【管道百科】PP-R管材增强增韧改性的方法

1、前言

聚丙烯(PP)作为通用塑料的一个品种,原料来源丰富、价格低廉,具有较好的综合性能,加工性能好,屈服强度、拉伸强度及弹性模量均较高。

2、玻纤增强PP-R(MF-PPR)管材研究

2.1 MF-PPR简介

MF-PPR管材是一种玻璃纤维增强三层共挤的PP-R管材。其中间层采用玻璃纤维改性聚丙烯为主要原料,内外层采用无规共聚聚丙烯压力管道专用料,三层由外到内的比例为2:5:3,三层复合一体,界线分明,共同承压。

图1MF-PPR结构示意图

产品性能执行建设行业标准CJ/T258-2007《纤维增强无规共聚聚丙烯复合管》。

2.2 中间改性层——玻纤改性聚丙烯的研究

采用自制的聚丙烯接枝马来酸酐与乙烯/辛烯共聚物,在双螺杆造粒机中挤出玻纤增强PP-R材料,这种方法不仅保持了玻纤增强PP-R材料的机械性能,同时使玻纤增强PP材料的冲击强度大幅度提高。

2.2.1 主要原材料

PP-R:T4400;

PP-g-MAH聚丙烯接枝马来酸酐;

GF:EC13;

POE乙烯/辛烯共聚物:8150DOW;

MAH顺丁烯二酸酐;

DCP:过氧化二异丙苯;

抗氧剂:B215。

2.2.2 设备及仪器

双螺杆挤出机;注塑机;万能电子拉力试验机;塑料摆锤冲击试验机;熔体流动速率仪;恒温干燥试验箱。

2.2.3 试样制备

接枝物PP-g-POE-MAH的制备:将一定比例的PP-R、POE及1.2%MAH和其他助剂在高速混合机中混合后,160-190℃下用双螺杆挤出机挤出造粒,制得接枝物PP-g-POE-MAH。

玻纤增强PP-R的制备:将PP-R及其他辅料、助剂等按比例加入高速混合机内混合,从双螺杆挤出机的主加料装置定量加入该共混料,然后加入定量无碱化玻璃纤维,与熔化的混合物料共混、挤出、冷却、切粒。

试制制备:按测试标准中有关规定在注塑机上注塑标准试样。

2.2.4 性能测试

拉伸性能、弯曲性能、冲击性能分别按GB/T1040、GB/T9341和GB/T1043进行测试;扫描电子显微镜(SEM)观察,将试样放入低温箱中处理,冲断,对断面真空镀金,用SEM观察断面玻璃纤维的外壁情况。

2.2.5 结果与讨论

2.2.5.1 接枝物PP-g-POE-MAH对玻纤增强PP-R材料性能的影响:接枝物对玻纤增强PP抗冲击性能贡献极大,加入自制的接枝物的各项性能优于加入市售PP-g-MAH的玻纤增强PP。

图2 玻璃纤维用量对玻纤增强PP力学性能的影响

2.2.5.2接枝物PP-g-POE-MAH含量对玻纤增强PP性能的影响:随着PP-g-POE-MAH含量的增加,复合材料的抗冲击、拉伸、弯曲性能均呈现先快速上升后趋于平缓的变化趋势。

图3PP-g-POE-MAH含量对玻纤增强PP力学性能的影响

2.2.5.3PP与玻璃纤维的界面情况:PP-g-POE-MAH的玻纤增强PP材料,树脂基体与玻纤黏结在一起,基体孔洞较少,分布均匀,说明玻纤的增强作用与POE的增韧作用得到了充分发挥。

图4玻璃纤维表面的SEM照片

2.2.6 结论

加入自制的PP-g-POE-MAH后,玻纤增强材料的拉伸、弯曲、抗冲击性能得到明显提高;在30%的GF的玻纤增强体系中,PP-g-POE-MAH的最佳添加比例为8%,综合性能优良且性价比高。

3、BETA-PPR管材专用料的研究与分析

3.1 实验

3.1.1 主要原料

PP-R:牌号T4400,独山子石化;

β成核剂:NT-C南京化工大学提供(粉料);

WBG-II自制(粉料);

WBG-M自制(粒料)。

3.1.2 实验设备

电子秤:ME103;密度计:固体视密度计;冲击试验机;万能电子拉力试验机;DSC:TAQ2000;混合装置:DFY-300A;开炼机:TR-502CD;转矩流变仪:JSS-300;双螺杆挤出机;注塑机:90F2V。

3.1.3 样品制备

将PPR、β成核剂在23℃恒温室处理24h后,按一定配比,混合均匀后充分干燥。

a.用注射机注塑成标准试样。

注射压力为50bar,机身温度180-220℃,注射口模温度为230℃。

b.采用转矩流变仪进行试验。

实验条件:220℃,45rpm转速。5min后每隔2-3min取样一次。

c.采用双辊开炼机压片。

实验条件:双辊温度220℃,间距0.3mm。

d.采用双螺杆试验机挤出。

实验条件:机身温度180-220℃模具温度230-240℃,主机转速100Rpm,转矩90Nm,加料速度1.2Rpm。

3.1.4 性能测试

冲击性能按GB/T1843进行测试;

拉伸性能按GB/T1040进行测试,拉伸速率为50mm/min;

DSC:采用TA差示扫描量热仪。

3.2 结果与分析

3.2.1 成核剂对PPR性能的影响

采用一定比例的成核剂粉料,成核剂粒料和粉料分别改性PP-R,注塑成样条后,对所得体系的力学性能和熔点等进行测定。

表1

3.2.2 DSC分析

分析方法:1):数据存储:关闭;2):以20.00℃/min变至220.00℃;3):恒温5.00min;4):以10.00℃/min变至40.00℃;5):恒温5.00min;6):数据存储:开启;7):以10.00℃/min变至220.00℃;8):结束。

图5 不同厂家成核剂对比,可以看出,加了成核剂后,明显出现了双峰

图6 不同的方法制样成核效果的差异,可以看出注塑成核效果最佳

图7 某公司的成核剂加入比例,可见5%效果最好,加到8%后,成核效率反而会下降

图8 β晶含量明显高于α晶

1)制样方法对比:a.采用注塑方法制样,成核效果最明显;b.其次是转矩流变仪;c.粉料与粒料的混合效果不理想。

3.3 结论

DSC分析:a.成核剂对PP-R具有成核促进作用,成核剂加入后,明显加速了β晶的成核;b.成核效果较好的加入最佳比例为5%;c.成核剂的添加量在一定范围内有成核提升作用,其不同用量所引起的β晶型和结晶度的变化也不同。

来源:中国塑协

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