一种多层聚丙烯管材的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多层聚丙烯管材，包括至少两层聚丙烯层。采用同种材或相互熔接的相近材料，使至少两层熔融态聚丙烯塑料层共挤相熔成管坯，在多层共挤时，各层内外表面部分结晶度高，相互熔接成一体后，提高了整体结晶度；同时，在管材真空定型后采用塑料管圆整消应力装置进行径向圆整变形，消除管材多层共挤工艺的轴向结晶趋势形成的方向性应力积聚；融合不同类型聚丙烯材料的性能，尤其增强韧性，减轻低温脆性，降低建筑给水聚丙烯管道在冬季施工时的损伤风险；至少两层聚丙烯层中分别添加了色母粒和/或功能助剂，实现了各种特定颜色和功能。本实用新型又能保持管材基本性能和安装所要求的较小直径不圆度，更适合家庭给水管道二次改装。
【专利说明】一种多层聚丙烯管材
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多层聚丙烯管材，属于聚丙烯管材【技术领域】。
【背景技术】
[0002]传统的聚丙烯管材按材质分为三类，均聚聚丙烯(PP-H)管材、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)管材和无规共聚聚丙烯(PP-R)管材。该三类管材各有特点，均聚聚丙烯(PP-H)材料由单一聚丙烯单体聚合而成，其分子链的规整度很高，因此其结晶度高、耐冲击性能差，适合强度要求较高的工业用管。嵌段共聚聚丙烯(PP-B)材料的乙烯含量较高，一般为7-15%，在分子序列中，两个乙烯单体及三个单体连接在一起的概率非常高，这些以嵌段形式存在的乙烯链段使材料的冲击强度得到了很大的改善，但由于不能将PP-H分子链的等规度降低，材料的结晶度、熔点和耐热性能不能得到根本改善，较适合建筑给水中的冷水输送。无规共聚聚丙烯(PP-R)由丙烯单体和少量乙烯单体(3% -5% )在加热、加压和催化剂作用下共聚得到的，这些乙烯单体随机地分布到丙烯长链中，降低了聚合物的结晶度、熔点，改善了冲击性能和耐热性能，适合建筑给水中的冷热水输送。PP-R材料耐热性能比PP-B材料好，PP-B材料耐低温脆性比PP-R材料好。
[0003]由于PP-R材料同时改善了相比PP-H的冲击性能和相比PP-B的耐热性能，成为建筑冷热水输送管道的首选材料，同时用于冷水输送和热水输送。PP-R管道在家庭给水管道二次改装市场已成为家装管道的代名词。但PP-R管材还是存在固有的不足之处，在冬天较低温度(5°C左右)下，其抗冲击性能较低，此时连接安装，易受外力冲击而开裂，尤其是口端易产生微裂纹，在后续的加热熔接时产生微裂纹扩展，现场试压验收不易发现，造成管道在使用过程的渗漏隐患。《建筑给水聚丙烯管道工程技术规范》GB/T50349-2005规定，在冬季施工时，应注意建筑给水聚丙烯管道的低温脆性的特点，该特点主要特指PP-R的低温脆性特点。
[0004]现在很多应用的PP-R管道需要同时具备多种功能，如增强、遮光、抗菌、独特色彩等，普通的PP-R单层管难以实现上述的多种功能，需要一种多层的聚丙烯管材，分别添加色母粒和/或功能助剂，其主材料又完全相同或相近，可以相互熔接成一体，可以分别实现了上述独特功能。
[0005]这种多层聚丙烯管材不仅需要满足PP-R的基本性能和安装所要求的较小直径不圆度，还实现同时具备增强、遮光、抗菌、独特色彩等多种功能，又能减轻PP-R的低温脆性特点，增强韧性，降低建筑给水聚丙烯管道在冬季施工时的损伤风险。
【发明内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题是:提供了一种韧性强、低温脆性小、耐热性能好、耐冲击性能好的多层聚丙烯管材，解决了目前的PP-R管材在冬天较低温度下，其抗冲击性能较低，易受外力冲击而开裂，尤其是口端易产生微裂纹，造成管道在使用过程的渗漏隐患问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种多层聚丙烯管材，其特征在于，包括至少两层聚丙烯层。
[0008]优选地，各层所述的聚丙烯层的壁厚比率均为10%?90%。
[0009]优选地，所述的至少两层聚丙烯层包括外层聚丙烯层和内层聚丙烯层。
[0010]优选地，所述的至少两层聚丙烯层均为同种聚丙烯层。
[0011]优选地，所述的至少两层聚丙烯层为相互熔接的不同种聚丙烯层。
[0012]本实用新型由多层共挤模具将同种或相互熔接的不同种聚丙烯材料实施多层共挤相熔，使至少两层熔融态聚丙烯层共挤相熔成管坯，经真空定径后，再经过塑料管圆整消应力装置进行直径圆整和轴向应力消减而成。融合不同类型聚丙烯材料的性能，尤其增强韧性，减轻低温脆性，耐热性能好，耐冲击性能好，降低建筑给水聚丙烯管道在冬季施工时的损伤风险。
[0013]本实用新型不仅使得其强度、刚度和韧性得到增强，还可以根据需要实现各层的特定功能。该管材采用同种或相互熔接的相近聚丙烯材料，在多层共挤时，各层内外表面部分结晶度高，相互熔接成一体后，提高了整体结晶度；同时，在管材真空定型后采用塑料管圆整消应力装置进行径向圆整变形，消除管材多层共挤工艺的轴向结晶趋势形成的方向性应力积聚，其极限破坏形状为接近球形的鼓泡破口，显著区别于普通管的轴向环形鼓泡破口或轴向开裂；每层还可以添加不同的色母粒和/或功能助剂，实现管材多层多色和/或多功能。可以适应日渐多样化的市场需求，可以给冬天较低温度(5°C左右)下安装施工提供更多保障，提供更多的如抗菌、刚性增强、遮光等附加功能，又能保持管材基本性能和安装所要求的较小直径不圆度，更适合家庭给水管道二次改装。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为多层聚丙烯管材的结构示意图；
[0015]图2为多层聚丙烯管材的加工示意图。
[0016]其中:I为多层聚丙烯管材，2为外层聚丙烯层，3为内层聚丙烯层，4为塑料管圆整消应力装置，5为多层共挤模具，6为辅挤塑机，7为传统的主挤塑机。
【具体实施方式】
[0017]为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0018]本实用新型为一种多层聚丙烯管材，如图1所示，其包括至少两层聚丙烯层，各层聚丙烯层的壁厚比率均为10%?90%，其可以通过调整加工参数实现。至少两层聚丙烯层包括外层聚丙烯层2和内层聚丙烯层3，在外层聚丙烯层2和内层聚丙烯层3之间可以添加其他类型的聚丙烯层。在加工时，各层聚丙烯层相熔成一体。
[0019]该多层聚丙烯管材I的各层聚丙烯层可以是同种聚丙烯层，如无规共聚聚丙烯(PP-R)层；也可以是相互熔接的不同种聚丙烯层，如无规共聚聚丙烯(PP-R)层和嵌段共聚聚丙烯(PP-B)层等各种型号的聚丙烯层。
[0020]该多层聚丙烯管材I采用多层热塑性塑料管的加工方法，使至少两层熔融态聚丙烯塑料层共挤相熔成管坯，经真空定径后，再经过塑料管圆整消应力装置进行直径圆整和轴向应力消减而成。
[0021]该多层聚丙烯管材I的各层聚丙烯层的材料中分别添加了色母粒和/或功能助齐U，实现了各种特定颜色和功能，并能满足聚丙烯管材的基本性能。
[0022]该多层聚丙烯管材I使用同种材料时，强度得到增强，可以实现20°C静液压应力增加5%?20%，95°C静液压应力增加10%?30%;使用PP-R层和PP-B层相熔时，其优良的耐热性能和耐低温脆性得到融合，实现0°C落锤高度增加1.5倍以上。
[0023]该多层聚丙烯管材I采用塑料管圆整消应力装置4进行了径向挤压变形，消除管材多层共挤工艺的轴向结晶趋势形成的方向性应力积聚，其极限破坏形状为接近球形的鼓泡破口，显著区别于普通管的轴向环形鼓泡破口或轴向开裂。
[0024]这种多层聚丙烯管材I可以在传统塑料管材挤出工艺基础上，采用热塑性塑料共挤相熔工艺、直径圆整和应力消减处理，实现强度、刚度和韧性得到增强，实现各层的特定功能，同时保留了材料的其他优越性能。
[0025]该多层聚丙烯管材I可以采用至少两台挤塑机(即辅挤塑机6和传统的主挤塑机7)分别挤出熔融态的所需聚丙烯团，在多层共挤模具5中均匀分层、共挤相熔成型。同种聚丙烯或多种聚丙烯在其熔融态时，控制合适的熔体温度和熔体压力，可以很好地共挤相熔；该熔体温度在各种聚丙烯熔点温度(140°C?165°C )以上，在其成品管道熔融连接温度(260°C?280°C)以下，可以较容易控制；同时由于每层管坯的内外表面的材料比内部接受更多的热量和摩擦力，分子结构更加规整，其结晶度较高，故多层共挤相熔后的整体结晶度得到提高，增强了力学性能。
[0026]该多层聚丙烯管材I各层使用不同种聚丙烯材料时，可以融合多种聚丙烯材料的优点，减轻其不足。如PP-R和PP-B聚丙烯共挤相熔，就可以融合实现PP-R的优良耐热性能和PP-B的优良耐低温脆性。
[0027]该多层聚丙烯管材I可以使用至少两台挤塑机进行挤塑成型，每台分别添加色母粒和/或功能助剂；同时由于每台挤塑机的挤出量减少，聚丙烯材料塑化更完整，所添加的色母粒和/或功能助剂分布更均匀，加工过程对材料的影响更小；在实现特定颜色和附加功能的同时，可以更好地保留材料的优越性能。
[0028]该多层聚丙烯管材I在真空定径后，可以使用塑料管圆整消应力装置4进行直径圆整和轴向应力消减。该装置可以借鉴薄壁金属管的圆整原理，对多层聚丙烯管材I在弹性变形温度区域进行径向变形，在圆整其直径的同时，可以消除管材多层共挤工艺的轴向结晶趋势形成的方向性应力积聚。
[0029]这种多层聚丙烯管材I在传统塑料管材挤出工艺基础上，采用多层热塑性塑料共挤相熔工艺、直径圆整和应力消减处理，整个加工过程中分连续在线的9个工步(如图2所示):
[0030]I)将原料输送进传统的主挤塑机7和至少一台辅挤塑机6的料斗，分别将色母粒和/或功能助剂使用比例混料进给机构添加进挤塑机料斗出口腔，与原料自相均匀混合。
[0031]2)由传统的主挤塑机7和至少一台辅挤塑机6，分别挤出均匀分布了各种色母粒和/或功能助剂的同种材料或相互熔接的相近材料的熔融态聚丙烯团。
[0032]3)由多层共挤模具5实现多层熔融态聚丙烯团的均匀分层和共挤相熔。每层聚丙烯管层可以通过主要调整各台挤塑机的挤出速度实现10%?90%的壁厚比率。
[0033]4)对相熔成一体的管坯进行真空定径和初步冷却处理，形成多层聚丙烯管材I。
[0034]5)由塑料管圆整消应力装置4，对经过真空定径和初步冷却的多层聚丙烯管材I进行直径圆整和轴向应力消减。要求进入塑料管圆整消应力装置4的多层聚丙烯管材I的温度还保持在40°C?60°C。该塑料管圆整消应力装置4可以直接安装在真空箱出口端。
[0035]6)在进行直径圆整和轴向应力消减后的多层聚丙烯管材I表面进行喷码标识。
[0036]7)由2组以上的冷却箱对多层聚丙烯管材I实施进一步冷却。
[0037]8)由牵引机匀速牵引多层聚丙烯管材I。
[0038]9)由无屑切割机将多层聚丙烯管材I定尺切断成产品管。
[0039]型式检验时，还应进行落锤冲击试验和其他如抗菌性和三点弯曲挠度等增加的功能性试验。
[0040]这种多层聚丙烯管材I根据其具备的增强、遮光、抗菌等特定功能和多层多色应用于更细分的管道系统和用户；融合多种聚丙烯材料优点的多层聚丙烯管材1，如PP-R层和PP-B层相熔时，其优良的耐热性能和耐低温脆性得到融合，还可以在较低环境温度的冬天安装时，减轻了管材损伤风险。该多层聚丙烯管材I的安装使用要求可以直接采用普通聚丙烯管道安装规范，与聚丙烯管件直接熔融连接。
[0041]这种多层聚丙烯管材I的各层材料相同或相近，实现了相邻层共挤相熔成一体，没有层间物理粘接，没有时效和疲劳损伤的风险。该多层聚丙烯管材I的各层由至少两台挤塑机分别添加了色母粒和/或功能助剂，实现了多层多色；各层又具备特定功能，如抗菌率大于99.90%的强抗菌性，三点弯曲挠度降低40%以上的玻纤增强性等；实现了增强、增韧、抗菌、色彩独特等功能，丰富了产品类型，更适应日渐细化的市场需求。该多层聚丙烯管材I采用多层共挤模具进行多层共挤相熔，其结晶度增加，实现了 20°C静液压应力增加5%?20%，95°C静液压应力增加10%?30%。该多层聚丙烯管材I使用不同种聚丙烯材料时，可以融合所用聚丙烯材料的优点，减轻其不足，如PP-R层和PP-B层相熔时，其优良的耐热性能和耐低温脆性得到融合，实现0°C落锤高度增加1.5倍以上。
【权利要求】
1.一种多层聚丙烯管材，其特征在于，包括至少两层聚丙烯层，所述的至少两层聚丙烯层为相互熔接的不同种聚丙烯层，该相互熔接的不同种聚丙烯层为无规共聚聚丙烯层和嵌段共聚聚丙烯层。
2.如权利要求1所述的一种多层聚丙烯管材，其特征在于，各层所述的聚丙烯层的壁厚比率均为10%?90%。
3.如权利要求1所述的一种多层聚丙烯管材，其特征在于，所述的至少两层聚丙烯层包括外层聚丙烯层(2)和内层聚丙烯层(3)。
【文档编号】F16L9/12GK204062194SQ201320876758
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】郑巍, 项宁, 钱云龙, 郑雨果, 陈飞 申请人:上海天力实业（集团）有限公司