色母粒对pp-r、pp-b管材料力学性能的影响

色母粒对pp-r、pp-b管材料力学性能的影响

pp-r和pp-b管道是20世纪90年代初开发的新型塑料管道。密度小，强度高，耐腐蚀性好，无害，隔热温度好，安装施工方便等优点。因此这种管材正逐渐代替以往大量使用的镀锌管,广泛用于建筑冷热水系统和饮水系统。目前PP-R、PP-B管材主要以白色、浅灰色、橘黄色、宝蓝色为主。由于国外进口带色PP-R、PP-B管材专用料价格较高,因此笔者研制了PP-R、PP-B管材料专用色母粒,这种色母粒与国产PP-R、PP-B管材本色料或进口PP-R、PP-B管材本色料混合,可用来代替国外带色PP-R、PP-B管材专用料,可显著地降低企业制造PP-R、PP-B管材的生产成本,提高经济效益和社会效益。1实验部分1.1其他功能性材料LDPE:1C7A,北京燕山石化公司;固美透黄:GP,瑞士汽巴公司;固美透红:2030,瑞士汽巴公司;钛白粉:902,美国杜邦公司;超细碳黑:三威化工有限公司;群青:EP-25,市售;抗氧剂:1010,北京化工三厂;白油、聚乙烯蜡:市售;光亮剂:TS-2A,苏州兴泰国光化学助剂有限公司;PP-R管材专用料:RP-2400,大韩油化工业株式会社;PP-R管材专用料:RA130E,灰色,北欧化工公司。1.2试验1:注塑机+支梁冲击试验机双螺杆挤出机:TSE-57型,南京瑞华机械电子有限公司;高速捏合机:200L,阜新塑机厂;注塑机:BOLE125/80A-1型,宁波天马塑机厂;简支梁冲击试验机:MZ-2054型,江都市明珠实验机械厂;拉力试验机:WQB-500B型,江都市明珠实验机械厂;分光仪:3600D型,日本美能达公司;熔体流动速率仪:XR-400型,吉林大学科教仪器厂。1.3用于制造和样品制备的母粒(1)pe发粘、聚乙烯蜡纯化将按配方称量好的载体、颜料、分散剂、抗氧剂按一定次序倒入高速捏合机中进行高速混合约20min,高速捏合机产生的摩擦热使PE发粘、聚乙烯蜡融化,使颜料均匀地粘附在载体上,出料温度约100℃。最后用双螺杆挤出机挤出,挤出条料经水槽冷却、空气冷却、引入切粒机切粒、包装。挤出造粒温度:Ⅰ区90～120℃,Ⅱ区120～130℃,Ⅲ区130～140℃,Ⅳ区140～150℃,机头130℃;主机转速:1000～1200r/min;切粒机转速:1100～1400r/min。(2)试样制作和注射工艺标准试样的原料由PP-R管材专用料与专用色母粒按100:2的比例混合而成。混合物在注塑机上制作标准试样,同时用采购的PP-R管材专用料直接注射标准试样,作对比试验用。表1列出各试样所用的配方。试样注射工艺为加料段温度:80～100℃;压缩段温度:160～180℃;均化段温度:180～200℃;喷嘴温度:180℃,注塑压力:6～7MPa。1.4变色程度的测定试样耐热性的测试方法:取二块试样,将其中一块放在约95～100℃的热水中保持100h后取出,冷却后与未放在热水中的试样比较,根据GB250-1995用分光仪测定其变色程度。试样耐光性的测试方法:取二块试样,将其中一块在紫外线照射下连续照射150h后,与未照射的试样进行比较,根据GB250-1995用达分光仪测定其变色程度。1.5试验的健康安全根据GB9688-88《食品卫生检验方法》对试样进行卫生性试验。2结果与讨论2.1颜料选择原则(1)载体采用LDPE作色母粒载体具有下列优点:第一,LDPE熔点低,在高速混合过程中易软化发粘而使粉状颜料均匀地分散在其表面,使造粒加工容易;第二,LDPE分子链柔顺性好,与PP又有良好的相容性,能弥补由于颜料的加入造成的PP冲击强度的降低;第三,由于其具有良好的流动性,有利于专用母粒的制造以及在PP-R、PP-B管材成型生产中均匀分散。(2)分散剂分散剂在色母粒制造中的主要作用是提高颜料在色母粒制造和使用过程中的均匀分散性和加工流动性。分散剂有助于在原料被高速混合时,使颜料均匀分散在载体上。(3)颜料由于PP-R、PP-B管材专用料目前主要用于饮水管的制造,因此,在颜料选择时,应遵循下列几个原则:①无毒性,符合食品卫生检验标准;②耐迁移性好,与树脂有良好的相容性,不易从基体中析出;③耐光性好,使管材暴露在空气中在阳光下照射较长时间不褪色;④热稳定性好,能满足加工和长期受热使用的要求。基于以上四个原则,笔者采用了耐光性大于7～8级、耐热温度达300℃以上、卫生性符合食品卫生检测要求的颜料。(4)抗氧剂抗氧剂的主要作用是为了防止色母粒在制造和应用过程中的热氧老化,以延长管材的使用寿命。2.2色母粒对pp共混体系力学性能的影响试样力学性能、耐热性、耐光性测试结果见表2。由表2可知,2份的色母粒加入专用料中后,材料的缺口冲击强度、断裂伸长率、弯曲强度、拉伸强度与进口本色料相比略有变化。这说明色母粒载体及其它助剂对PP共混体系的结构有一定的影响,但由于用量较少,总体来讲,对材料的力学性能影响不大。由表2还可看出,2份的色母粒的加入,混合材料的耐光性、耐热性良好,经过耐光、耐热试验后色牢度保持良好。混合材料的熔体流动速率与进口的本色料相比,变化不大。2.3样品的卫生性表3列出试样卫生性试验结果。由表3可见,试样卫生性符合国家有关食品卫生检验标准。2.4大韩油化rp-400自然色母粒、pp-b管材料混合的生产原料成本PP-R、PP-B管材料专用色母粒有良好推广应用价值。目前北欧化工公司RA130E(灰色)料的市场价格为15000～16000元/t,大韩油化RP-2400(本色)料的市场价格为10000～11000元/t。如采用2份PP-R、PP-B管材料专用色母粒与大韩油化RP-2400(本色)混合后使用,按色母粒平均价24000元/t计算,则混合料的成本为10270～11250元/t,与北欧化工RA130E(灰色)料相比,PP-R管材的生产原料成本下降约31%。同时色母粒使用方便,对原管材生产工艺控制没有影响,因此实用性强。3专用色母粒的制造(1)该色母粒对PP-R管材专用料的力学性能影响不大。(2)采用该色母粒后,无需改变PP-R管材的生产工艺。(3)采用该色母粒生产的PP-R管材符合有关食品卫生性检验要求。(4)该色母粒能使管材外观颜色有良好的耐光性和耐热性。(5)该色母粒与国产或进口的本色PP-R、PP-B管材专用料混用,完全可取代进口的带色的