本发明涉及一种具有不锈钢效果的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；另一方面，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效果，效果单一，影响美观。但是，目前在ppr管件制造领域，尚无一种低温韧性好且具有不锈钢效果的ppr管材的制备方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：为解决现有ppr管材低温韧性差、视觉效果单一的技术问题，提供一种具有不锈钢效果的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：
一种具有不锈钢效果的ppr管材的制备方法，包括如下步骤：
准备如下重量份的原料：ppr100份，不锈钢粉80-120份，酸性分散剂5-10份，碱性分散剂2-6份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶5-10份，聚丙烯纤维8-15份，偶联剂1-3份，抗氧剂1.3-3份；
配制酸性分散剂溶液和碱性分散剂溶液；
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聚丙烯纤维表面，烘干，冷却，得改性聚丙烯纤维；
将酸性分散剂溶液分布于不锈钢粉表面，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；
将ppr、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性不锈钢粉混合液，烘干，冷却，得到预混原料；
将预混原料和改性聚丙烯纤维加入挤出机中挤出造粒，得ppr管材。
优选地，所述酸性分散剂为十二烷酸、软脂酸、硬脂酸、十四酸、十八碳四烯酸、十八碳三烯酸中的至少一种，所述碱性分散剂为辛胺、月桂胺、油胺、十八胺中的至少一种。
优选地，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为0.5％-5％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度≥450mpa。
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；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。
优选地，所述硅烷偶联剂为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中的至少一种；所述钛酸酯偶联剂为三(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)]中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与硫代酯类抗氧剂的组合，所述受阻酚类抗氧剂与硫代酯类抗氧剂的质量比为1:0.5-2。
优选地，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，所述硫代酯类抗氧剂为硫代二丙酸双十八酯或季戊四醇(3-正癸基硫代丙酸酯)中的至少一种。
优选地，制得改性聚丙烯纤维的具体方法为：将聚丙烯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聚丙烯纤维在90-120℃下烘2-3小时，冷却至常温，即得改性聚丙烯纤维；制得改性不锈钢粉混合液的具体方法为：将不锈钢粉搅拌的同时雾化喷入酸性分散剂溶液，将喷有酸性分散剂溶液的不锈钢粉浸润至少0.5小时，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；制备预混原料的烘干方法为：在60-80℃下烘2-3小时。
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200-220℃，主机转速300-450r/min，喂料频率5-10r/min。
优选地，将预混原料和改性聚丙烯纤维加入挤出机的方法为：将预混原料从挤出机一区处的主加料口加入，将改性聚丙烯纤维从挤出机四区或五区处的侧加料口加入。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制备的ppr管材于100重量份的ppr中加入15-30份的不锈钢粉既可以使ppr管材产生良好的不锈钢效果，又可避免不锈钢粉过量导致的ppr管材脆化加重的问题，保证ppr管材的良好韧性。
(2)本发明制备ppr管材的制备方法先将酸性分散剂溶液分布于不锈钢粉表面，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，可使酸性分散剂先与不锈钢粉表面的碱性部分，再使碱性分散剂与不锈钢粉表面的酸性部分起作用，使酸性分散剂和碱性分散剂先后有效地吸附在不锈钢粉表面，与单独使用酸性分散剂或碱性分散剂以及将不锈钢粉加入酸性分散剂和碱性分散剂的混合溶液(酸性分散剂和碱性分散剂发生中和现象)的方法相比，本发明的方法更能够抑制不锈钢粉的团聚，最终使不锈钢粉均匀分布于ppr基体中，使ppr管材各个部位的不锈钢效果一致。
(3)加入马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和聚丙烯纤维能够在ppr管材的增韧减脆方面起到协同作用，有效提高ppr管材的耐低温性能，改善ppr管材在低温下的脆化现象，大幅度增强ppr管材的力学性能，有效抵抗ppr管材受到外力冲击或者重压时的开裂。
(4)加入硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂能够改善聚丙烯纤维与ppr基体的相容性，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。
(5)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。
(6)聚丙烯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，将改性聚丙烯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，改性聚丙烯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，能够有效提高聚丙烯纤维纤维的效能。
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不锈钢效果的ppr管材的制备方法，包括如下步骤：
准备如下重量份的组分：ppr100份，400目的不锈钢粉22份，酸性分散剂8份，碱性分散剂3份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶7份，聚丙烯纤维8份，偶联剂1份，抗氧剂2份；所述酸性分散剂为十二烷酸，所述碱性分散剂为辛胺，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为0.5％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度为500mpa，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)丙酸十八碳醇酯和硫代二丙酸双十八酯；
用甲醇配制重量百分含量为20wt％的酸性分散剂溶液，用乙醇配制重量百分含量为15wt％的碱性分散剂溶液；
配制乙醇配制重量百分含量为20wt％的偶联剂溶液,并将其ph值调成4.5；
将聚丙烯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聚丙烯纤维在90℃下烘3小时，冷却至常温，即得改性聚丙烯纤维；
将不锈钢粉搅拌的同时雾化喷入酸性分散剂溶液，将喷有酸性分散剂溶液的不锈钢粉浸润0.5小时，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；
将ppr、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性不锈钢粉混合液，然后在60℃下烘3小时，冷却至常温，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，将改性聚丙烯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不锈钢效果的ppr管材的制备方法，包括如下步骤：
准备如下重量份的组分：ppr100份，800目的不锈钢粉15份，酸性分散剂5份，碱性分散剂2份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶5份，聚丙烯纤维10份，偶联剂2份，抗氧剂1.3份；所述酸性分散剂为软脂酸，所述碱性分散剂为月桂胺，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为2.5％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度为450mpa，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1:2的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和季戊四醇(3-正癸基硫代丙酸酯)；
用乙醇配制重量百分含量为20％的酸性分散剂溶液和重量百分含量为20％的碱性分散剂溶液，；
用水配制重量百分含量为10％的偶联剂溶液,并将其ph值调成4；
将聚丙烯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聚丙烯纤维在120℃下烘2小时，冷却至常温，即得改性聚丙烯纤维；
将不锈钢粉搅拌的同时雾化喷入酸性分散剂溶液，将喷有酸性分散剂溶液的不锈钢粉浸润0.5小时，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；
将ppr、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性不锈钢粉混合液，然后在80℃下烘2小时，冷却至常温，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，将改性聚丙烯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不锈钢效果的ppr管材的制备方法，包括如下步骤：
准备如下重量份的组分：ppr100份，600目的不锈钢粉30份，酸性分散剂10份，碱性分散剂5份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶10份，聚丙烯纤维12份，偶联剂3份，抗氧剂3份；所述酸性分散剂为硬脂酸，所述碱性分散剂为油胺，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为5％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度为500mpa，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1:1的4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯与硫代二丙酸双十八酯；
用乙醇分别配制质量百分含量为30％的酸性分散剂溶液和质量百分含量为30％的碱性分散剂溶液；
用乙醇分别配制质量百分含量为30％的偶联剂溶液,并将其ph值调成5；
将聚丙烯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聚丙烯纤维在100℃下烘2.5小时，冷却至常温，即得改性聚丙烯纤维；
将不锈钢粉搅拌的同时雾化喷入酸性分散剂溶液，将喷有酸性分散剂溶液的不锈钢粉浸润1小时，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；
将ppr、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性不锈钢粉混合液，然后在70℃下烘2.5小时，冷却至常温，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，将改性聚丙烯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不锈钢效果的ppr管材的制备方法，包括如下步骤：
准备如下重量份的组分：ppr100份，500目的不锈钢粉20份，酸性分散剂7份，碱性分散剂2份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶9份，聚丙烯纤维10份，偶联剂1.5份，抗氧剂1.5份；所述酸性分散剂为十四酸，所述碱性分散剂为十八胺，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为2％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度为450mpa，所述偶联剂为四辛氧基钛[二(十三烷基亚磷酸酯)]，所述抗氧剂为质量比为1:0.5-2的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和季戊四醇(3-正癸基硫代丙酸酯)；
用乙醇分别配制质量百分含量为30wt％的酸性分散剂溶液和质量百分含量为20wt％的碱性分散剂溶液；
用乙醇配制质量百分含量为30wt％的偶联剂溶液,并将其ph值调成4.8；
将聚丙烯纤维搅拌混合的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的聚丙烯纤维在100℃下烘3小时，冷却至常温，即得改性聚丙烯纤维；
将不锈钢粉搅拌混合的同时雾化喷入酸性分散剂溶液，将喷有酸性分散剂溶液的不锈钢粉浸润0.5小时，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；
将ppr、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性不锈钢粉混合液，然后在80℃下烘2小时，冷却至常温，得到预混原料；
将预混原料和改性聚丙烯纤维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不锈钢效果的ppr管材的制备方法，包括如下步骤：
准备如下重量份的组分：ppr100份，600目的不锈钢粉25份，酸性分散剂9份，碱性分散剂6份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶8份，聚丙烯纤维15份，偶联剂3份，抗氧剂2份；所述酸性分散剂为十八碳四烯酸，所述碱性分散剂为辛胺，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为3％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度为600mpa，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的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和硫代二丙酸双十八酯；
用石油醚配制质量百分含量为30％的酸性分散剂溶液，用乙醇配制质量百分含量为30％的碱性分散剂溶液；
用水配制质量百分含量为30％的偶联剂溶液,并将其ph值调成4.5；
将聚丙烯纤维搅拌混合的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的聚丙烯纤维在100℃下烘2.5小时，冷却至常温，即得改性聚丙烯纤维；
将不锈钢粉搅拌混合的同时雾化喷入酸性分散剂溶液，将喷有酸性分散剂溶液的不锈钢粉浸润1小时，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；
将ppr、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性不锈钢粉混合液，然后在70℃下烘2.5小时，冷却至常温，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，将改性聚丙烯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。
实施例6
本实施例提供一种具有不锈钢效果的ppr管材的制备方法，包括如下步骤：
准备如下重量份的组分：ppr100份，600目的不锈钢粉25份，酸性分散剂9份，碱性分散剂5份，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶9份，聚丙烯纤维12份，偶联剂3份，抗氧剂3份；所述酸性分散剂为十八碳三烯酸，所述碱性分散剂为月桂胺，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为5％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度为450mpa，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1:1的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和硫代二丙酸双十八酯；
用石油醚配制质量百分含量为30％的酸性分散剂溶液，用乙醇配制质量百分含量为30％的碱性分散剂溶液；
用水配制质量百分含量为30％的偶联剂溶液,并将其ph值调成4.3；
将聚丙烯纤维搅拌混合的同时雾化喷入偶联剂溶液，然后将表面浸润有偶联剂的聚丙烯纤维在110℃下烘3小时，冷却至常温，即得改性聚丙烯纤维；
将不锈钢粉搅拌混合的同时雾化喷入酸性分散剂溶液，将喷有酸性分散剂溶液的不锈钢粉浸润1小时，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂溶液，得改性不锈钢粉混合液；
将ppr、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、抗氧剂搅拌混合的同时喷入改性不锈钢粉混合液，然后在70℃下烘2.5小时，冷却至常温，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，将改性聚丙烯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6的不同仅在于，ppr管材中含有21重量份马来酸酐接枝三元乙丙橡胶，无聚丙烯纤维。
对比例2
与实施例6的不同仅在于，ppr管材中含有21重量份聚丙烯纤维，无马来酸酐接枝三元乙丙橡胶。
对比例3
与实施例6的不同仅在于，ppr管材中含有14重量份酸性催化剂，无碱性催化剂。
对比例4
与实施例6的不同仅在于，ppr管材中含有14重量份碱性催化剂，无酸性催化剂。
对比例5
与实施例6的不同仅在于，制备改性不锈钢粉混合液的方法为：将不锈钢粉加入酸性分散剂溶液和碱性分散剂溶液的混合溶液中，得改性不锈钢粉混合液。
本发明对实施例1～6和对比例1-2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；断裂伸长率：iso527/2-93。测试结果见表1。
表1具有不锈钢效果的ppr管材的制备方法的性能指标
通过观察实施例1～6的ppr管材的外表面可以看出ppr管材均具有良好的不锈钢金属效果，通过实施例1～6的ppr管材的性能测定结果可以看出，本发明的具有铝金属效果的ppr管材韧性好，具有良好的耐低温性能和力学性能。
通过实施例6和对比例1-2的ppr管材进行性能测定结果的对比可以看出：加入马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和聚丙烯纤维能够在ppr管材的增韧减脆方面起到协同作用，能够有效提高ppr管材的韧性，改善ppr管材在低温下的脆化现象，有效抵抗ppr管材受到外力冲击或者重压时的开裂，而单独使用马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或聚丙烯纤维，增韧减脆效果会大打折扣。
通过观察实施例6和对比例3-4的ppr管材的外表面可以看出：先将酸性分散剂吸附于不锈钢粉表面，然后将吸附有酸性分散剂的不锈钢粉加入碱性分散剂中，可使不锈钢粉均匀分布于ppr基体中，使ppr管材各个部位的不锈钢效果一致，而单独使用酸性分散剂或碱性分散剂或将不锈钢粉加入酸性分散剂和碱性分散剂的混合溶液中都会使ppr管材表面的不锈钢效果不均匀，另外，由此制备的ppr管件在不锈钢粉聚集的部位会出现局部脆化加重、韧性差的现象。
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。