技术领域
[0001] 本发明涉及管件技术领域，具体涉及一种耐低温冲击的PPR纤维复合管及其制备方法。
相关背景技术
[0002] PPR，即无规共聚聚丙烯，与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，其管材具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便等优点且使用寿命长达50年，自引入国内以来，得到了广泛的应用。
[0003] 然而PP‑R存在低温脆性，在5℃以下的低温中，受外力易对管材造成损伤，因此在北方寒冷地区冬季施工和运输不便；此外PP‑R管道用作主干管、立管时，刚性较低，易下垂弯曲，且线膨胀系数是钢材的三倍，长距离铺设在通热水后也容易膨胀弯曲。现有的PP‑R玻纤复合管材通过引入玻纤，解决了线膨胀系数和刚度的问题，却降低了管材的韧性，加剧了PP‑R管材的低温脆性，在实际使用时，更易在低温下受冲击后崩断。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0048] 如图1‑3所示，1.一种耐低温冲击的PPR纤维复合管，包括复合管主体1，复合管主体1周向外壁设有PPR外层11，PPR外层11周向内侧设有抑菌防垢PPR内层12，抑菌防垢PPR内层12与PPR外层11之间设有抗冲击增强层13，抗冲击增强层13的厚度大于复合管主体1厚度的33％，抑菌防垢PPR内层12的厚度大于复合管体厚度的15％。
[0049] 其中抑菌防垢PPR内层12厚度占比整个复合管厚度的20％，抗冲击增强层13厚度占比整个复合管厚度的50％，PPR外层11厚度占比整个复合管厚度的30％。
[0050] 抑菌防垢PPR内层12主要起防止细菌滋生的作用，并使得管材内壁光滑，保持不结垢、水流量大的优点。
[0051] 抗冲击增强层13加入的玻璃纤维起到增强力学性能的效果，POE、PERT的添加可以改善玻璃纤维加入引起的韧性降低。
[0052] PPR外层11则保证了复合管材能继承PPR管材优良的焊接性能。
[0053] 其中，抗冲击增强层13包括与PPR外层11内壁相连的刚性外层131，刚性外层131周向内侧设有与抑菌防垢PPR内层12周向外壁相连的柔性内层132，柔性内层132与刚性外层131之间设有若干抗冲击结构2。
[0054] 详细地，抗冲击结构2包括与刚性外层131内壁连接的弧形柔性21部，且弧形柔性21部连接通过若干支撑部22连接有弧形刚性部23，弧形刚性部23内壁与柔性内层132连接，且相邻的支撑部22之间设有填充间隙24，填充间隙24内填充柔性绝缘材料。
[0055] 刚性结构与柔性结构相互结合并配合支撑部22形成高强度的抗冲击效果，其次，在填充间隙24内填充柔性绝缘材料，用于提高耐低温效果，并且相连的两个抗冲击结构2之间挤出PPR复合材料进行填充提高结构强度。
[0056] 进一步地，PPR外层11周向外壁包裹有耐磨层111，抑菌防垢PPR内层12周向内壁设有防护内层121。
[0057] 优选地，PPR外层11由PPR材料制成，PPR材料为密度0.9～0.92g/cm3，熔融指数为0.2～0.5g/10min的树脂；
[0058] 其中，PPR外层11的PPR材料中添加有氧化镍和纳米蒙脱土材料，氧化镍和纳米蒙脱土的质量比为1:3到1:2之间，且纳米蒙脱土在管材中的质量分数为1‑3％。
[0059] 氧化镍和纳米蒙脱土材料的加入用于提升PPR管材的耐低温冲击性能。其作用原理主要包括以下几个方面：
[0060] 1.纳米蒙脱土的插层效应：纳米蒙脱土是一种层状硅酸盐矿物，其片层结构可以通过有机改性剂插入PPR基体中形成“插层”复合材料。这种结构增强了PPR分子链与蒙脱土片层之间的相互作用，提高了材料的层间结合力。在低温环境下，插层结构能够有效阻止裂纹的快速扩展，提高材料的抗冲击性能和耐低温冲击性能。
[0061] 2.纳米蒙脱土的增韧机制：纳米蒙脱土的片层在PPR基体中起到“应力集中器”的作用，当材料受到冲击时，片层可以分散和吸收冲击能量，从而提高材料的韧性。此外，蒙脱土的热传导性能也有助于PPR基体更均匀地散热，减少因局部温差导致的应力集中，进一步提高材料的耐低温冲击性能。
[0062] 3.氧化镍的强化作用：氧化镍作为纳米颗粒添加剂，其纳米尺度效应可以改善PPR基体的微观结构，如提高结晶度、细化晶粒尺寸、减少缺陷等。这些微观结构的改善可以提高材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能，增强PPR管材的耐低温冲击性能。
[0063] 4.氧化镍的阻隔效应：氧化镍颗粒在PPR基体中形成“屏障”，能够阻止裂纹的扩展，提高材料的抗裂纹传播能力。特别是在低温环境下，氧化镍颗粒可以减少低温下PPR分子链的运动，减少脆性转变，提高材料的低温韧性。
[0064] 5.协同效应：纳米蒙脱土和氧化镍的协同作用可以进一步提高PPR管材的耐低温冲击性能。蒙脱土的“插层”结构和增韧机制与氧化镍的强化和阻隔效应相互配合，共同提高材料的抗冲击性能和耐低温性能。
[0065] 综上所述，氧化镍和纳米蒙脱土的加入可以提升PPR管材的耐低温冲击性能，其作用原理包括纳米蒙脱土的插层效应和增韧机制、氧化镍的强化作用和阻隔效应以及两者之间的协同效应。实际应用时，根据具体工艺条件、性能要求以及成本等因素综合考虑，选择最合适的氧化镍和纳米蒙脱土，并通过实验验证其对PPR管材耐低温冲击性能的提升效果。
[0066] 抑菌防垢PPR内层12为抗菌防垢型PPR材料制成，其重量组分包括：PPR树脂100份，抗菌母粒2‑5份，防结垢母粒0.1‑0.5份；其中，所述防结垢母粒为聚四氟乙烯细粉、硅氧烷、硅氧烷共聚物、硅酮润滑剂的一种或多种引入PPR中造粒制成，抗菌母粒为锌系抗菌剂或银系抗菌剂引入PPR中造粒制成；
[0067] 抗冲击增强层13包括以下重量组分：PPR树脂100份，玻璃纤维30‑60份，增韧剂5‑15份，相容剂10‑15份，防老母粒1.5‑2份，PERT树脂10‑40份，嵌段共聚聚丙烯5‑10份；玻璃纤维为连续长玻纤，经过浸渍改性处理，分散性更好，玻璃纤维的保留长度为400‑800μm，增韧剂为热塑性弹性体POE，相容剂为聚丙烯‑马来酸酐接枝物，可以进一步改善聚合物和玻璃纤维的相容性。
[0068] 一种耐低温冲击的PPR纤维复合管的制备方法，本法包括以下步骤：
[0069] 实施例一
[0070] S1、抑菌防垢层制备；
[0071] S2、抗冲击增强层13制备；
[0072] S3、选用PPR树脂材料作为PPR外层11；
[0073] S4、复合管挤出。
[0074] 步骤S1具体包括以下步骤：
[0075] S11、按重量份称取PPR材料100份、锌离子抗菌母粒5份、防结垢母粒0.4份，置于高速混合机中进行搅拌，搅拌时间为4‑6min；
[0076] S12、采用高混炼双螺杆挤出机，设置加工温度为170‑200进行熔融共混、造粒，制备得到抑菌防垢PPR复合材料。
[0077] 步骤S2具体包括以下步骤：
[0078] S21、按重量份称取PPR100份、相容剂11份、PERT树脂20份、增韧剂6份、嵌段共聚聚丙烯6份、防老母粒1.6份，置于高速混合机中进行搅拌9‑11min；
[0079] S22、使用高混炼双螺杆挤出机进行熔融共混，并通过侧喂料引入长玻纤50份，设置加工温度180‑210℃，挤出后切粒，获得高抗冲增强的PPR复合材料，干燥后储存待用。
[0080] 步骤S4具体包括以下步骤：
[0081] S41、将步骤S1‑步骤S3中获得的抑菌防垢PPR复合材料、高抗冲增强的PPR复合材料以及PPR材料分别作为抑菌防垢PPR内层12、抗冲击增强层13、PPR外层11的原料置于三台螺杆挤出机中，进行熔融共挤，设置共挤温度为180‑230℃；
[0082] S42、控制三台单螺杆挤出机的螺杆转速，以此来控制三层材料的挤出量，使得内层、中间层以及外层三层厚度的比例为2:5:3；
[0083] S43、经定径套定型、冷却、牵引和切割后制得耐低温冲击的PPR纤维复合管。
[0084] 单独将步骤S22中的高抗冲增强的PPR复合材料通过注塑机注塑成缺口冲击样条和弯曲样条。
[0085] 实施例二
[0086] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例一相同，制备方法与实施例一相似，区别仅在于：PERT的添加量为10重量份。
[0087] 实施例三
[0088] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例一相同，制备方法与实施例一相似，区别仅在于：POE的添加量为10重量份。
[0089] 对比例1
[0090] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例一相同，制备方法与实施例一相似，区别仅在于：未添加POE。
[0091] 对比例2
[0092] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例一相同，制备方法与实施例一相似，区别仅在于：未添加PPB。
[0093] 对比例3
[0094] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例一相同，制备方法与实施例一相似，区别仅在于：未添加PPB和POE。
[0095] 对比例4
[0096] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例一相同，制备方法与实施例一相似，区别仅在于：未添加PPB和POE，PERT的添加量为10重量份。
[0097] 对比例5
[0098] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例一相同，制备方法与实施例一相似，区别仅在于：未添加PERT、PPB和POE。
[0099] 对比例6
[0100] 本实施例提供了一种复合管及其测试样条，其结构与实施例1相同，制备方法与实施例1相似，区别仅在于：未添加PERT和POE，选用的PPR都换成了PPB。
[0101] 将上述实施例和对比例制得的缺口冲击样条按照GB/T1043‑2008标准测定冲击性能；按照GB/T9341‑2008标准测定弯曲性能；按CJT258‑2014标准进行静液压试验；为了能够更快的比较出管材耐压的差异，采用了高于标准CJT258‑2014的方式进行静液压试验，以此评估耐内压性能；测试结果如表1，表2所示：
[0102]
[0103] 表1
[0104]
[0105]
[0106] 表2
[0107] 由实施例一‑三和对比例1‑6可知各类力学性能与PERT、PPB、POE的添加量有关，合理调整三者的比例，则可以保证冲击性能提高的同时不会大幅降低管材的高温耐压性能。
[0108] 综上所述，本实施例的原理在于：通过在复合管主体1上设置PPR外层11、抑菌防垢PPR内层12、抗击增强层13保证原有力学性能的基础上，大幅度提升复合管材的韧性，解决PPR玻纤管低温脆性导致的剪管易崩断的问题，并且本制备方法通过管件组分和配比，并加入POE加入可以形成海岛结构，其增韧机理符合银纹‑剪切带理论，可分散外加冲击应力，并产生大量银纹和剪切带，进一步吸收大量能量，提高管材的耐冲击性能；
[0109] 其次，PPR/POE/PERT三者的共混进一步提高管材的耐冲击性能，综合提高PPR材料的各项性能，并且大大降低成本；
[0110] 同时，PPB作为丙烯‑乙烯嵌段共聚物，可以改善PPR和PERT之间的相容性，保证管材的耐内压性能不发生下降。通过引入抗菌母粒和防结垢母粒，提高了管材的卫生性能与内壁的光滑程度，减少了水垢的附着。
[0111] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0112] 尽管本文较多地使用了复合管主体1、PPR外层11、抑菌防垢PPR内层12、抗击增强层13、刚性外层131、柔性内层132、抗冲击结构2、弧形柔性21、支撑部22、弧形刚性部23、填充间隙24、耐磨层111、防护内层121等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
