[发明专利]一种耐低温PP-R复合管材及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种耐低温PP‑R复合管材，其包括PP‑R外层、粘接中间层和PE内层，所述粘接中间层由反应性热熔胶制成，所述反应性热熔胶包括如下重量份的组分：聚烯烃相容剂100份、丙烯基聚烯烃和/或乙烯基聚烯烃0～1000份、交联剂0～10份和助交联剂0～10份。本发明将PE内层与PP‑R外层复合成管材，并通过含所述聚烯烃相容剂的粘接中间层粘接PE内层和PP‑R外层，解决了PP‑R管材在低温下容易冻裂的技术问题，也解决了PE内层与PP‑R外层的粘接问题。

技术领域

本发明属于塑料管道技术领域，具体涉及一种耐低温PP-R复合管材及其制备方法与应用。

背景技术

PP-R主要由丙烯和乙烯无规共聚而成，由于其优异的耐蠕变性、强度、韧性和耐热性，因而在管道行业中被广泛使用。但是，由于在PP-R原料的生产中，国内外不同生产厂家或同一生产厂家的不同批次生产存在生产工艺的波动，导致部分批次原材料生产的PP-R管材在0℃落锤冲击测试中的性能无法达到要求，需要增加工序改善其低温脆性，这主要是由于PP-R中乙烯基的含量和分子量分布的控制是一个突出的难点，导致其刚性和韧性的平衡不能达到理想的状态。

为改善PP-R的低温脆性，现有方法主要是通过添加β成核剂、退火处理或添加增韧剂的方式。但由于添加增韧剂会影响管材的长期耐压性能，因此管材生产时严禁添加增韧剂。而β成核剂的使用只在少数几种颜色有效，且对色母的选择和分散性有很高要求，导致生产成本较高，所以很少使用。管道生产主要通过退火处理来解决管材0℃落锤冲击不达标的问题，尽管通过PP-R原料生产工艺、管材加工工艺和后处理工艺的不断优化，低于0℃环境条件下管材的低温脆性仍然不理想。

此外，水在0℃、标准大气压条件下的密度为0.9998g/cm³，而冰在0℃、标准大气压条件下的密度为0.917g/cm³。在0℃以下，水冻结成冰后其体积增加约9％。一般输水管道中水的充满度并非100％，还有一定量的空气。当气温降低至0℃以下时，管道内的水会结冰膨胀并挤压管道内的空气，从而造成管道内的压力在短时间内迅速升高。由于一般的PP-R管材的脆化温度在-5℃～0℃，而普通PP-R管材的低温脆性使得其在0℃以下温度使用时极易受到外部冲击、碰撞或内部结冰挤压等而造成管材破裂，影响管材的长期使用性能。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种耐低温PP-R复合管材及其制备方法与应用。

为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：

一种耐低温PP-R复合管材，其包括PP-R外层、粘接中间层和PE内层，所述粘接中间层由反应性热熔胶制成，所述反应性热熔胶包括如下重量份的组分：聚烯烃相容剂100份、丙烯基聚烯烃和/或乙烯基聚烯烃0～1000份、交联剂0～10份和助交联剂0～10份。

所述PE内层的脆化温度低于-60℃，本发明通过将PE内层与PP-R外层复合成管材，如此，在0℃以下温度使用时，PP-R外层表现为低温脆性，韧性大幅下降，而PE内层的韧性无损失，力学性能保持较好，并可吸收管材外部的冲击能量，从而降低沿冲击方向产生的位移并使受冲击部位的分子链不发生断裂。同时，当管材内的水结冰并对管材造成挤压而产生局部应力集中时，PE内层可吸收和耗散能量，抵抗银纹或微小裂纹等缺陷进一步扩大，使管材能够承受足够高的局部应力，从而大幅降低管材使用过程中的冻裂风险，降低维护成本，提高PP-R管材的长期使用寿命。

但由于PP-R与PE的相容性很差，无法将两者直接熔接，而且，即使通过聚烯烃相容剂对PP-R和PE进行加工改性，也无法解决两者的相容性问题，发明人经试验研究发现即使将多达10wt％的聚烯烃相容剂加入到PP-R外层或PE内层中进行共混改性，仍不能明显改善PP-R外层和PE内层的相容性，无法将这两个结构层直接熔接，且还会造成管材的耐静液压性能变差，无法满足冷热水应用管材的长期耐压需求。只有将聚烯烃相容剂作为中间层使用，才能解决PP-R外层与PE内层的相容性问题，使两者实现有效粘接。