一種多層聚丙烯管材的制作方法
【專利摘要】本實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，使至少兩層熔融態聚丙烯塑料層共擠相熔成管坯，在多層共擠時，各層內外表面部分結晶度高，相互熔接成一體后，提高了整體結晶度；同時，在管材真空定型后采用塑料管圓整消應力裝置進行徑向圓整變形，消除管材多層共擠工藝的軸向結晶趨勢形成的方向性應力積聚；融合不同類型聚丙烯材料的性能，尤其增強韌性，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，實現了各種特定顏色和功能。本實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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多層聚丙烯管材，屬于聚丙烯管材【技術領域】。
【背景技術】
[0002]傳統的聚丙烯管材按材質分為三類，均聚聚丙烯(PP-H)管材、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)管材和無規共聚聚丙烯(PP-R)管材。該三類管材各有特點，均聚聚丙烯(PP-H)材料由單一聚丙烯單體聚合而成，其分子鏈的規整度很高，因此其結晶度高、耐沖擊性能差，適合強度要求較高的工業用管。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度得到了很大的改善，但由于不能將PP-H分子鏈的等規度降低，材料的結晶度、熔點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，這些乙烯單體隨機地分布到丙烯長鏈中，降低了聚合物的結晶度、熔點，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，尤其是口端易產生微裂紋，在后續的加熱熔接時產生微裂紋擴展，現場試壓驗收不易發現，造成管道在使用過程的滲漏隱患。《建筑給水聚丙烯管道工程技術規范》GB/T50349-2005規定，在冬季施工時，應注意建筑給水聚丙烯管道的低溫脆性的特點，該特點主要特指PP-R的低溫脆性特點。
[0004]現在很多應用的PP-R管道需要同時具備多種功能，如增強、遮光、抗菌、獨特色彩等，普通的PP-R單層管難以實現上述的多種功能，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，可以分別實現了上述獨特功能。
[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，還實現同時具備增強、遮光、抗菌、獨特色彩等多種功能，又能減輕PP-R的低溫脆性特點，增強韌性，降低建筑給水聚丙烯管道在冬季施工時的損傷風險。
【發明內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是:提供了一種韌性強、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]為了解決上述技術問題，本實用新型的技術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]優選地，各層所述的聚丙烯層的壁厚比率均為10%?90%。
[0009]優選地，所述的至少兩層聚丙烯層包括外層聚丙烯層和內層聚丙烯層。
[0010]優選地，所述的至少兩層聚丙烯層均為同種聚丙烯層。
[0011]優選地，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施多層共擠相熔，使至少兩層熔融態聚丙烯層共擠相熔成管坯，經真空定徑后，再經過塑料管圓整消應力裝置進行直徑圓整和軸向應力消減而成。融合不同類型聚丙烯材料的性能，尤其增強韌性，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險。
[0013]本實用新型不僅使得其強度、剛度和韌性得到增強，還可以根據需要實現各層的特定功能。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，各層內外表面部分結晶度高，相互熔接成一體后，提高了整體結晶度；同時，在管材真空定型后采用塑料管圓整消應力裝置進行徑向圓整變形，消除管材多層共擠工藝的軸向結晶趨勢形成的方向性應力積聚，其極限破壞形狀為接近球形的鼓泡破口，顯著區別于普通管的軸向環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，實現管材多層多色和/或多功能。可以適應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、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構示意圖；
[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為內層聚丙烯層，4為塑料管圓整消應力裝置，5為多層共擠模具，6為輔擠塑機，7為傳統的主擠塑機。
【具體實施方式】
[0017]為使本實用新型更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0018]本實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%，其可以通過調整加工參數實現。至少兩層聚丙烯層包括外層聚丙烯層2和內層聚丙烯層3，在外層聚丙烯層2和內層聚丙烯層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，使至少兩層熔融態聚丙烯塑料層共擠相熔成管坯，經真空定徑后，再經過塑料管圓整消應力裝置進行直徑圓整和軸向應力消減而成。
[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，實現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，強度得到增強，可以實現20°C靜液壓應力增加5%?20%，95°C靜液壓應力增加10%?30%;使用PP-R層和PP-B層相熔時，其優良的耐熱性能和耐低溫脆性得到融合，實現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力裝置4進行了徑向擠壓變形，消除管材多層共擠工藝的軸向結晶趨勢形成的方向性應力積聚，其極限破壞形狀為接近球形的鼓泡破口，顯著區別于普通管的軸向環形鼓泡破口或軸向開裂。
[0024]這種多層聚丙烯管材I可以在傳統塑料管材擠出工藝基礎上，采用熱塑性塑料共擠相熔工藝、直徑圓整和應力消減處理，實現強度、剛度和韌性得到增強，實現各層的特定功能，同時保留了材料的其他優越性能。
[0025]該多層聚丙烯管材I可以采用至少兩臺擠塑機(即輔擠塑機6和傳統的主擠塑機7)分別擠出熔融態的所需聚丙烯團，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外表面的材料比內部接受更多的熱量和摩擦力，分子結構更加規整，其結晶度較高，故多層共擠相熔后的整體結晶度得到提高，增強了力學性能。
[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點，減輕其不足。如PP-R和PP-B聚丙烯共擠相熔，就可以融合實現PP-R的優良耐熱性能和PP-B的優良耐低溫脆性。
[0027]該多層聚丙烯管材I可以使用至少兩臺擠塑機進行擠塑成型，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；在實現特定顏色和附加功能的同時，可以更好地保留材料的優越性能。
[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力裝置4進行直徑圓整和軸向應力消減。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在彈性變形溫度區域進行徑向變形，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晶趨勢形成的方向性應力積聚。
[0029]這種多層聚丙烯管材I在傳統塑料管材擠出工藝基礎上，采用多層熱塑性塑料共擠相熔工藝、直徑圓整和應力消減處理，整個加工過程中分連續在線的9個工步(如圖2所示):
[0030]I)將原料輸送進傳統的主擠塑機7和至少一臺輔擠塑機6的料斗，分別將色母粒和/或功能助劑使用比例混料進給機構添加進擠塑機料斗出口腔，與原料自相均勻混合。
[0031]2)由傳統的主擠塑機7和至少一臺輔擠塑機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聚丙烯團。
[0032]3)由多層共擠模具5實現多層熔融態聚丙烯團的均勻分層和共擠相熔。每層聚丙烯管層可以通過主要調整各臺擠塑機的擠出速度實現10%?90%的壁厚比率。
[0033]4)對相熔成一體的管坯進行真空定徑和初步冷卻處理，形成多層聚丙烯管材I。
[0034]5)由塑料管圓整消應力裝置4，對經過真空定徑和初步冷卻的多層聚丙烯管材I進行直徑圓整和軸向應力消減。要求進入塑料管圓整消應力裝置4的多層聚丙烯管材I的溫度還保持在40°C?60°C。該塑料管圓整消應力裝置4可以直接安裝在真空箱出口端。
[0035]6)在進行直徑圓整和軸向應力消減后的多層聚丙烯管材I表面進行噴碼標識。
[0036]7)由2組以上的冷卻箱對多層聚丙烯管材I實施進一步冷卻。
[0037]8)由牽引機勻速牽引多層聚丙烯管材I。
[0038]9)由無屑切割機將多層聚丙烯管材I定尺切斷成產品管。
[0039]型式檢驗時，還應進行落錘沖擊試驗和其他如抗菌性和三點彎曲撓度等增加的功能性試驗。
[0040]這種多層聚丙烯管材I根據其具備的增強、遮光、抗菌等特定功能和多層多色應用于更細分的管道系統和用戶；融合多種聚丙烯材料優點的多層聚丙烯管材1，如PP-R層和PP-B層相熔時，其優良的耐熱性能和耐低溫脆性得到融合，還可以在較低環境溫度的冬天安裝時，減輕了管材損傷風險。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，實現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險。該多層聚丙烯管材I的各層由至少兩臺擠塑機分別添加了色母粒和/或功能助劑，實現了多層多色；各層又具備特定功能，如抗菌率大于99.90%的強抗菌性，三點彎曲撓度降低40%以上的玻纖增強性等；實現了增強、增韌、抗菌、色彩獨特等功能，豐富了產品類型，更適應日漸細化的市場需求。該多層聚丙烯管材I采用多層共擠模具進行多層共擠相熔，其結晶度增加，實現了 20°C靜液壓應力增加5%?20%，95°C靜液壓應力增加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點，減輕其不足，如PP-R層和PP-B層相熔時，其優良的耐熱性能和耐低溫脆性得到融合，實現0°C落錘高度增加1.5倍以上。
【權利要求】
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共聚聚丙烯層和嵌段共聚聚丙烯層。
2.如權利要求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 優先權日:2013年12月27日
【發明者】鄭巍, 項寧, 錢云龍, 鄭雨果, 陳飛 申請人:上海天力實業（集團）有限公司