维的方法为：将碳纤维搅拌的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的碳纤维在90-120℃下烘2-3小时，冷却，得改性碳纤维；
制备预混原料的烘干方法为：在60-80℃下烘2-3小时，冷却，得改性铜粉。
本发明的有益效果是：
本发明的具有铜金属效果的ppr管材的制备方法通过加入颗粒状铜粉来使其具有铜质感，通过加入鳞片状铜粉来使其具有铜光泽，选择软核硬壳型核壳共聚物与碳纤维来增加ppr管材的低温韧性、抗拉伸水平和抗冲击强度，碳纤维还能ppr管材的耐热性能，选择受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类配合使用来协同抵抗ppr的氧化降解，制备过程中将偶联剂溶液分布于碳纤维表面可以改善碳纤维与ppr基体的相容性，尤其选择偶联剂溶液雾化喷入到碳纤维表面的方式可使偶联剂在晶须表面更加均匀，将铜粉先加入分散剂溶液中再喷入到搅拌的原料(除改性碳纤维)中，可使铜粉均匀分布于ppr基体中，将改性碳纤维从挤出机的侧加料口加入可以减少碳纤维的折断概率，提高ppr管材的低温韧性和抗冲击强度；具体的有益效果如下：
(1)本发明ppr管材的制备方法中于100重量份的ppr中加入15-30份的颗粒状铜粉既可以使ppr管材产生良好的铜质感，又可使颗粒状铜粉有效分散于ppr基体中，避免颗粒状铜粉过量导致的ppr管材脆化加重的问题，保证ppr管材的良好韧性；而加入1-5份鳞片状铜粉可以在挤出加工时，倾向于排列在ppr管材的外侧，赋予了视觉上的铜光泽。
(2)本发明ppr管材的制备方法中加入碳纤维带来的有益效果如下：a.碳纤维能够有效提高ppr管材的耐低温性能，大幅度改善ppr管材在低温下的脆化现象；b.大幅度增强ppr管材的力学性能，有效抵抗管材受到外力冲击或者重压时的开裂；c.碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，能够使ppr管材的热稳定性好，热变形低，制品尺寸稳定性好。
(3)本发明ppr管材的制备方法选择软核硬壳型核壳共聚物作为ppr管材的增韧剂，与行业内常用的乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物等烯烃类共聚物作为增韧剂相比，具有如下有益效果：a.软核硬壳型核壳共聚物容易在ppr基体中均匀分散，能够充分发挥其对ppr管材的增韧效果；b.使ppr管材的模量、硬度、耐热温度等指标变化很小，保证了ppr管材的成型稳定性、硬度、耐热性等的优良性能。
(4)于ppr管材中加入的分散剂可以有效地吸附在铜粉表面上，防止铜粉聚集，改善铜粉的分散效率，使铜粉均匀分散在ppr基体中，避免铜粉分散不均带来的ppr管件易开裂的问题。
(5)本发明ppr管材的制备方法中加入的硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂能够改善碳纤维与ppr基体的相容性，还可进一步增加铜粉在ppr中的分散性，有利于ppr管材形成均匀分散的相态结构，避免相分离的发生。
(6)本发明选择受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类配合使用，复配的抗氧剂在聚乳酸的抗氧化方面相互补充，协同抵抗ppr在多个短时高温加工过程中出现的氧化降解及由此产生的性能下降。
(7)碳纤维易于在加工过程中折断，为减少折断概率，选择分开加料，将预混原料从挤出机一区处的主加料口加入，将改性碳纤维从挤出机四区或五区处的侧加料口加入，此处预混原料已经融化，改性碳纤维未经挤出机一区到三区或四区部分螺杆内元件的剪切力及与预混原料的碰撞，折断的概率减少，能够有效提高碳纤维的效能。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法，包括以下步骤：
准备如下重量份的制备原料：ppr100份，颗粒状铜粉15份，鳞片状铜粉5份，分散剂12份，碳纤维8份，偶联剂1份，软核硬壳型核壳共聚物增韧剂8份，抗氧剂1.5份；所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述软核硬壳型核壳共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物，所述分散剂为硬脂酸，所述偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，所述抗氧剂为质量比为1:0.5的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，所述颗粒状铜粉为400目，所述鳞片状铜粉为700目；
用乙醇配制分散剂溶液；
将颗粒状铜粉与鳞片状铜粉加入分散剂溶液中，得改性铜粉溶液；
用乙醇配制偶联剂溶液,并将其ph值调成4.5；
在碳纤维搅拌的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的碳纤维在100℃下烘2.5小时，冷却至常温，即得改性碳纤维；
将ppr、软核硬壳型核壳共聚物增韧剂、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性铜粉溶液，然后在60℃下烘3小时，冷却至常温，即得到预混原料；
将预混原料从挤出机一区处的主加料口加入，将改性碳纤维从挤出机四区处的侧加料口加入，挤出造粒，得ppr管材，挤出机各段温度设置为：一区180℃，二区185℃，三区190℃，四区200℃，五区205℃，六区210℃，七区215℃，八区210℃，九区205℃，十区200℃，机头200℃，主机转速350r/min，喂料频率5r/min。
实施例2
本实施例提供一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法，包括以下步骤：
准备如下重量份的制备原料：ppr100份，颗粒状铜粉30份，鳞片状铜粉1份，分散剂15份，碳纤维15份，偶联剂2份，软核硬壳型核壳共聚物增韧剂12份，抗氧剂1.3份；所述碳纤维为沥青基碳纤维，所述软核硬壳型核壳共聚物为甲基甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物，所述分散剂为月桂酸，所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述抗氧剂为质量比为1:1的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯，所述颗粒状铜粉为500目，所述鳞片状铜粉为600目；
用甲醇配制分散剂溶液；
将颗粒状铜粉与鳞片状铜粉加入分散剂溶液中，得改性铜粉溶液；
用甲醇配制偶联剂溶液,并将其ph值调成5.2；
在碳纤维搅拌的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的碳纤维在90℃下烘3小时，冷却至常温，即得改性碳纤维；
将ppr、软核硬壳型核壳共聚物增韧剂、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性铜粉溶液，然后在80℃下烘2小时，冷却至常温，即得到预混原料；
将预混原料从挤出机一区处的主加料口加入，将改性碳纤维从挤出机五区处的侧加料口加入，挤出造粒，得ppr管材，挤出机各段温度设置为：一区190℃，二区195℃，三区200℃，四区205℃，五区210℃，六区215℃，七区220℃，八区215℃，九区210℃，十区205℃，机头220℃，主机转速450r/min，喂料频率6r/min。
实施例3
本实施例提供一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法，包括以下步骤：
准备如下重量份的制备原料：ppr100份，颗粒状铜粉20份，鳞片状铜粉2份，分散剂10份，碳纤维10份，偶联剂1.5份，软核硬壳型核壳共聚物增韧剂5份，抗氧剂2.5份；所述碳纤维为粘胶基碳纤维，所述软核硬壳型核壳共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物，所述分散剂为三硬脂酸甘油酯，所述偶联剂为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯，所述抗氧剂为质量比为1:2的4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯与三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，所述颗粒状铜粉为800目，所述鳞片状铜粉为500目；
用氯仿配制分散剂溶液；
将颗粒状铜粉与鳞片状铜粉加入分散剂溶液中，得改性铜粉溶液；
用氯仿配制偶联剂溶液,并将其ph值调成4.3；
在碳纤维搅拌的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的碳纤维在120℃下烘2小时，冷却至常温，即得改性碳纤维；
将ppr、软核硬壳型核壳共聚物增韧剂、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性铜粉溶液，然后在70℃下烘2.5小时，冷却至常温，即得到预混原料；
将预混原料m1从挤出机一区处的主加料口加入，将改性碳纤维从挤出机四区处的侧加料口加入，挤出造粒，得ppr管材，挤出机各段温度设置为：一区182℃，二区188℃，三区193℃，四区203℃，五区208℃，六区212℃，七区217℃，八区213℃，九区206℃，十区203℃，机头210℃，主机转速300r/min，喂料频率10r/min。
实施例4
本实施例提供一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法，包括以下步骤：
准备如下重量份的制备原料：ppr100份，颗粒状铜粉25份，鳞片状铜粉4份，分散剂15份，碳纤维18份，偶联剂3份，软核硬壳型核壳共聚物增韧剂15份，抗氧剂3份；所述碳纤维为酚醛基碳纤维，所述软核硬壳型核壳共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳共聚物，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述偶联剂为四辛氧基钛[二(十三烷基亚磷酸酯)]，所述抗氧剂为1:2β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯与双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯，所述颗粒状铜粉为600目，所述鳞片状铜粉为500目；
用水配制分散剂溶液；
将颗粒状铜粉与鳞片状铜粉加入分散剂溶液中，得改性铜粉溶液；
用水配制偶联剂溶液,并将其ph值调成6.2；
在碳纤维搅拌的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的碳纤维在110℃下烘2小时，冷却至常温，即得改性碳纤维；
将改性碳纤维、ppr、软核硬壳型核壳共聚物增韧剂、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性铜粉溶液，然后在70℃下烘3小时，冷却至常温，即得到预混原料；
将预混原料从挤出机一区处的主加料口加入，挤出造粒，得ppr管材，挤出机各段温度设置为：一区180℃，二区185℃，三区190℃，四区200℃，五区205℃，六区210℃，七区215℃，八区210℃，九区205℃，十区200℃，机头210℃，主机转速300r/min，喂料频率8r/min。
实施例5
本实施例提供一种具有铜金属效果的ppr管材的制备方法，包括以下步骤：
准备如下重量份的制备原料：ppr100份，颗粒状铜粉25份，鳞片状铜粉3份，分散剂14份，碳纤维15份，偶联剂3份，软核硬壳型核壳共聚物增韧剂12份，抗氧剂2.5份；所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维,所述软核硬壳型核壳共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯核壳共聚物,所述分散剂为聚乙烯醇，所述偶联剂为四辛氧基钛[二(二月桂基亚磷酸酯)]，所述抗氧剂为质量比为1:1四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，所述颗粒状铜粉为600目，所述鳞片状铜粉为600目；
用水配制分散剂溶液；
将颗粒状铜粉与鳞片状铜粉加入分散剂溶液中，得改性铜粉溶液；
用水配制偶联剂溶液,并将其ph值调成4.5；
在碳纤维搅拌的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的碳纤维在100℃下烘2.5小时，冷却至常温，即得改性碳纤维；
将ppr、软核硬壳型核壳共聚物增韧剂、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性铜粉溶液，然后在70℃下烘2.5小时，冷却至常温，即得到预混原料；
将预混原料从挤出机一区处的主加料口加入，将改性碳纤维从挤出机五区处的侧加料口加入，挤出造粒，得ppr管材，挤出机各段温度设置为：一区185℃，二区190℃，三区200℃，四区205℃，五区210℃，六区215℃，七区220℃，八区215℃，九区210℃，十区205℃，机头210℃，主机转速400r/min，喂料频率8r/min。
对比例1
与实施例5的不同仅在于，ppr管材中无碳纤维。
对比例2
与实施例5的不同仅在于，增韧剂为乙烯-辛烯共聚物。
对比例3
与实施例5的不同仅在于，增韧剂为乙烯-丙烯-丁二烯共聚物。
对比例4
与实施例5的不同仅在于，增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物。
本发明对实施例1～5和对比例1-4制备的ppr管材进行性能测定，测试标准：拉伸强度iso527/2-93；低温缺口冲击强度iso180-93；维卡软化温度iso306。测试结果见表1。
表1具有铜金属效果的ppr管材的性能指标
本发明实施例1～5制备的ppr管材均具有良好的铜质感，且具有视觉上的铜色彩，选择受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂配合使用，使得ppr管材在高温加工过程中无老化分解现象；通过实施例1～5的ppr管材的性能测定结果可以看出，本发明制备的ppr管材韧性好，具有良好的耐低温性能、力学性能和耐热性能。
通过实施例5和对比例1的ppr管材的性能测定结果可以看出：碳纤维的加入不仅能够有效提高ppr管材的耐低温性能，大幅度改善ppr管材在低温下的脆化现象，有效抵抗管材受到的外力冲击或者重压，还能有效提高ppr管材的耐热性能，使ppr管材的热稳定性好；
通过实施例5和对比例2-4的ppr管材的性能测定结果可以看出：软核硬壳型核壳共聚物增韧剂与行业内常用的乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物等烯烃类共聚物作为增韧剂相比，对ppr管材具有显著的增韧效果，减小ppr管材的低温脆性，提高了ppr管材的断裂抗力。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。