邱麗萍,張明強(qiáng),宋磊,梁忠越,李慶海,喬曉明
(1.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院大慶化工研究中心,黑龍江省大慶市 163318;2.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司塑料廠,黑龍江省大慶市 163318;3.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司實(shí)業(yè)公司,黑龍江省大慶市 163318)
PPR管材專用樹脂的結(jié)構(gòu)與加工性能
邱麗萍1,張明強(qiáng)1,宋磊1,梁忠越2,李慶海2,喬曉明3
(1.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院大慶化工研究中心,黑龍江省大慶市 163318;2.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司塑料廠,黑龍江省大慶市 163318;3.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司實(shí)業(yè)公司,黑龍江省大慶市 163318)
通過核磁共振分析和相對分子質(zhì)量分布測試研究了無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)管材專用樹脂的結(jié)構(gòu)與性能,確定了試樣的最佳擠出實(shí)驗(yàn)條件,完成了優(yōu)化條件下擠出管材的靜液壓試驗(yàn)和爆破試驗(yàn)。PPR管材專用樹脂的乙烯摩爾分?jǐn)?shù)為3%~4%,重均分子量為55×104左右,擠出加工溫度為230℃時制品性能最佳;管材制品規(guī)格為φ32 mm×2.9 mm時,爆破壓力超過4.200 MPa,并通過了3.8 MPa,95℃,165 h的靜液壓測試。
無規(guī)共聚聚丙烯 管材 乙烯 加工性能
無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)管材具有衛(wèi)生環(huán)保、耐壓耐熱、保溫節(jié)能、不結(jié)垢、安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn),是近年興起的新型化學(xué)建材,現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)和民用建筑的生活衛(wèi)生飲用水及熱水采暖系統(tǒng)中。我國建設(shè)部己推薦使用PPR管道等新型管道代替鍍鋅管,用于室內(nèi)給排水。目前,國內(nèi)PPR管材樹脂的市場需求量已達(dá)200 kt/a,眾多石化企業(yè)都加速了此類專用樹脂的開發(fā)。本工作對國內(nèi)市場上的三種PPR管材專用樹脂進(jìn)行了物性分析和結(jié)構(gòu)表征,并建立了PPR管材專用樹脂結(jié)構(gòu)與加工性能的關(guān)系,為PPR管材樹脂生產(chǎn)提供參考。
PPR:R200P,韓國曉星公司生產(chǎn);PP-R4220,中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司生產(chǎn);PA14D,中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司生產(chǎn)。
凝膠滲透色譜采用美國沃特斯公司生產(chǎn)的GPC150CV型凝膠滲透色譜儀測試。核磁共振碳譜(13C-NMR)采用瑞士布魯克拜厄斯賓有限公司制造的AVANCEⅢ型核磁共振質(zhì)譜儀,磁場400 MHz,二氯氚代苯作溶劑,甲苯硅氧烷作內(nèi)標(biāo),溫度120~140℃,取樣時間6 s,累加次數(shù)2 000~4 000。由13C-NMR測得的結(jié)構(gòu)按Carman法計(jì)算。
管材爆破試驗(yàn)和管材靜液壓試驗(yàn)按GB/T 18742.3—2002測試。
為了適應(yīng)PPR擠出成型管材,需要較高的相對分子質(zhì)量、熔體黏度和熔體強(qiáng)度,較寬的相對分子質(zhì)量分布(Mw/Mn,Mw為重均分子量,Mn為數(shù)均分子量)。高相對分子質(zhì)量部分可以提高熔體強(qiáng)度,低相對分子質(zhì)量部分則可以起到熔融潤滑的作用,更有利于擠出成型[1]。由表1可以看出:PPR專用樹脂的Mw為55×104左右,適宜的Mw/Mn為3~4。
表1 PPR管材樹脂的相對分子質(zhì)量及其分布Tab.1Relative molecular mass and its distribution of the PPR resins for pipes
由表2可以看出:三種PPR管材樹脂中的乙烯摩爾分?jǐn)?shù)[y(E)]僅有3%~4%。在三元序列結(jié)構(gòu)中的y(PEP)(約3.7%)比y(EEE)(約0.3%)大,說明乙烯比較均勻地插入到丙烯的序列結(jié)構(gòu)中[2]。同時,在聚丙烯(PP)鏈上引入乙烯,改變了PP分子鏈中甲基有序排列狀態(tài),分子鏈的柔性增加,使無規(guī)共聚物抗沖擊性能增加[3]。
表2 PPR管材樹脂的乙烯含量和序列結(jié)構(gòu)Tab.2Ethylene content and sequential structure of the PPR resins for pipes
在德國巴登菲爾公司生產(chǎn)的φ65型管材擠出機(jī)組上擠制φ32 mm×2.9 mm,φ32 mm×3.6 mm兩個規(guī)格的管材,摸索管材擠出的最佳工藝條件[4]。ISO/DIS 15874-2.2:1999要求管材內(nèi)外壁光滑、平整,不許有裂紋、氣泡、分解顏色或明顯溝槽、凹陷、雜質(zhì)、劃痕,切口基本垂直于管材軸線,縱向伸縮率不大于2.0%。從表3看出:加工溫度為220~230℃時,用R200P和PA14D制備的管材外觀均達(dá)到ISO/DIS 15874-2.2:1999要求;230℃時,用PP-R4220制備的管材外觀達(dá)到ISO/DIS 15874-2.2:1999要求。由此可以確定,PPR樹脂的適宜擠出加工溫度是230℃,在此溫度下擠出穩(wěn)定,管材外觀性能良好。
管材爆破試驗(yàn)采用φ32 mm×2.9 mm管材。從表4看出:用這三種樹脂制備的管材爆破壓力均在4.200 MPa以上,但PP-R4220和PA14D管材的爆破壓力較R200P管材略高,并且有一個試樣破口呈韌性斷裂。韌性斷裂說明管材在斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形,有一個緩慢的撕裂過程,表現(xiàn)出較好的韌性。
管材靜液壓試驗(yàn)采用φ32 mm×2.9 mm的試樣,每種樹脂擠出5根管材,管材最小壁厚見表5。管材在靜液壓應(yīng)力3.8 MPa、溫度95℃下,經(jīng)歷165 h無破裂,通過測試。這說明三種樹脂生產(chǎn)的管材都具有很好的耐靜液壓性能。
表3 PPR管材樹脂的擠出成型工藝Tab.3Extrusion conditions of the PPR resins for pipes
表4 PPR管材爆破試驗(yàn)Tab.4Bursting test of the PPR pipes
表5 PPR管材耐靜液壓性能Tab.5Hydrostatic performance of the PPR pipes
a)三種PPR管材專用樹脂的y(E)為3%~4%,重均分子量為55×104左右;適宜擠出加工溫度為230℃,此時所制管材外觀形態(tài)良好,能夠達(dá)到ISO/DIS 15874-2.2:1999要求。
b)三種PPR管材能承受的爆破壓力均在4.200 MPa以上,并且在應(yīng)力為3.8 MPa,溫度為95℃下,歷經(jīng)165 h的靜液壓試驗(yàn)中,試樣均沒有破裂。
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Structure and processability of random copolypropylene special resin for pipes
Qiu Liping1,Zhang Mingqiang1,Song Lei1,Liang Zhongyue2,Li Qinghai3,Qiao Xiaoming3
(1.Daqing Petrochemical Research Center of PetroChina,Daqing 163318,China;2.Plastic Plant of Daqing Petrochemical Company of PetroChina,Daqing 163318,China;3.Industry Plant of Daqing Petrochemical Company of PetroChina,Daqing 163318,China)
The structure and properties of 3 grades of random copolypropylene(PPR)special resins for pipes were studied by nuclear magnetic resonance analysis and relative molecular mass distribution test.The optimal extrusion conditions of the resins were determined;hydrostatic test and bursting test of the pipes produced under the above conditions were completed.The properties of the PPR pipes reached the optimum when the resins′molar fraction of ethylene was 3%-4%,weight average molecular mass was about 55×104and the extrusion temperature was 230℃.The bursting pressure ofthe pipe was over 4.200MPa whenits dimensionspecification was Φ32 mm×2.9 mm;the pipes also passed the hydrostatic test under the conditions of 3.8 MPa,95℃and 165 h.
random copolypropylene;pipes;ethylene;processability
TQ 325.1+4
B
1002-1396(2012)02-0063-03
2011-10-08。
2011-12-30。
邱麗萍,女,1960年生,高級工程師,1982年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)工藝專業(yè),主要從事聚烯烴專用樹脂的開發(fā)與研究。E-mail:qlp459@petrochina. com.cn;聯(lián)系電話:(0459)6764831。
(編輯:陳文淑)