第三節 聚丙烯管材

一、經典配方

1.礦用阻燃PP管配方

配方（質量份）：PP 100；四溴雙酚A 7；Sb₂O₃3；水合硼酸鋅4。

性能：氧指數為38%。

2.聚丙烯給水管配方

配方（質量份）：PPC4220[粒料MFR=0.3～0.4g/（10min）]50；改性劑B[粒料MFR=1g/（10min）]2～5；改性劑[粒料MFR=0.3～0.4g/（10min）]1～3；接枝共聚物[粒料MFR=0.3～0.4g/（10min）]3～6；填料（粉狀5μm）3～7；抗氧劑（工業品，含量﹥98%）適量；光穩定劑（工業品，含量﹥98%）適量；CaSt·Zn（工業品，含量﹥98%）適量；其他助劑（工業品，含量﹥98%）適量。

3.改性聚丙烯管配方

配方（質量份）：PP 100；LDPE 15；順丁橡膠10；碳酸鈣30；抗氧劑10100.5；DLTP 0.5；亞磷酸酯0.5。

加工條件：先將順丁橡膠在雙輥混煉機上塑煉，再加入聚丙烯混煉成均勻的共混物料，粗碎后擠出、造粒，然后在擠出機中成型。擠出機溫度供料段為150～170℃，壓縮段為170～190℃，計量段為190～210℃，口模溫度為210～230℃，螺桿轉速為36r/min，牽引速度為0.52m/min。

4.PP改性管材配方（見表2-86）

表2-86 PP改性管材配方

5.聚丙烯噴灌管配方

配方（質量份）：PP[MFR=0.5～1g/（10min），粉狀]100；LDPE[MFR=1g/（10min）擠出級]15；高式順丁膠15；UV-3270.3；抗氧劑12460.3；高色素炭黑0.3～0.5；苯甲酸鈉0.5。

加工條件：單螺桿擠出機造粒溫度：加料段150～160℃，壓縮段180～190℃，計量段190～200℃，機頭190～200℃，口模205～210℃。雙螺桿擠出機造粒溫度：加料段150～160℃，熔融段180～190℃，混煉段200～210℃，計量段200～220℃，機頭200～210℃，口模205～210℃。

性能：屈服拉伸強度（18℃）為28.03MPa，彎曲強度（18℃）為40.57MPa，缺口沖擊強度（20℃）為11.2kJ/m²，破壞壓力（20℃）為23MPa（按平均壁厚）、26MPa（按起爆點壁厚），爆破波路為整齊的縱向裂紋，脆化溫度為-5～10℃。

6.高沖擊PP噴灌管材配方

配方（質量份）：PP（C4220）100；SBS 20；納米CaCO₃15；抗氧劑10100.5；紫外光吸收劑0220.5；表面處理劑適量。

加工條件：擠出溫度分別為加料段150～160℃，壓縮段180～190℃，塑化段195～205℃，機頭195～205℃，口模205～210℃。

性能：拉伸強度為28.03MPa，斷裂伸長率為580%，彎曲彈性模量為780MPa，缺口沖擊強度為41kJ/m²（23℃）、5.6kJ/m²（-20℃），20℃水壓試驗（瞬時爆破壓力）高于3倍工作壓力。

7.聚丙烯管配方1

配方（質量份）：PP 100；LDPE 15；CaCO₃25；主抗氧劑0.5；輔助抗氧劑0.5。

一般選用熔體流動速率為0.7～3g/（10min）的樹脂。

8.聚丙烯管配方2

配方（質量份）：PP 100；LDPE 10；丁二烯橡膠10；CaCO₃30；抗氧劑10100.5；DLTP0.5；亞磷酸酯0.5。

9.聚丙烯管配方3

配方（質量份）：PP 100；HDPE 15；UV-90.2；抗氧劑10100.3；DLTP 0.2。

10.PP管材配方（見表2-87）

表2-87 PP管材配方

11.HDPE改性PP管材配方

配方（質量份）：PP 100；HDPE 20；抗氧劑10100.4；抗氧劑DLTP 0.2；紫外線吸收劑UV_-90.1；硬脂酸鋇0.5。

12.LDPE改性PP管材配方

配方（質量份）：PP 100；LDPE 30；碳酸鈣30；PE-g-MAH 3；抗氧劑10100.4；抗氧劑DLTP 0.2；鋇/鋅1。

13.HDPE/PP熱收縮管配方

配方（質量份）：HDPE 50；PP 50；抗氧劑10100.3；抗氧劑DLTP 0.2；PP-g-MAH 3.0。

二、制備實例

實例1.碳酸鈣填充聚丙烯管材

（1）配方（質量份） PP（D60P）100；CaCO₃（450目）40；TTS 1；抗氧劑10100.5；DLTP 1；汽油1；炭黑（RCC）0.8；硬脂酸（HSt）0.3。

（2）制備方法

1）母料配制的工藝流程（PP∶CaCO₃=30∶100）。

2）管材生產工藝流程。

3）工藝控制。

①CaCO₃預處理工藝控制。干燥溫度為100～120℃，干燥時間為10min。

②母料配制的工藝控制。高溫混合工藝：轉速為100r/min，溫度為150℃，時間為8min；煉塑工藝：前輥線速度為23.97m/min，后輥線速度為30.5m/min，溫度為160～170℃，時間為10min。

③管材生產的工藝控制。溫度：后段為180℃，中段為230℃，前段為240℃，連接體為220℃，機頭為200℃；速度：螺桿轉速為36r/min，牽引速度為1.65m/min。

（3）性能CaCO₃填充PP，特別是CaCO₃經偶聯劑表面處理后，可進行高劑量填充，從而大幅度降低了成本，這在目前樹脂價格過高的情況下，對于增加產品數量有著現實的經濟意義。而且CaCO₃填充PP后，可使其剛性、硬度、耐熱性等性能得到改善。加入偶聯劑后，體系的沖擊強度、拉伸強度等力學性能也有明顯的提高。

（4）應用 該管材具有密度小、易加工、耐熱性好、耐化學腐蝕性好等優異性能，被廣泛地用于日用品、電器部件、汽車部件及機械部件，特別是用作化工管道及管件時，克服了金屬管道不易安裝、易腐蝕的缺陷。

實例2.聚丙烯管材

（1）配方

1）聚丙烯管配方（質量份）：聚丙烯[共聚級，MFR=0.1～1g/（10min）]100；成核劑0.4；抗氧劑（1010）0.2；抗氧劑（DLTP）0.2；顏料適量。

2）改性聚丙烯管配方（質量份）：聚丙烯[共聚級，MFR=0.1～1g/（10min）]100；三元乙丙橡膠10；CaCO₃（亞納米級，活性）6；抗氧劑（1010）0.2；抗氧劑（DLTP）0.2；顏料適量。

3）新型無規共聚聚丙烯管配方（質量份）：無規共聚聚丙烯[共聚單體3%，MFR=0.1～1g/（10min）]100；抗氧劑（1010）0.2；抗氧劑（DLTP）0.2；顏料適量。

（2）制備方法

1）生產設備。切膠機、高速攪拌機、雙螺桿造粒機、單螺桿擠出機、模具、聚丙烯管材擠出輔機、計米印字機、切割機。

2）生產工藝。將原輔助料（三元乙丙橡膠用切膠機切碎）按配比加入攪拌機混合均勻，經聚丙烯管材擠出機組擠出、冷卻定型、牽引、印字、切割即得成品管材。

（3）應用與效果 可作為供水（冷、熱水）、工業、農業、建筑、環保等行業用管材，可用于各種液體、腐蝕性液體的輸送，耐熱性好，使用溫度可達100℃，可用熱熔法連接。

實例3.給水管材

（1）配方（見表2-88）

表2-88 給水管材配方

（2）制備工藝

1）改性PP給水管材專用料的制備。給水管材專用料制備工藝流程如下：

給水管材專用料造粒工藝參數見表2-89。

表2-89 給水管材專用料造粒工藝參數

2）改性PP給水管材專用料的擠管設備及工藝。生產改性PP管材的設備由北京化工大學塑料機構及塑料工程研究所提供，主機為SD—65型擠出機，螺桿為BM改進型，螺桿直徑為65mm且L∶D=36∶1，配備直流調速、真空定徑、噴淋冷卻、變頻牽引、自動測徑、噴碼打印及同步切割裝置，全套生產線由PLC進行程序化控制。?20mm、?25mm、?32mm、?40mm、?50mm、?63mm6套擠出模具可一機互換生產，最高產量為90kg/h。擠出?20mm×2.3mm和?25mm×2.3mm給水管的工藝條件為：螺桿轉速為2～3m/min，模頭熔體溫度為195～210℃，定徑壓力0.04～0.08MPa，牽引速度為2～3m/min。連續生產75h后觀察給水管材，其內外表面光滑，色澤壁厚均勻，整個擠出過程工藝參數平穩。

（3）性能 給水管材專用料的性能見表2-90。

表2-90 給水管材專用料的性能

改性PP給水管材的性能見表2-91。

表2-91 改性PP給水管材的性能

將PP改性料生產的給水管直接與飲用水接觸，進行衛生性能檢測，其結果見表2-92。

表2-92 改性PP給水管材的衛生性能

實例4.高抗沖聚丙烯噴灌管材

（1）配方（質量份） PP 100；SBS 20；納米CaCO₃15；抗氧劑0.5；光穩定劑0.3；表面處理劑適量；其他助劑適量。

（2）制備工藝

1）工藝流程。生產高抗沖PP管的工藝流程如下：

首先，將納米CaCO₃在高速混合機中低速攪拌并預熱至80℃，加入表面處理劑攪拌5min，使表面處理劑熔融并與CaCO₃混合均勻，然后加入PP、SBS，在50～60℃攪拌混合2～5min，最后將其他助劑加入并混合均勻。用雙螺桿擠出造粒機組共混造粒，粒料干燥后用管材擠出機組擠出，冷卻卷取即制得噴灌管材。

2）工藝條件。管材擠出機組各段溫度見表2-93。管材定型采用夾套式冷卻定徑，牽引采用無級調速，調速范圍為0.33～2m/min。

表2-93 管材擠出機組各段溫度

（3）性能 按照以上工藝、配方進行共混改性、造粒后，用管材擠出機組擠出的管材性能見表2-94。

表2-94 管材性能

（4）應用與效果PP管材具有價廉、無毒、無銹蝕、耐高溫、安裝方便等特點，但由于PP存在低溫脆性、成型收縮率大、耐溫性差等缺點，極大地限制了它的應用。為此，國內外進行了大量的PP改性的研究，本例采用苯乙烯、丁二烯、苯乙烯共聚物SBS和納米CaCO₃對PP進行增韌改性，制備出了耐老化、高抗沖的PP噴灌管材。

實例5.納米CaCO₃改性聚丙烯給水管材

（1）配方（質量份）改性聚丙烯100；鈦酸酯偶聯劑1.5；納米CaCO₃4～6；其他助劑適量。

（2）制備方法

1）改性PP材料的制備。將適量的均聚PP、共聚PP、EPDM、LLDPE及增容劑等通過混煉、擠出等相關加工方法制得改性PP材料。

2）納米材料的表面處理。按一定比例稱量鈦酸酯偶聯劑，用試劑級酒精按1∶100進行稀釋，然后緩慢加入高速攪拌機中，使鈦酸酯偶聯劑與納米CaCO₃充分混合5～10min，再放入烘箱中在95～110℃下烘干2～4h，以除去水份和溶劑。

3）納米復合材料及試樣的制備。為了提高納米CaCO₃在PP中的分散性，根據無機納米粒子的性能特征及其在高聚物中直接分散的相關機理和增強增韌的有關理論，采用兩步法的混合分散工藝技術。首先將經表面處理的納米CaCO₃、改性PP及增容劑等放入高速攪拌機中進行充分混合，然后在雙螺桿擠出機中混煉制成納米CaCO₃母料，再將此母料與改性PP、EPDM等共混擠出制成改性PP/納米CaCO₃復合材料，其工藝流程如下：

實例6.無規共聚聚丙烯管材

（1）原材料與配方（見表2-95）

表2-95 原材料與配方

（2）制備方法

1）生產工藝流程。

2）工藝條件。擠出溫度為210～260℃，螺桿轉速為40r/min，真空度為0.05～0.08MPa，噴淋水溫為10～20℃。

（3）性能 該管材具有質量輕、耐腐蝕、強度高、使用壽命長、安全衛生、耐熱保溫、工藝簡便、管材間連接方便簡單可靠、不生銹、耐磨損、不結垢等特點，屬綠色環保產品。

（4）效果 可用作冷熱水輸送管，建筑日常用水、油等流體的輸送，以及農用飲水和灌溉工程管道，具有廣泛的推廣價值。

實例7.增韌增強低膨脹無規共聚聚丙烯管材

（1）原材料與配方（見表2-96）

表2-96 原材料與配方

（2）主要設備 高速捏合機、雙螺桿擠出機。

（3）制備方法

（4）性能與效果 此種PPR管材解決了采用常規增韌與增強方法通常存在的增韌后彎曲模量降低、填充剛性填料又使材料沖擊強度變差等矛盾，制品綜合性能良好。

不同PP供水管專用料的相關性能比較見表2-97，由表2-97可看出，改性PP/納米CaCO₃復合材料的性能與RA130E的性能接近，與國內的插層法改性PP相比，其拉伸強度和拉伸屈服強度均有明顯提高。

表2-97 不同PP供水管專用料的相關性能比較

①北歐化工公司產品。