本发明涉及PPR管材领域，且特别涉及一种耐热抗冲击的PPR管材及其制备方法。
背景技术：
PPR(polypropylene random，无规共聚聚丙烯)管材是由无规共聚聚丙烯材料制备得到的热塑性塑料管材，与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，PPR管材具有节能节材、环保轻质、高强度、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、无毒副作用、使用寿命长的优点，其被广泛应用于建筑给排水，燃气输送，电力，光缆护套，工业流体输送，农业灌溉等领域。
但PPR管材普遍存在抗冲击性能不足的缺陷，特别是其具有的低温脆性缺陷，使其在低温下受冲击易破裂，同时其耐热性能与铸铁管、镀锌钢管、水泥管相比也存在非常大的差距。通过对PPR管材的制备材料进行耐热抗冲击改性，可以扩大PPR管材的使用范围并延长其使用年限。其中，使用弹性体增韧改性PPR管材的制备材料可以显著改善PPR管材的低温脆性，但是添加弹性体会导致PPR管材的刚性、拉伸强度和耐热性能出现一定程度的下降；使用无机刚性粒子填充PPR管材可以保证PPR管材的强度和刚性，然而填充过多的无机粒子会使得PPR管材的抗冲击性能劣化，因此如何在提升PPR管材的抗冲击性能和耐热性能的同时，又能很好的保持其强度成为当前亟待解决的热点问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种耐热抗冲击的PPR管材，其低温脆性的缺陷得到很好的改善，同时其也具有较高的耐热和抗冲击能力。
本发明的另一目的在于提供上述耐热抗冲击的PPR管材的制备方法，其具有工艺简单，操作方便的优点。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种耐热抗冲击的PPR管材，以重量份数计，其制备原料包括：90-120份无规共聚聚丙烯、10-20份低分子量聚丁烯、20-30份水滑石以及0.8-1.5份抗氧化剂；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2300-2480。
进一步地，在本发明较佳实施例中，无规共聚聚丙烯的熔体质量流动速率为0.28-0.4g/10min。
进一步地，在本发明较佳实施例中，水滑石为镁铝水滑石，其平均粒度为0.5-0.8μm。
进一步地，在本发明较佳实施例中，抗氧化剂包括四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，制备原料还包括2.6-3.6份色母料。
本发明还提供了一种上述耐热抗冲击的PPR管材的制备方法，其包括以下步骤：
以重量份数计，将20-30份水滑石与10-20份低分子量聚丁烯混合搅拌，得到改性水滑石；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2300-2550；
将改性水滑石与90-120份无规共聚聚丙烯、0.8-1.5份抗氧化剂混合搅拌，得到混合物料；
将混合物料使用双螺杆挤出机挤出。
进一步地，在本发明较佳实施例中，混合物料由改性水滑石、无规共聚聚丙烯、抗氧化剂与2.6-3.6份色母料混合搅拌制备得到。
进一步地，在本发明较佳实施例中，制备改性水滑石时，混合搅拌是使用混合机在2500-3000r/min下混合2-3分钟。
进一步地，在本发明较佳实施例中，制备混合物料时，混合搅拌是使用混合机在450-550r/min下混合3-4分钟。
进一步地，在本发明较佳实施例中，将混合物料使用双螺杆挤出机挤出时，第一段挤出温度为175-185℃，第二段挤出温度为185-195℃，第三段挤出温度为195-200℃，口模温度为200-210℃，螺杆的转速为80-100r/min。
本发明实施例的耐热抗冲击的PPR管材及其制备方法的有益效果是：本发明提供的耐热抗冲击的PPR管材采用无规共聚聚丙烯为基体，使用低分子量的聚丁烯与水滑石高速搅拌得到的改性水滑石作为耐热增韧剂，能够充分发挥水滑石的协同增韧作用和耐热性能，从而有效的提升PPR管材的强度、抗冲击性能和耐热性能，并使产品的低温脆性缺陷得到很好的改善。该耐热抗冲击的PPR管材的制备方法工艺简单，操作方便，适合大规模使用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的耐热抗冲击的PPR管材及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供了一种耐热抗冲击的PPR管材，以重量份数计，其制备原料包括：
90-120份无规共聚聚丙烯、10-20份低分子量聚丁烯、20-30份水滑石；以及0.8-1.5份抗氧化剂；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2300-2550；抗氧化剂包括四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种。
优选的，制备原料还包括2.6-3.6份色母料，无规共聚聚丙烯的熔体质量流动速率为0.28-0.4g/10min；水滑石为平均粒度为0.5-0.8μm的镁铝水滑石；低分子量聚丁烯为数均分子量为2450的聚异丁烯。
本发明实施例提供的耐热抗冲击的PPR管材采用粘度较大的无规共聚聚丙烯为基体，使用低分子量的聚丁烯与水滑石搅拌得到的改性水滑石作为耐热增韧剂，将该耐热增韧剂与无规共聚聚丙烯基体混合熔融，能够有效的提升PPR管材的强度和抗冲击性能；低分子量的聚丁烯具有流动性强，与无规共聚聚丙烯的相容性好的优点，可作为无规共聚聚丙烯与水滑石的混合时的界面相容剂，改善水滑石在无规共聚聚丙烯基体中的分散性能，充分发挥水滑石的协同增韧作用和耐热性能，最大化提升PPR管材的强度、抗冲击性能和耐热性能，并改善其低温脆性缺陷。
本发明实施例还提供了上述耐热抗冲击的PPR管材的制备方法，其包括以下步骤：
以重量份数计，将20-30份水滑石与10-20份低分子量聚丁烯使用混合机在2500-3000r/min下混合搅拌2-3分钟，得到改性水滑石；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2300-2550。
将改性水滑石与90-120份无规共聚聚丙烯、0.8-1.5份抗氧化剂使用混合机在450-550r/min下混合搅拌3-4分钟，得到混合物料；优选的，混合物料由改性水滑石、90-120份无规共聚聚丙烯、0.8-1.5抗氧化剂与2.6-3.6份色母料在450-550r/min下混合搅拌3-4分钟制备得到。
将混合物料使用双螺杆挤出机挤出，挤出时，第一段挤出温度为175-185℃，第二段挤出温度为185-195℃，第三段挤出温度为195-200℃，口模温度为200-210℃，螺杆的转速为80-100r/min。
本发明实施例提供的耐热抗冲击的PPR管材的制备方法首先使用低分子量的聚丁烯与水滑石高速混合搅拌得到改性水滑石，该改性水滑石具有很好的相容性及增韧能力，随后将该改性水滑石与特定粘度范围的无规共聚聚丙烯低速混合搅拌使两者充分混合均匀得到混合物料，最后将该混合物料和合适温度下熔融挤出，使该改性水滑石与无规共聚聚丙烯基体熔融成整体，使用改性水滑石改善PPR管材的耐热能力、强度、抗冲击性能和抗拉伸能力，改善产品的低温脆性。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明实施例使用的原料中：无规共聚聚丙烯购自燕山石化，牌号为4220；低分子量聚丁烯购自韩国大林公司产品，牌号为2400；水滑石购自邵阳天堂助剂化工有限公司；色母料购自重庆澳彩新材料股份有限公司；抗氧化剂购自德国巴斯夫股份公司。
实施例1
本实施例提供了一种耐热抗冲击的PPR管材，其制备方法如下：
S11、以重量份数计准备原料：10kg无规共聚聚丙烯、1kg份低分子量聚丁烯、2kg水滑石、0.08kg抗氧化剂、0.26kg色母料；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2327，抗氧化剂为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。
S12、将2kg水滑石与1kg份低分子量聚丁烯使用混合机在2500r/min下混合2.5分钟，得到改性水滑石。
S13、将改性水滑石与10kg无规共聚聚丙烯、0.26kg色母料、0.08kg抗氧化剂使用混合机在400r/min下混合3分钟，得到混合物料。
S14、将混合物料使用双螺杆挤出机挤出、冷却得到PPR管材；挤出时，第一段挤出温度为180℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，口模温度为200℃，螺杆的转速为90r/min。
实施例2
本实施例提供了一种耐热抗冲击的PPR管材，其制备方法如下：
S21、以重量份数计准备原料：11kg无规共聚聚丙烯、1kg份低分子量聚丁烯、3kg水滑石、0.12kg抗氧化剂、0.28kg色母料；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2440，抗氧化剂为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。
S22、将3kg水滑石与1kg份低分子量聚丁烯使用混合机在2700r/min下混合3分钟，得到改性水滑石。
S23、将改性水滑石与11kg无规共聚聚丙烯、0.28kg色母料、0.12kg抗氧化剂使用混合机在500r/min下混合3分钟，得到混合物料。
S24、将混合物料使用双螺杆挤出机挤出、冷却得到PPR管材；挤出时，第一段挤出温度为175℃，第二段挤出温度为195℃，第三段挤出温度为200℃，口模温度为200℃，螺杆的转速为95r/min。
实施例3
本实施例提供了一种耐热抗冲击的PPR管材，其制备方法如下：
S31、以重量份数计准备原料：12kg无规共聚聚丙烯、1.5kg份低分子量聚丁烯、2kg水滑石、0.14kg抗氧化剂、0.3kg色母料；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2478，抗氧化剂为硫代二丙酸二月桂酯。
S32、将2kg水滑石与1.5kg份低分子量聚丁烯使用混合机在2800r/min下混合2.5分钟，得到改性水滑石。
S33、将改性水滑石与12kg无规共聚聚丙烯、0.3kg色母料、0.14kg抗氧化剂使用混合机在520r/min下混合3.5分钟，得到混合物料。
S34、将混合物料使用双螺杆挤出机挤出得到PPR管材；挤出时，第一段挤出温度为180℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，口模温度为210℃，螺杆的转速为85r/min。
实施例4
本实施例提供了一种耐热抗冲击的PPR管材，其制备方法如下：
S41、以重量份数计准备原料：9.5kg无规共聚聚丙烯、1.5kg份低分子量聚丁烯、3kg水滑石、0.10kg抗氧化剂、0.32kg色母料；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2512，抗氧化剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
S42、将3kg水滑石与1.5kg份低分子量聚丁烯使用混合机在2900r/min下混合3分钟，得到改性水滑石。
S43、将改性水滑石与9.5kg无规共聚聚丙烯、0.32kg色母料、0.10kg抗氧化剂使用混合机在510r/min下混合3分钟，得到混合物料。
S44、将混合物料使用双螺杆挤出机挤出得到PPR管材；挤出时，第一段挤出温度为175℃，第二段挤出温度为185℃，第三段挤出温度为195℃，口模温度为205℃，螺杆的转速为90r/min。
实施例5
本实施例提供了一种耐热抗冲击的PPR管材，其制备方法如下：
S51、以重量份数计准备原料：12kg无规共聚聚丙烯、2kg份低分子量聚丁烯、2kg水滑石、0.12kg抗氧化剂、0.34kg色母料；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2450，抗氧化剂为N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
S52、将2kg水滑石与2kg份低分子量聚丁烯使用混合机在3000r/min下混合3分钟，得到改性水滑石。
S53、将改性水滑石与12kg无规共聚聚丙烯、0.34kg色母料、0.12kg抗氧化剂使用混合机在520r/min下混合3分钟，得到混合物料。
S54、将混合物料使用双螺杆挤出机挤出得到PPR管材；挤出时，第一段挤出温度为180℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，口模温度为200℃，螺杆的转速为85r/min。
实施例6
本实施例提供了一种耐热抗冲击的PPR管材，其制备方法如下：
S61、以重量份数计准备原料：10kg无规共聚聚丙烯、2kg低分子量聚丁烯、3kg水滑石、0.15kg抗氧化剂、0.36kg色母料；其中，低分子量聚丁烯的数均分子量为2540，抗氧化剂为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。
S62、将3kg水滑石与2kg份低分子量聚丁烯使用混合机在2800r/min下混合3分钟，得到改性水滑石。
S63、将改性水滑石与10kg无规共聚聚丙烯、0.36kg色母料、0.15kg抗氧化剂使用混合机在550r/min下混合4分钟，得到混合物料。
S64、将混合物料使用双螺杆挤出机挤出得到PPR管材；挤出时，第一段挤出温度为185℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，口模温度为210℃，螺杆的转速为100r/min。
对比例
一种PPR管材，其制备方法如下：将10kg无规共聚聚丙烯，0.15kg抗氧化剂、0.36kg色母料使用混合机在500r/min下混合3分钟，得到混合物料，抗氧化剂为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯；将混合物料使用双螺杆挤出机挤出得到PPR管材；挤出时，第一段挤出温度为180℃，第二段挤出温度为190℃，第三段挤出温度为195℃，口模温度为200℃，螺杆的转速为80r/min。
对本发明实施例提供的耐热抗冲击的PPR管材进行性能检测。
制备实施例1、实施例2、...、实施例6提供的耐热抗冲击的PPR管材和对比例提供的PPR管材，并检测性能，结果如下表1所示。其中，参照GB/T1043.1-2008检测-20℃和23℃时各PPR管材的缺口冲击强度；参照GB/T1040.1-2006检测各PPR管材在23℃时的拉伸强度；参照GB/T1633-2000检测各PPR管材的维卡软化点；参照GB/T3682-2000检测各PPR管材的熔体质量流动速率(熔融指数)。表1实施例提供的耐热抗冲击的PPR管材与对比例中管材的性能指标
从上表可以看到，本发明实施例提供的耐热抗冲击的PPR管材具有抗冲击和抗拉伸能力强，耐高温的优点，且其低温脆性得到了很大的改善，同时该耐热抗冲击的PPR管材的制备原料成本低廉，制备工艺简单，适合大规模使用。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。