一種多層聚丙烯管材的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多層聚丙烯管材，包括至少兩層聚丙烯層。采用同種材或相互熔接的相近材料，使至少兩層熔融態(tài)聚丙烯塑料層共擠相熔成管坯，在多層共擠時，各層內(nèi)外表面部分結(jié)晶度高，相互熔接成一體后，提高了整體結(jié)晶度；同時，在管材真空定型后采用塑料管圓整消應(yīng)力裝置進(jìn)行徑向圓整變形，消除管材多層共擠工藝的軸向結(jié)晶趨勢形成的方向性應(yīng)力積聚；融合不同類型聚丙烯材料的性能，尤其增強(qiáng)韌性，減輕低溫脆性，降低建筑給水聚丙烯管道在冬季施工時的損傷風(fēng)險；至少兩層聚丙烯層中分別添加了色母粒和/或功能助劑，實(shí)現(xiàn)了各種特定顏色和功能。本實(shí)用新型又能保持管材基本性能和安裝所要求的較小直徑不圓度，更適合家庭給水管道二次改裝。
【專利說明】一種多層聚丙烯管材

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種多層聚丙烯管材，屬于聚丙烯管材【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的聚丙烯管材按材質(zhì)分為三類，均聚聚丙烯(PP-H)管材、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)管材和無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)管材。該三類管材各有特點(diǎn)，均聚聚丙烯(PP-H)材料由單一聚丙烯單體聚合而成，其分子鏈的規(guī)整度很高，因此其結(jié)晶度高、耐沖擊性能差，適合強(qiáng)度要求較高的工業(yè)用管。嵌段共聚聚丙烯(PP-B)材料的乙烯含量較高，一般為7-15%，在分子序列中，兩個乙烯單體及三個單體連接在一起的概率非常高，這些以嵌段形式存在的乙烯鏈段使材料的沖擊強(qiáng)度得到了很大的改善，但由于不能將PP-H分子鏈的等規(guī)度降低，材料的結(jié)晶度、熔點(diǎn)和耐熱性能不能得到根本改善，較適合建筑給水中的冷水輸送。無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)由丙烯單體和少量乙烯單體(3% -5% )在加熱、加壓和催化劑作用下共聚得到的，這些乙烯單體隨機(jī)地分布到丙烯長鏈中，降低了聚合物的結(jié)晶度、熔點(diǎn)，改善了沖擊性能和耐熱性能，適合建筑給水中的冷熱水輸送。PP-R材料耐熱性能比PP-B材料好，PP-B材料耐低溫脆性比PP-R材料好。
[0003]由于PP-R材料同時改善了相比PP-H的沖擊性能和相比PP-B的耐熱性能，成為建筑冷熱水輸送管道的首選材料，同時用于冷水輸送和熱水輸送。PP-R管道在家庭給水管道二次改裝市場已成為家裝管道的代名詞。但PP-R管材還是存在固有的不足之處，在冬天較低溫度(5°C左右)下，其抗沖擊性能較低，此時連接安裝，易受外力沖擊而開裂，尤其是口端易產(chǎn)生微裂紋，在后續(xù)的加熱熔接時產(chǎn)生微裂紋擴(kuò)展，現(xiàn)場試壓驗(yàn)收不易發(fā)現(xiàn)，造成管道在使用過程的滲漏隱患?！督ㄖo水聚丙烯管道工程技術(shù)規(guī)范》GB/T50349-2005規(guī)定，在冬季施工時，應(yīng)注意建筑給水聚丙烯管道的低溫脆性的特點(diǎn)，該特點(diǎn)主要特指PP-R的低溫脆性特點(diǎn)。
[0004]現(xiàn)在很多應(yīng)用的PP-R管道需要同時具備多種功能，如增強(qiáng)、遮光、抗菌、獨(dú)特色彩等，普通的PP-R單層管難以實(shí)現(xiàn)上述的多種功能，需要一種多層的聚丙烯管材，分別添加色母粒和/或功能助劑，其主材料又完全相同或相近，可以相互熔接成一體，可以分別實(shí)現(xiàn)了上述獨(dú)特功能。
[0005]這種多層聚丙烯管材不僅需要滿足PP-R的基本性能和安裝所要求的較小直徑不圓度，還實(shí)現(xiàn)同時具備增強(qiáng)、遮光、抗菌、獨(dú)特色彩等多種功能，又能減輕PP-R的低溫脆性特點(diǎn)，增強(qiáng)韌性，降低建筑給水聚丙烯管道在冬季施工時的損傷風(fēng)險。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供了一種韌性強(qiáng)、低溫脆性小、耐熱性能好、耐沖擊性能好的多層聚丙烯管材，解決了目前的PP-R管材在冬天較低溫度下，其抗沖擊性能較低，易受外力沖擊而開裂，尤其是口端易產(chǎn)生微裂紋，造成管道在使用過程的滲漏隱患問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種多層聚丙烯管材，其特征在于，包括至少兩層聚丙烯層。
[0008]優(yōu)選地，各層所述的聚丙烯層的壁厚比率均為10%?90%。
[0009]優(yōu)選地，所述的至少兩層聚丙烯層包括外層聚丙烯層和內(nèi)層聚丙烯層。
[0010]優(yōu)選地，所述的至少兩層聚丙烯層均為同種聚丙烯層。
[0011]優(yōu)選地，所述的至少兩層聚丙烯層為相互熔接的不同種聚丙烯層。
[0012]本實(shí)用新型由多層共擠模具將同種或相互熔接的不同種聚丙烯材料實(shí)施多層共擠相熔，使至少兩層熔融態(tài)聚丙烯層共擠相熔成管坯，經(jīng)真空定徑后，再經(jīng)過塑料管圓整消應(yīng)力裝置進(jìn)行直徑圓整和軸向應(yīng)力消減而成。融合不同類型聚丙烯材料的性能，尤其增強(qiáng)韌性，減輕低溫脆性，耐熱性能好，耐沖擊性能好，降低建筑給水聚丙烯管道在冬季施工時的損傷風(fēng)險。
[0013]本實(shí)用新型不僅使得其強(qiáng)度、剛度和韌性得到增強(qiáng)，還可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)各層的特定功能。該管材采用同種或相互熔接的相近聚丙烯材料，在多層共擠時，各層內(nèi)外表面部分結(jié)晶度高，相互熔接成一體后，提高了整體結(jié)晶度；同時，在管材真空定型后采用塑料管圓整消應(yīng)力裝置進(jìn)行徑向圓整變形，消除管材多層共擠工藝的軸向結(jié)晶趨勢形成的方向性應(yīng)力積聚，其極限破壞形狀為接近球形的鼓泡破口，顯著區(qū)別于普通管的軸向環(huán)形鼓泡破口或軸向開裂；每層還可以添加不同的色母粒和/或功能助劑，實(shí)現(xiàn)管材多層多色和/或多功能。可以適應(yīng)日漸多樣化的市場需求，可以給冬天較低溫度(5°C左右)下安裝施工提供更多保障，提供更多的如抗菌、剛性增強(qiáng)、遮光等附加功能，又能保持管材基本性能和安裝所要求的較小直徑不圓度，更適合家庭給水管道二次改裝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為多層聚丙烯管材的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為多層聚丙烯管材的加工示意圖。
[0016]其中:I為多層聚丙烯管材，2為外層聚丙烯層，3為內(nèi)層聚丙烯層，4為塑料管圓整消應(yīng)力裝置，5為多層共擠模具，6為輔擠塑機(jī)，7為傳統(tǒng)的主擠塑機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本實(shí)用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0018]本實(shí)用新型為一種多層聚丙烯管材，如圖1所示，其包括至少兩層聚丙烯層，各層聚丙烯層的壁厚比率均為10%?90%，其可以通過調(diào)整加工參數(shù)實(shí)現(xiàn)。至少兩層聚丙烯層包括外層聚丙烯層2和內(nèi)層聚丙烯層3，在外層聚丙烯層2和內(nèi)層聚丙烯層3之間可以添加其他類型的聚丙烯層。在加工時，各層聚丙烯層相熔成一體。
[0019]該多層聚丙烯管材I的各層聚丙烯層可以是同種聚丙烯層，如無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)層；也可以是相互熔接的不同種聚丙烯層，如無規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)層和嵌段共聚聚丙烯(PP-B)層等各種型號的聚丙烯層。
[0020]該多層聚丙烯管材I采用多層熱塑性塑料管的加工方法，使至少兩層熔融態(tài)聚丙烯塑料層共擠相熔成管坯，經(jīng)真空定徑后，再經(jīng)過塑料管圓整消應(yīng)力裝置進(jìn)行直徑圓整和軸向應(yīng)力消減而成。
[0021]該多層聚丙烯管材I的各層聚丙烯層的材料中分別添加了色母粒和/或功能助齊U，實(shí)現(xiàn)了各種特定顏色和功能，并能滿足聚丙烯管材的基本性能。
[0022]該多層聚丙烯管材I使用同種材料時，強(qiáng)度得到增強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)20°C靜液壓應(yīng)力增加5%?20%，95°C靜液壓應(yīng)力增加10%?30%;使用PP-R層和PP-B層相熔時，其優(yōu)良的耐熱性能和耐低溫脆性得到融合，實(shí)現(xiàn)0°C落錘高度增加1.5倍以上。
[0023]該多層聚丙烯管材I采用塑料管圓整消應(yīng)力裝置4進(jìn)行了徑向擠壓變形，消除管材多層共擠工藝的軸向結(jié)晶趨勢形成的方向性應(yīng)力積聚，其極限破壞形狀為接近球形的鼓泡破口，顯著區(qū)別于普通管的軸向環(huán)形鼓泡破口或軸向開裂。
[0024]這種多層聚丙烯管材I可以在傳統(tǒng)塑料管材擠出工藝基礎(chǔ)上，采用熱塑性塑料共擠相熔工藝、直徑圓整和應(yīng)力消減處理，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、剛度和韌性得到增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)各層的特定功能，同時保留了材料的其他優(yōu)越性能。
[0025]該多層聚丙烯管材I可以采用至少兩臺擠塑機(jī)(即輔擠塑機(jī)6和傳統(tǒng)的主擠塑機(jī)7)分別擠出熔融態(tài)的所需聚丙烯團(tuán)，在多層共擠模具5中均勻分層、共擠相熔成型。同種聚丙烯或多種聚丙烯在其熔融態(tài)時，控制合適的熔體溫度和熔體壓力，可以很好地共擠相熔；該熔體溫度在各種聚丙烯熔點(diǎn)溫度(140°C?165°C )以上，在其成品管道熔融連接溫度(260°C?280°C)以下，可以較容易控制；同時由于每層管坯的內(nèi)外表面的材料比內(nèi)部接受更多的熱量和摩擦力，分子結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，其結(jié)晶度較高，故多層共擠相熔后的整體結(jié)晶度得到提高，增強(qiáng)了力學(xué)性能。
[0026]該多層聚丙烯管材I各層使用不同種聚丙烯材料時，可以融合多種聚丙烯材料的優(yōu)點(diǎn)，減輕其不足。如PP-R和PP-B聚丙烯共擠相熔，就可以融合實(shí)現(xiàn)PP-R的優(yōu)良耐熱性能和PP-B的優(yōu)良耐低溫脆性。
[0027]該多層聚丙烯管材I可以使用至少兩臺擠塑機(jī)進(jìn)行擠塑成型，每臺分別添加色母粒和/或功能助劑；同時由于每臺擠塑機(jī)的擠出量減少，聚丙烯材料塑化更完整，所添加的色母粒和/或功能助劑分布更均勻，加工過程對材料的影響更小；在實(shí)現(xiàn)特定顏色和附加功能的同時，可以更好地保留材料的優(yōu)越性能。
[0028]該多層聚丙烯管材I在真空定徑后，可以使用塑料管圓整消應(yīng)力裝置4進(jìn)行直徑圓整和軸向應(yīng)力消減。該裝置可以借鑒薄壁金屬管的圓整原理，對多層聚丙烯管材I在彈性變形溫度區(qū)域進(jìn)行徑向變形，在圓整其直徑的同時，可以消除管材多層共擠工藝的軸向結(jié)晶趨勢形成的方向性應(yīng)力積聚。
[0029]這種多層聚丙烯管材I在傳統(tǒng)塑料管材擠出工藝基礎(chǔ)上，采用多層熱塑性塑料共擠相熔工藝、直徑圓整和應(yīng)力消減處理，整個加工過程中分連續(xù)在線的9個工步(如圖2所示):
[0030]I)將原料輸送進(jìn)傳統(tǒng)的主擠塑機(jī)7和至少一臺輔擠塑機(jī)6的料斗，分別將色母粒和/或功能助劑使用比例混料進(jìn)給機(jī)構(gòu)添加進(jìn)擠塑機(jī)料斗出口腔，與原料自相均勻混合。
[0031]2)由傳統(tǒng)的主擠塑機(jī)7和至少一臺輔擠塑機(jī)6，分別擠出均勻分布了各種色母粒和/或功能助劑的同種材料或相互熔接的相近材料的熔融態(tài)聚丙烯團(tuán)。
[0032]3)由多層共擠模具5實(shí)現(xiàn)多層熔融態(tài)聚丙烯團(tuán)的均勻分層和共擠相熔。每層聚丙烯管層可以通過主要調(diào)整各臺擠塑機(jī)的擠出速度實(shí)現(xiàn)10%?90%的壁厚比率。
[0033]4)對相熔成一體的管坯進(jìn)行真空定徑和初步冷卻處理，形成多層聚丙烯管材I。
[0034]5)由塑料管圓整消應(yīng)力裝置4，對經(jīng)過真空定徑和初步冷卻的多層聚丙烯管材I進(jìn)行直徑圓整和軸向應(yīng)力消減。要求進(jìn)入塑料管圓整消應(yīng)力裝置4的多層聚丙烯管材I的溫度還保持在40°C?60°C。該塑料管圓整消應(yīng)力裝置4可以直接安裝在真空箱出口端。
[0035]6)在進(jìn)行直徑圓整和軸向應(yīng)力消減后的多層聚丙烯管材I表面進(jìn)行噴碼標(biāo)識。
[0036]7)由2組以上的冷卻箱對多層聚丙烯管材I實(shí)施進(jìn)一步冷卻。
[0037]8)由牽引機(jī)勻速牽引多層聚丙烯管材I。
[0038]9)由無屑切割機(jī)將多層聚丙烯管材I定尺切斷成產(chǎn)品管。
[0039]型式檢驗(yàn)時，還應(yīng)進(jìn)行落錘沖擊試驗(yàn)和其他如抗菌性和三點(diǎn)彎曲撓度等增加的功能性試驗(yàn)。
[0040]這種多層聚丙烯管材I根據(jù)其具備的增強(qiáng)、遮光、抗菌等特定功能和多層多色應(yīng)用于更細(xì)分的管道系統(tǒng)和用戶；融合多種聚丙烯材料優(yōu)點(diǎn)的多層聚丙烯管材1，如PP-R層和PP-B層相熔時，其優(yōu)良的耐熱性能和耐低溫脆性得到融合，還可以在較低環(huán)境溫度的冬天安裝時，減輕了管材損傷風(fēng)險。該多層聚丙烯管材I的安裝使用要求可以直接采用普通聚丙烯管道安裝規(guī)范，與聚丙烯管件直接熔融連接。
[0041]這種多層聚丙烯管材I的各層材料相同或相近，實(shí)現(xiàn)了相鄰層共擠相熔成一體，沒有層間物理粘接，沒有時效和疲勞損傷的風(fēng)險。該多層聚丙烯管材I的各層由至少兩臺擠塑機(jī)分別添加了色母粒和/或功能助劑，實(shí)現(xiàn)了多層多色；各層又具備特定功能，如抗菌率大于99.90%的強(qiáng)抗菌性，三點(diǎn)彎曲撓度降低40%以上的玻纖增強(qiáng)性等；實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)、增韌、抗菌、色彩獨(dú)特等功能，豐富了產(chǎn)品類型，更適應(yīng)日漸細(xì)化的市場需求。該多層聚丙烯管材I采用多層共擠模具進(jìn)行多層共擠相熔，其結(jié)晶度增加，實(shí)現(xiàn)了 20°C靜液壓應(yīng)力增加5%?20%，95°C靜液壓應(yīng)力增加10%?30%。該多層聚丙烯管材I使用不同種聚丙烯材料時，可以融合所用聚丙烯材料的優(yōu)點(diǎn)，減輕其不足，如PP-R層和PP-B層相熔時，其優(yōu)良的耐熱性能和耐低溫脆性得到融合，實(shí)現(xiàn)0°C落錘高度增加1.5倍以上。
【權(quán)利要求】
1.一種多層聚丙烯管材，其特征在于，包括至少兩層聚丙烯層，所述的至少兩層聚丙烯層為相互熔接的不同種聚丙烯層，該相互熔接的不同種聚丙烯層為無規(guī)共聚聚丙烯層和嵌段共聚聚丙烯層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多層聚丙烯管材，其特征在于，各層所述的聚丙烯層的壁厚比率均為10%?90%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多層聚丙烯管材，其特征在于，所述的至少兩層聚丙烯層包括外層聚丙烯層(2)和內(nèi)層聚丙烯層(3)。
【文檔編號】F16L9/12GK204062194SQ201320876758
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】鄭巍, 項(xiàng)寧, 錢云龍, 鄭雨果, 陳飛 申請人:上海天力實(shí)業(yè)（集團(tuán)）有限公司