开发多峰无规共聚聚丙烯（PP-R） 管材专用料牌号以满足新的市场需求 博禄公司 Antti Tynys Cristian Hedesiu 摘 要：在中东，无规共聚聚丙烯（PP-R）通常用于高层建筑的供热和生活水系统。这些建筑可能有60-80层，300多米高，管道长度有数公里，最大管径可达到160mm。因此，丝毫不损失材料的优良性能，高效、经济地制造这些大口径管材，将现有材料的设计推到极限，良好的加工性能是必要的。本文用中东的一些具体项目来说明这种情况。最初，单峰PP-R的原料被广泛使用，但由于受到机械性能和加工性能之间平衡的限制，其已经在很大程度上被第二代双峰PP-R原料取代。现在，第二代双峰PP-R原料广泛应用于欧洲和中东。为了解决对大口径管材的更高要求，进而发展了第三代多峰PPR原料，它具有良好的力学和加工性能之间的平衡，且这种改进的材料能够使挤出管材和注塑管件的产量更高，同时保持良好质量和终端产品的外观。本文描述了聚合物形态对管材和管件物理性能和加工性能的影响，核算了α成核制备原料的效益。结果表明，在聚合过程中添加一个α成核剂显著地改变了聚合物的结晶速度和收缩行为。更快的结晶可以减少注射管件的生产周期，特别有利于大口径管件的生产。产品的收缩也变得更少依赖于色母，使管材挤出时颜色变化更快，而不需要调整加工工艺。
前言 在1974年，人们把第一代单峰PP-R牌号用于冷热水压力管道产品中。由于单峰性，使得管材在力学性能和加工性能间平衡产生局限性，导致市场接受度有限。加工性能的局限性主要表现在管材外观质量差，而且生产速度慢。此外，低Mw是导致生产过程中偶尔出现气味和起烟现象的原因。 为了克服第一代PP-R牌号的局限性，开发了第二代双峰牌号。目前双峰PP-R牌号在欧洲和中东地区被广泛接受和使用。双峰性为PP-R牌号的分子量分布和流变特性提供了一个调整的机会。因此，这些牌号表现出了改善的加工性能和更好的管材外观。双峰性也使聚合物结构在单体含量分布方面得到进一步调整，而且第二代PP-R牌号在刚度-韧性平衡方面明显强于第一代PP-R牌号。但是，由于很难将分子量不同的两部分混合在一起，所以双峰分子量分布的分配会影响最终材料的均匀化。把色母分批加入到最终产品里的管材生产商经历了共混的挑战。由于单一螺杆挤出机的混合能力较差，一般管材生产都是使用单一螺杆挤出机，所以色母在管材产品中的分散并不完美。 为了满足大口径管材进一步发展的要求开发了第三代三峰PP-R原料。第三代PP-R材料显示出了优异机械性能和加工性能之间的平衡。多峰聚合物概念能够通过合并更多的单体到高分子量部分来特制共聚单体分布，这个高分子两部分带来了第一代和第二代都不能达到的优异刚性和韧性平衡。生产Borstar工艺三峰PP-R牌号的图例见图1。额外的部分也提高了均匀性和色母粒分散性，色母粒能够很容易均匀融入基础聚合物中。通过在聚合过程中α成核剂使材料性能特别是加工性能得到进一步提高，因为添加额外的α成核剂加快了PP-R材料的结晶速度，提高了PP-R材料的结晶温度。相对于第一代和第二代PP-R牌号来说，结晶速度和温度的提高能够缩短管件注塑的生产周期并提高管材挤出产量，同时保持良好的质量和产品的外观。PP-R牌号从单峰到多峰的进化见图2。 
1 第二代PP-R原料的案例研究 在中东，无规共聚聚丙烯（PP-R）通常用于高层建筑的供热和生活水系统。这些建筑可能有60-80层、300多米高，其中使用的管道长度有数公里，最大管径可达到160mm。这些建筑的金属管道系统需要非常健壮的人才能完成安装，因此设计师喜欢选用重量轻的PP-R管道系统。最近的项目之一，在阿布扎比PP-R管道成功的用于伊蒂哈德塔，总共涵盖面积超过50万平方米，5个塔的最高高度超过300米。除了明显有利于安装的重量轻和灵活性，PP-R系统还为安装工人和业主提供了一些其他重要利益。各种不同的管材和管件都可以通过套筒和热熔对接焊来连接，焊接系统非常安全，而且没有在高温条件下随时间老化的橡胶圈或垫圈。由于是塑料，管道不会被腐蚀，内部结垢的可能性也很小，同时还可以减弱由于震动而通过系统传播的噪声。 2 实验部分 2.1 材料 本文讨论的第二和第三代PP-R牌号生产管材和管件样品由博禄公司提供，两个样品熔指介于0.25g/10min和0.28g/10min之间，样品1是双峰无成核PP-R牌号，样品2是新开发的三峰PP-R牌号，是α成核，利用北欧化工成核技术(BNT)。样品1和样品2的性能总结见表1。  由表1可见，三峰样品的分子量分布略窄，所反映的剪切稀化指数较低。 样品的频率扫描曲线1和2如图3所示。在图3中我们可以看到，粘度曲线重叠，这表明无论样品2的低剪切稀化的趋势是否存在，两个样品都有相似的加工性能。如表1所示，23℃时，样品2的简支梁缺口冲击强度比样品1提高了两倍。0℃时样品2的简支梁缺口冲击强度比样品1高40%。实现冲击强度的改进，最终聚合物中的C2含量并没有显著增加，所以弯曲模量不受影响。这表明，相对于样品1，样品2改善了刚性-韧性平衡。如预期，看到的显著差别是由于BNT成核结晶行为引起的。BNT把成核结晶温度提高了大约15℃，结晶曲线如图4所示。 [1] [2] [3] 下一页 |