第三节 聚丙烯管材

一、经典配方

1.矿用阻燃PP管配方

配方（质量份）：PP 100；四溴双酚A 7；Sb₂O₃3；水合硼酸锌4。

性能：氧指数为38%。

2.聚丙烯给水管配方

配方（质量份）：PPC4220[粒料MFR=0.3～0.4g/（10min）]50；改性剂B[粒料MFR=1g/（10min）]2～5；改性剂[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（粉状5μm）3～7；抗氧剂（工业品，含量﹥98%）适量；光稳定剂（工业品，含量﹥98%）适量；CaSt·Zn（工业品，含量﹥98%）适量；其他助剂（工业品，含量﹥98%）适量。

3.改性聚丙烯管配方

配方（质量份）：PP 100；LDPE 15；顺丁橡胶10；碳酸钙30；抗氧剂10100.5；DLTP 0.5；亚磷酸酯0.5。

加工条件：先将顺丁橡胶在双辊混炼机上塑炼，再加入聚丙烯混炼成均匀的共混物料，粗碎后挤出、造粒，然后在挤出机中成型。挤出机温度供料段为150～170℃，压缩段为170～190℃，计量段为190～210℃，口模温度为210～230℃，螺杆转速为36r/min，牵引速度为0.52m/min。

4.PP改性管材配方（见表2-86）

表2-86 PP改性管材配方

5.聚丙烯喷灌管配方

配方（质量份）：PP[MFR=0.5～1g/（10min），粉状]100；LDPE[MFR=1g/（10min）挤出级]15；高式顺丁胶15；UV-3270.3；抗氧剂12460.3；高色素炭黑0.3～0.5；苯甲酸钠0.5。

加工条件：单螺杆挤出机造粒温度：加料段150～160℃，压缩段180～190℃，计量段190～200℃，机头190～200℃，口模205～210℃。双螺杆挤出机造粒温度：加料段150～160℃，熔融段180～190℃，混炼段200～210℃，计量段200～220℃，机头200～210℃，口模205～210℃。

性能：屈服拉伸强度（18℃）为28.03MPa，弯曲强度（18℃）为40.57MPa，缺口冲击强度（20℃）为11.2kJ/m²，破坏压力（20℃）为23MPa（按平均壁厚）、26MPa（按起爆点壁厚），爆破波路为整齐的纵向裂纹，脆化温度为-5～10℃。

6.高冲击PP喷灌管材配方

配方（质量份）：PP（C4220）100；SBS 20；纳米CaCO₃15；抗氧剂10100.5；紫外光吸收剂0220.5；表面处理剂适量。

加工条件：挤出温度分别为加料段150～160℃，压缩段180～190℃，塑化段195～205℃，机头195～205℃，口模205～210℃。

性能：拉伸强度为28.03MPa，断裂伸长率为580%，弯曲弹性模量为780MPa，缺口冲击强度为41kJ/m²（23℃）、5.6kJ/m²（-20℃），20℃水压试验（瞬时爆破压力）高于3倍工作压力。

7.聚丙烯管配方1

配方（质量份）：PP 100；LDPE 15；CaCO₃25；主抗氧剂0.5；辅助抗氧剂0.5。

一般选用熔体流动速率为0.7～3g/（10min）的树脂。

8.聚丙烯管配方2

配方（质量份）：PP 100；LDPE 10；丁二烯橡胶10；CaCO₃30；抗氧剂10100.5；DLTP0.5；亚磷酸酯0.5。

9.聚丙烯管配方3

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

10.PP管材配方（见表2-87）

表2-87 PP管材配方

11.HDPE改性PP管材配方

配方（质量份）：PP 100；HDPE 20；抗氧剂10100.4；抗氧剂DLTP 0.2；紫外线吸收剂UV_-90.1；硬脂酸钡0.5。

12.LDPE改性PP管材配方

配方（质量份）：PP 100；LDPE 30；碳酸钙30；PE-g-MAH 3；抗氧剂10100.4；抗氧剂DLTP 0.2；钡/锌1。

13.HDPE/PP热收缩管配方

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

二、制备实例

实例1.碳酸钙填充聚丙烯管材

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

（2）制备方法

1）母料配制的工艺流程（PP∶CaCO₃=30∶100）。

2）管材生产工艺流程。

3）工艺控制。

①CaCO₃预处理工艺控制。干燥温度为100～120℃，干燥时间为10min。

②母料配制的工艺控制。高温混合工艺：转速为100r/min，温度为150℃，时间为8min；炼塑工艺：前辊线速度为23.97m/min，后辊线速度为30.5m/min，温度为160～170℃，时间为10min。

③管材生产的工艺控制。温度：后段为180℃，中段为230℃，前段为240℃，连接体为220℃，机头为200℃；速度：螺杆转速为36r/min，牵引速度为1.65m/min。

（3）性能CaCO₃填充PP，特别是CaCO₃经偶联剂表面处理后，可进行高剂量填充，从而大幅度降低了成本，这在目前树脂价格过高的情况下，对于增加产品数量有着现实的经济意义。而且CaCO₃填充PP后，可使其刚性、硬度、耐热性等性能得到改善。加入偶联剂后，体系的冲击强度、拉伸强度等力学性能也有明显的提高。

（4）应用 该管材具有密度小、易加工、耐热性好、耐化学腐蚀性好等优异性能，被广泛地用于日用品、电器部件、汽车部件及机械部件，特别是用作化工管道及管件时，克服了金属管道不易安装、易腐蚀的缺陷。

实例2.聚丙烯管材

（1）配方

1）聚丙烯管配方（质量份）：聚丙烯[共聚级，MFR=0.1～1g/（10min）]100；成核剂0.4；抗氧剂（1010）0.2；抗氧剂（DLTP）0.2；颜料适量。

2）改性聚丙烯管配方（质量份）：聚丙烯[共聚级，MFR=0.1～1g/（10min）]100；三元乙丙橡胶10；CaCO₃（亚纳米级，活性）6；抗氧剂（1010）0.2；抗氧剂（DLTP）0.2；颜料适量。

3）新型无规共聚聚丙烯管配方（质量份）：无规共聚聚丙烯[共聚单体3%，MFR=0.1～1g/（10min）]100；抗氧剂（1010）0.2；抗氧剂（DLTP）0.2；颜料适量。

（2）制备方法

1）生产设备。切胶机、高速搅拌机、双螺杆造粒机、单螺杆挤出机、模具、聚丙烯管材挤出辅机、计米印字机、切割机。

2）生产工艺。将原辅助料（三元乙丙橡胶用切胶机切碎）按配比加入搅拌机混合均匀，经聚丙烯管材挤出机组挤出、冷却定型、牵引、印字、切割即得成品管材。

（3）应用与效果 可作为供水（冷、热水）、工业、农业、建筑、环保等行业用管材，可用于各种液体、腐蚀性液体的输送，耐热性好，使用温度可达100℃，可用热熔法连接。

实例3.给水管材

（1）配方（见表2-88）

表2-88 给水管材配方

（2）制备工艺

1）改性PP给水管材专用料的制备。给水管材专用料制备工艺流程如下：

给水管材专用料造粒工艺参数见表2-89。

表2-89 给水管材专用料造粒工艺参数

2）改性PP给水管材专用料的挤管设备及工艺。生产改性PP管材的设备由北京化工大学塑料机构及塑料工程研究所提供，主机为SD—65型挤出机，螺杆为BM改进型，螺杆直径为65mm且L∶D=36∶1，配备直流调速、真空定径、喷淋冷却、变频牵引、自动测径、喷码打印及同步切割装置，全套生产线由PLC进行程序化控制。ϕ20mm、ϕ25mm、ϕ32mm、ϕ40mm、ϕ50mm、ϕ63mm6套挤出模具可一机互换生产，最高产量为90kg/h。挤出ϕ20mm×2.3mm和ϕ25mm×2.3mm给水管的工艺条件为：螺杆转速为2～3m/min，模头熔体温度为195～210℃，定径压力0.04～0.08MPa，牵引速度为2～3m/min。连续生产75h后观察给水管材，其内外表面光滑，色泽壁厚均匀，整个挤出过程工艺参数平稳。

（3）性能 给水管材专用料的性能见表2-90。

表2-90 给水管材专用料的性能

改性PP给水管材的性能见表2-91。

表2-91 改性PP给水管材的性能

将PP改性料生产的给水管直接与饮用水接触，进行卫生性能检测，其结果见表2-92。

表2-92 改性PP给水管材的卫生性能

实例4.高抗冲聚丙烯喷灌管材

（1）配方（质量份） PP 100；SBS 20；纳米CaCO₃15；抗氧剂0.5；光稳定剂0.3；表面处理剂适量；其他助剂适量。

（2）制备工艺

1）工艺流程。生产高抗冲PP管的工艺流程如下：

首先，将纳米CaCO₃在高速混合机中低速搅拌并预热至80℃，加入表面处理剂搅拌5min，使表面处理剂熔融并与CaCO₃混合均匀，然后加入PP、SBS，在50～60℃搅拌混合2～5min，最后将其他助剂加入并混合均匀。用双螺杆挤出造粒机组共混造粒，粒料干燥后用管材挤出机组挤出，冷却卷取即制得喷灌管材。

2）工艺条件。管材挤出机组各段温度见表2-93。管材定型采用夹套式冷却定径，牵引采用无级调速，调速范围为0.33～2m/min。

表2-93 管材挤出机组各段温度

（3）性能 按照以上工艺、配方进行共混改性、造粒后，用管材挤出机组挤出的管材性能见表2-94。

表2-94 管材性能

（4）应用与效果PP管材具有价廉、无毒、无锈蚀、耐高温、安装方便等特点，但由于PP存在低温脆性、成型收缩率大、耐温性差等缺点，极大地限制了它的应用。为此，国内外进行了大量的PP改性的研究，本例采用苯乙烯、丁二烯、苯乙烯共聚物SBS和纳米CaCO₃对PP进行增韧改性，制备出了耐老化、高抗冲的PP喷灌管材。

实例5.纳米CaCO₃改性聚丙烯给水管材

（1）配方（质量份）改性聚丙烯100；钛酸酯偶联剂1.5；纳米CaCO₃4～6；其他助剂适量。

（2）制备方法

1）改性PP材料的制备。将适量的均聚PP、共聚PP、EPDM、LLDPE及增容剂等通过混炼、挤出等相关加工方法制得改性PP材料。

2）纳米材料的表面处理。按一定比例称量钛酸酯偶联剂，用试剂级酒精按1∶100进行稀释，然后缓慢加入高速搅拌机中，使钛酸酯偶联剂与纳米CaCO₃充分混合5～10min，再放入烘箱中在95～110℃下烘干2～4h，以除去水份和溶剂。

3）纳米复合材料及试样的制备。为了提高纳米CaCO₃在PP中的分散性，根据无机纳米粒子的性能特征及其在高聚物中直接分散的相关机理和增强增韧的有关理论，采用两步法的混合分散工艺技术。首先将经表面处理的纳米CaCO₃、改性PP及增容剂等放入高速搅拌机中进行充分混合，然后在双螺杆挤出机中混炼制成纳米CaCO₃母料，再将此母料与改性PP、EPDM等共混挤出制成改性PP/纳米CaCO₃复合材料，其工艺流程如下：

实例6.无规共聚聚丙烯管材

（1）原材料与配方（见表2-95）

表2-95 原材料与配方

（2）制备方法

1）生产工艺流程。

2）工艺条件。挤出温度为210～260℃，螺杆转速为40r/min，真空度为0.05～0.08MPa，喷淋水温为10～20℃。

（3）性能 该管材具有质量轻、耐腐蚀、强度高、使用寿命长、安全卫生、耐热保温、工艺简便、管材间连接方便简单可靠、不生锈、耐磨损、不结垢等特点，属绿色环保产品。

（4）效果 可用作冷热水输送管，建筑日常用水、油等流体的输送，以及农用饮水和灌溉工程管道，具有广泛的推广价值。

实例7.增韧增强低膨胀无规共聚聚丙烯管材

（1）原材料与配方（见表2-96）

表2-96 原材料与配方

（2）主要设备 高速捏合机、双螺杆挤出机。

（3）制备方法

（4）性能与效果 此种PPR管材解决了采用常规增韧与增强方法通常存在的增韧后弯曲模量降低、填充刚性填料又使材料冲击强度变差等矛盾，制品综合性能良好。

不同PP供水管专用料的相关性能比较见表2-97，由表2-97可看出，改性PP/纳米CaCO₃复合材料的性能与RA130E的性能接近，与国内的插层法改性PP相比，其拉伸强度和拉伸屈服强度均有明显提高。

表2-97 不同PP供水管专用料的相关性能比较

①北欧化工公司产品。