[发明专利]一种增强聚丙烯工业管材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强聚丙烯工业管材，能在温度-20～120℃输送酸、碱和盐类等腐蚀性介质。

本发明还涉及上述一种增强聚丙烯工业管材的制备方法。

背景技术

塑料管线膨胀系数高，这是在化工设计配管时最为头疼的一个问题，这一点和材料易蠕变共同造成管材连接容易泄露。由于普通塑料管的这些局限性使得化工设计部门在选择塑料管时极为谨慎。因为化工厂里的物料输送用的管道一旦破裂，其后果远比民用建筑及农业灌溉等领域发生类似情况严重得多。

聚丙烯在强度、耐热性、韧性、线膨胀系数等方面与工业用管道的需求存在一定差距，其长期使用温度低于80℃(见GB/T18742.1-2002)，这限制了其应用范围。

目前主要通过复合材料增强的方法解决这一问题。例如以均聚聚丙烯管为内衬、外缠玻璃纤维或其织物的增强塑料玻璃钢为加强层的复合管材及管件(简称PP/FRP管)，用于在-15～100℃间输送酸、碱、盐等腐蚀性介质(我国已有行业标准HG/T 21579-95)。以玻璃纤维(含量20士2％)增强均聚聚丙烯的颗粒料挤出成型的管材和模压成型的管件(简称为FRPP管)，能在温度-20～120℃输送酸、碱和盐类等腐蚀性介质(我国已有行业标准HG 20539-92)。前一种制备工艺复杂，成本较高；后一种的韧性不是太好，玻纤增强的成本亦比较高。这两种管道的成本较高，生产工艺复杂。

等规聚丙烯(iPP)的分子链均为3螺旋构型，晶体结构可形成α、β、γ、δ和拟六方态等五种。单斜晶系的α晶型最为稳定，目前商品化的iPP中主要为此类晶型，但其韧性较差，这也是通常聚丙烯(PP)抗冲击性能差的原因。β晶型属六方晶系，β晶型聚丙烯(βPPH)具有良好的冲击韧性，近年来因其在增韧及制造电容器粗化膜方面有独特性能而受到重视，已有商品化产品出现。

晶须是近年来发展起来的一种新型高性能针状单晶纤维增强材料。同传统的塑料用增强纤维如玻璃纤维、硼纤维、碳纤维相比，由于晶须尺寸细微，在聚合物中分散和结合状况良好，因此晶须增强的聚合物表面光洁度显著优于其他品种。晶须增强高分子材料已成为树脂基复合材料发展的新方向之一。

晶须的工业化应用最大的瓶颈在于其来源及生产成本，目前多数晶须需靠较为苛刻的合成方法制备，成本高、价格昂贵，一般只能在一些附加值特别高的高性能聚合物复合材料中应用。近年来一些天然的、开采成本低廉的晶须材料的出现为晶须的工业化应用提供了可能。其中硅酸钙镁晶须就是近年来新开发的一种无机盐晶须。硅酸钙镁晶须来源于一种天然透闪石，其分子式为Ca₂Mg₅[Si₈O₂₂](OH)₂·n{CaMg[Si₂O₆]·Mg₂[Si₂O₆]}，结构稳定，能够满足在聚合物中增强改性的要求。

通过硅酸钙镁晶须增强的β晶型聚丙烯材料在保持βPPH韧性好、β晶含量高、耐腐蚀性好的同时，也提高了材料的强度、刚性和耐热性。它综合了β晶型聚丙烯、增强聚丙烯的优点，用作工业管道具有明显的性能优势。其耐压强度、耐高温性能和耐腐蚀性能已完全能够满足化工生产管道输送的要求。

我国特有硅酸钙镁晶须生产成本低，与无机超细粉体的价格相当，完全可以大规模应用到高性能塑料管材中去。较之玻纤增强，这种晶须具有较大的成本优势。不仅如此，这种晶须的加入亦使材料成本下降。

由于硬脂酸镧具有β晶成核作用，因此用作晶须的表面处理能使晶须增强β晶型聚丙烯树脂保持较高的β晶含量。

考虑到硅钙镁晶须耐酸性较差，因此将管材设计成内外层材料为β晶型聚丙烯，中间层为晶须增强β晶型聚丙烯复合材料，以满足工业用管耐腐蚀要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种结晶度较高，韧性较好，同时耐热较好成本较低的增强聚丙烯工业管材的制备方法。

本发明所述的一种增强聚丙烯工业管材，包括外皮层(2)和内皮层(1)，在外皮层(2)和内皮层(1)之间复合挤压有增强层(3)，所述增强层(3)材料为硅钙镁晶须增强β晶型聚丙烯。所述外皮层(2)和内皮层(1)材料为β晶型聚丙烯。该管材能在温度-20～120℃输送酸、碱和盐类等腐蚀性介质。

所述增强层(3)所用的硅钙镁晶须增强β晶型聚丙烯复合料是由78～82％β晶型聚丙烯与18～22％活性硅钙镁晶须经双螺杆挤出机熔融、混炼、造粒、干燥而成。