本發明涉及管材技術領域，具體涉及一種具有優異低溫韌性的PPR管材及其制備方法。
背景技術：
無規共聚聚丙烯（PPR）管材是歐洲20世紀90年代初開發的改性PP管材的第三代產品。PPR以無規共聚聚丙烯為基料，經改性處理后制得，其中約含3%的乙烯。PPR管材以不銹蝕、不滲漏、不結垢、既耐熱、又耐壓，能與建筑物同壽等諸多優點，日益受到人們的青睞。但是，PPR管材會發生低溫脆化，在低溫環境下，PPR管材極易在運輸過程中損壞，這極大的制約了PPR管材在高寒地區的使用。
彈性體具有很高的彈性，其玻璃化溫度很低，能顯著改善PPR的低溫脆性。但同時帶來的是PPR剛性、強度及熱變形溫度的大幅下降。無機剛性粒子具有補強作用，其可同彈性體協同增韌PPR，制備得到的管材在具有較好的低溫韌性的同時還能夠保持原有的剛性、強度。但是，彈性體、無機剛性粒子以及PPR的復合體系往往難以得到單一、穩定地相態，所制得的PPR管材在耐壓方面則捉襟見肘。
β晶型聚丙烯具有彈性模量和屈服強度低、沖擊強度和熱變形溫度高的優點，高含量β晶型聚丙烯是聚丙烯增韌的理想方式，添加β成核劑是得到高含量β晶型公認的行之有效的途徑。但是從實際應用情況來看，聚丙烯的β晶型含量卻無法達到預期，PPR管材的低溫韌性亦得不到有效的改善。綜上所述，非常有必要研究開發一種低溫韌性好、剛性和強度高、耐壓性能好的PPR管材。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有優異低溫韌性的PPR管材，本發明提供的PPR管材具有優異的低溫韌性，同時具有較好的剛性、強度及耐壓性能。
為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
一種具有優異低溫韌性的PPR管材，所述PPR管材按質量份數由以下原料組成：
無規共聚聚丙烯 100份；
偶聯劑 0.1～5份；
增韌劑 1～20份；
晶須負載β成核劑 1～20份；
抗氧劑 0.1～3份；
色母 0.1～5份。
晶須是指具有一定長徑比和面積的的單晶纖維材料，晶須在結晶時原子結構排列高度有序，內部幾乎無缺陷，因此它的強度接近于材料原子間價鍵理論強度，遠遠超過了目前使用的增強劑。晶須還具有良好的相容性、優良的平滑性以及化學穩定性等，晶須可以在高分子基體中分布的很均勻，具有更好的增強效果，有效改善增韌劑及β晶帶來的材料模量的下降。
本發明采用晶須負載β成核劑和增韌劑以協同增韌增強無規共聚聚丙烯。晶須負載β成核劑使體系中的成核劑分散均勻，有利于提高β晶成核能力，從而提高β晶含量，進一步提高體系的低溫韌性，另一方面，晶須負載β成核劑還能夠顯著提高PPR管材的耐壓性能。晶須改善了彈性體產生的應力集中在基體樹脂中的有效傳遞，易產生大面積的塑性變形耗散其中許多能量，同樣表現出協同增強低溫韌性的作用。另外，晶須具有優異的增強作用，彌補了彈性體及β晶帶來的材料模量的下降。增韌劑和晶須負載成核劑之間的協同作用賦予了PPR管材優異的低溫韌性和力學性能。
優選地，所述晶須負載β成核劑中晶須與β成核劑的質量比為100:1～25。更為優選地，所述晶須負載β成核劑中晶須與β成核劑的質量比為100：5～15。
優選地，所述晶須負載β成核劑的制備方法為：先用表面處理劑處理晶須表面，然后將處理后的晶須和β成核劑加入高速攪拌機中分散混合，烘干即得晶須負載β成核劑。所述表面處理劑可以為偶聯劑如硅烷偶聯劑。
優選地，所述晶須為碳酸鈣、硼酸鋁、鈦酸鉀、硫酸鎂、氧化鋁、氧化鋅晶須中的一種或幾種。
優選地，所述β成核劑為有機羧酸鹽類和/或酰胺類成核劑。更為優選地，所述β成核劑為辛二酸鈣，庚二酸鈣、TMB-5中的一種或幾種。
優選地，所述增韌劑為乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物、氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物、氫化苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物中的一種或幾種。更為優選地，所述增韌劑為乙烯-辛烯共聚物。
優選地，所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、稀土偶聯劑中的一種或幾種。
優選地，所述抗氧劑包括主抗氧劑和輔助抗氧劑，所述主抗氧劑為受阻酚或硫酯類抗氧劑中的一種或幾種，所述輔助抗氧劑為亞磷酸酯類抗氧劑。優選地，所述主抗氧劑為四[甲基-β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯（抗氧劑1010），所述輔助抗氧劑為三[2,4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯（抗氧劑168）。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
本發明通過晶須負載β成核劑和增韌劑彈性體的協同增韌增強作用制備得到的PPR管材具有優異的低溫韌性和力學性能，保持了PPR的剛性、強度以及耐壓性能，提升了PPR管材在低溫環境的輸運及應用可靠性。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步的描述。這些實施例僅是對本發明的典型描述，但本發明不限于此。下述實施例中所用的試驗方法如無特殊說明，均為常規方法，所使用的原料，試劑等，如無特殊說明，均為可從常規市購等商業途徑得到的原料和試劑。
實施例1
按份數比100:5得到晶須負載β成核劑，晶須選擇硫酸鈣，成核劑選擇TMB-5；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑0.5份；乙烯-辛烯共聚物5份；晶須負載β成核劑10份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻烘干擠出成管。
實施例2
按份數比100:6得到晶須負載β成核劑，晶須選擇硼酸鋁，成核劑選擇辛二酸鈣；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；稀土偶聯劑0.6份；乙烯-丙烯-丁二烯共聚物4份；晶須負載β成核劑9份；抗氧劑1010 0.8份；抗氧劑168 0.3份；色母0.1份混合均勻烘干擠出成管。
實施例3
按份數比100:1得到晶須負載β成核劑，晶須選擇硫酸鈣，成核劑選擇庚二酸鈣；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑1份；氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物6份；晶須負載β成核劑20份；抗氧劑1010 0.6份，抗氧劑168 0.4份；色母5份混合均勻烘干擠出成管。
實施例4
按份數比100:15得到晶須負載β成核劑，晶須選擇鈦酸鉀，成核劑選擇TMB-5；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；鋁酸酯偶聯劑0.7份；苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物20份；晶須負載β成核劑8份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.3份；色母3份混合均勻烘干擠出成管。
實施例5
按份數比100:25得到晶須負載β成核劑，晶須選擇氧化鋁，成核劑選擇庚二酸鈣；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；鈦酸酯偶聯劑5份；乙烯-辛烯共聚物16份；晶須負載β成核劑9份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻烘干擠出成管。
實施例6
按份數比100:15得到晶須負載β成核劑，晶須選擇硫酸鈣，成核劑選擇TMB-5；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑3份；乙烯-辛烯共聚物7份；晶須負載β成核劑11份；抗氧劑1010 0.4份，抗氧劑168 0.4份；色母2.0份混合均勻烘干擠出成管。
對比例1
按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻擠出成管。
對比例2
按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑0.5份；硫酸鈣晶須9.5份；TMB-5β成核劑0.5份；乙烯-辛烯共聚物5份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻擠出成管。
對比例3
按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；乙烯-辛烯共聚物5份；硅烷偶聯劑0.5份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻擠出成管。
對比例4
按份數比100:5得到晶須負載β成核劑，晶須選擇硫酸鈣，成核劑選擇TMB-5；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑0.5份；晶須負載β成核劑10份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻擠出成管。
對比例5
按份數比100:0.5得到晶須負載β成核劑，晶須選擇硫酸鈣，成核劑選擇TMB-5；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑0.5份；乙烯-辛烯共聚物5份；晶須負載β成核劑10份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻烘干擠出成管。
對比例6
按份數比100:26得到晶須負載β成核劑，晶須選擇硫酸鈣，成核劑選擇TMB-5；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑0.5份；乙烯-辛烯共聚物5份；晶須負載β成核劑10份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻烘干擠出成管。
對比例7
按份數比100:5得到納米碳酸鈣負載β成核劑，成核劑選擇TMB-5；按重量份數將100份無規共聚聚丙烯；硅烷偶聯劑0.5份；乙烯-辛烯共聚物5份；晶須負載β成核劑10份；抗氧劑1010 0.5份，抗氧劑168 0.4份；色母1.5份混合均勻烘干擠出成管。
將以上各實施例及對比例制備所得管材按照GB/T 18743-2002的方法測試管材的低溫抗沖性能，試驗溫度設定為-10℃；按GB/T 6111-2003方法，測試管材的耐內壓性能。其相關性能見下表：
表1 實施例1～6及對比例1～7的性能測試
。
從上述實施例及對比例的結果可以看出，增韌劑彈性體和晶須負載β成核劑改性后的PPR管材的低溫韌性明顯提高，這表明改性后的PPR管材在低溫環境的使用可靠性得到提高。同時PPR管材還具有較好的耐壓性能和力學性能。
最后應當指出的是，以上實施例僅是本發明的具有代表性的例子。顯然，本發明的技術方案并不限于上述實施例，還可有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明內容直接導出或聯想到所有變形，均應認為是本發明的權利要求的保護范圍。