摘要：PP-R（无规共聚聚丙烯）具有节能，环保，卫生，重量轻，耐腐蚀性强，无污染，易施工和维护，使用寿命长等优点。是一种极具成本效益的管道产品。当然，与所有其他类型的管道一样，PP-R管道产品也存在一些缺点，尤其是PP-R管道的低温脆性，这严重限制了PP-R管道的适用性。添加PP-B（嵌段共聚聚丙烯），β晶体成核剂和碳酸钙对PP-R低温冲击性能的影响结果表明添加PP-B、β晶体成核剂和碳酸钙可以有效提高PP-R管在低温下的抗冲击性能。
关键词：PP－Ｒ；管材；低温；冲击
前言
普通聚丙烯已经用于制造管道数十年，但由于其耐温性和抗蠕变性差，因此尚未广泛使用。多年来，为了解决抗蠕变性和低温抗冲击性的缺点，国内外专家对聚丙烯管材进行了大量的研究和开发工作，先后开发了三代聚丙烯管材。第一代是通过均聚聚丙烯和添加一定量的增韧助剂制成的，它在ISO和德国标准中称为PP-H；第二代是由PP和PE嵌段共聚合制成的，它被称为PP-B；第三代是无规共聚物（乙烯含量3％~5％），与丙烯和乙烯共聚。无规共聚聚丙烯（PP-R）挤出的PP-R管具有良好的抗冲击性，耐温性，抗蠕变性和热熔焊接性能。作为一种环保型水管材料，它逐渐成为投资的热点，广泛应用于建筑冷热水，纯净水供应，供暖和一般工业流体管道。然而，由于PP基材的结构原因，低温脆性差。短时间的耐环境开裂时间和低冲击强度等因素限制了北方PP-R的发展。本文研究了管道的低温性能，通过调整其含量，补充了不同树脂的性能优势，消除了各单组分聚合物性能的不足，获得了综合性能优异的材料，这样就可以使PP-R管使用范围更加广泛。
1 实验部分
1.1原材料
PP-R是韩国晓星的R200P；PP-B是茂名石化的EPS30R；成核剂是广州的β-晶成核剂。
1.2成核剂母粒制备
将PP-R与一定比例的成核剂和碳酸钙一起放入混合器中，加入少量扩散油，在混合器中高速搅拌5分钟，均匀分散，然后用造粒机取出造粒。
1.3 PP－Ｒ管材加工
把PP-R、PP-B、成核剂母料，自制色母料按一定比例称重，混合时间约20分钟。在混合完成后，将其通过挤出机挤出。将三重水槽冷却并在室温下测试24小时。
1.4落锤冲击测试
金建管材落锤冲击试验机按GB/T14152-2001使用。试验温度为（0±1）℃，落锤重量为1.0kg，落下高度为1.0m。TIR是真实冲击率，冲击破坏总数除以冲击总数，以百分数表示。
2 结果与讨论
2.1填加PP－B对管材冲击性能的影响
随着PP-B树脂含量的增加，管材的冲击性能显着提高。这是因为PP-B是由均聚丙烯PP-H和/或PP-R与橡胶相形成的两相或多相共聚物。橡胶相可以吸收冲击能量并改善管道的低温冲击性能。但是，添加PP-B会降低管材的强度和使用寿命。PP-B具有最佳的颜料分散性，无污渍或条纹；其次，它添加了PE母料，但有轻微的颜料结块；PP-B母料同时含有多种污渍（严重的颜料结块），当母料的质量分数为2％时，PE和PP-B管的最高熔融峰温度高于PP-R管的熔融峰温度和PE母料的熔融温度，熔化焓和结晶度在管道中的焓是最高的，因为除了异相成核外，PE的熔点低于PP-R。在管子结晶过程中，未结晶的PE熔融状态介于PP分子之间，使PP分子链更容易移动，PP晶体更完美，结晶度更高，熔点更高。
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2.2填加β成核剂对管材冲击性能的影响
在添加β成核剂后，管的冲击性能得到改善，这是由β晶体的结构引起的。PP-R通常产生α晶体，α球晶晶体尺寸大，球晶间界面清晰，界面处容易产生应力集中，裂纹容易沿球晶边界扩散，引起材料脆性断裂。导致材料破裂，裂缝更容易膨胀，导致PP-R管破裂。加入β成核剂后，在材料中形成大量β晶体，β晶体的多孔晶体区域具有大量由连续分子链连接形成的延伸链段，并且没有明确的球晶之间的边界，外力被拉伸或受到冲击时，由于银条纹之间的应力场的相互干扰，应力被分散，从而防止进一步发展成裂缝，这样的改善该材料的低温冲击性能。
2.3填充CaCO3对管材冲击性能的影响
在成核剂母料中加入30％碳酸钙后，管道的低温冲击性能得到改善。这是因为在添加碳酸钙之后，一部分成核剂被涂覆在碳酸钙的表面上，促进成核剂在基质中的分散，可以降低成核剂凝聚的可能性，并且成核剂也负载在碳酸钙的表面上。碳酸钙的加入增加了β成核剂的成核作用，从而改善了管的低温冲击性能。
2.4成核剂对管材料低温性能的影响
当聚丙烯低于玻璃化转变温度时，结晶度对脆性有很大影响；当结晶度增加时，分子链的柔韧性降低，分子链排列趋于紧密，孔隙率降低。结晶对聚合物力学性能的影响也与尺寸密切相关。球粒即使结晶度相同，成核剂的尺寸和数量对聚丙烯的结晶行为也有显着影响。许多物质可用作聚丙烯的成核剂。不同的成核剂具有不同的成核作用。通过添加成核剂，加速了聚丙烯的结晶，细化了晶粒结构，提高了聚丙烯的物理性能，这是近年来高性能聚丙烯发展和高透明度的简单有效方法。成核剂通过改变聚丙烯的结晶形式来影响它们的物理和机械性能。在混合树脂和其他建议的条件下，研究了成核剂对材料的低温性能的影响。随着成核剂母料的添加量，材料的低温脆化温度首先降低然后升高。在9％时，达到最低值然后逐渐增加。不同成核剂含量下管材的晶体形态的显微照片如下所示。加入的成核剂增加，球晶尺寸趋于Bes。随着母料（包括成核剂）的加入，不同尺寸的球晶对管材低温性能的影响增大，球晶得到精制，有利于提高低温性能和最低后的量。另外，球晶尺寸趋于稳定，有利于冲击强度的因素。
3 PP-Ｒ复合材料微观结构分析
在PP-R中加入改性剂后，断裂相对粗糙；而纯PP-R断裂是光滑的，这是典型的脆性断裂，PP-R材料的冲击韧性较低，则从断裂特性来看，没有平整步骤，不同的孔分布。当材料不同时，还有台阶和孔。形成这些不均匀的台阶和孔以吸收大量的冲击吸收功。PE色母粒和PP-B色母粒PP-R色母粒在管材中分散性差，使管材有较多的微观缺陷，导致管材的低温冲击性能差。PP-R色母粒和管材PP-R树脂相容性优于PE色母粒和PP-B色母粒，PP-R具有良好的耐低温性。
结束语
总之，通过添加PP-B或β晶体成核剂可以改善PP-R管的低温脆性。在β晶体成核剂母料中填充碳酸钙可以改善成核效果并在低温下改善管道。添加增韧剂极大地改变了PP-R管材料的低温冲击强度。随着增韧剂含量的增加，低温性能得到显着改善。随着母料（包括成核剂）含量的增加，球晶逐渐细化，韧性提高，PP-R管材料的低温脆化温度降低。当添加量为9％时，低温脆化温度非常大。此时的值是最佳的低温性能。
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论文作者:王亚敏,韦立
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
标签：成核论文; 低温论文; 性能论文; 管材论文; 聚丙烯论文; 晶体论文; 碳酸钙论文; 《基层建设》2018年第34期论文;