一种高耐热抗冲击改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法与流程

本发明涉及电缆保护管，尤其涉及一种高耐热抗冲击改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯电缆保护管具有质量轻、耐腐蚀、绝缘性能好、施工方便和可回收利用等优点，已广泛应用于电力电缆敷设与非开挖施工领域。为改善普通聚丙烯材料在低温或外力冲击条件下易发生脆裂的问题，现有技术通常采用乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶等聚烯烃弹性体进行增韧，并通过添加β成核剂促进聚丙烯形成韧性较好的β晶型；同时，为提高管材的耐热性、环刚度和尺寸稳定性，常加入滑石粉、云母粉等片状无机填料，或者采用高结晶聚丙烯与抗冲共聚聚丙烯进行共混。为改善不同组分之间的相容性和分散状态，部分技术还采用马来酸酐接枝聚烯烃作为相容剂，或者通过母粒预分散、分段喂料和双螺杆熔融共混等加工方式制备改性聚丙烯管材。上述技术能够在一定程度上改善聚丙烯电缆保护管的单项性能，但多数方案仍主要依赖弹性体、成核剂和无机填料的常规复配，各功能组分通常共同经历较长时间的高温、高剪切塑化过程。

2、然而，现有改性体系仍难以稳定兼顾管材的低温抗冲击性能与高温承载稳定性。聚烯烃弹性体添加量增加虽然有利于吸收冲击能量，但弹性分散相在较高温度和持续载荷作用下容易发生变形或流动，导致管材的高温环刚度、抗蠕变性和尺寸稳定性下降；片状耐热填料虽然能够提高刚度和耐热性，却可能造成局部应力集中，并在与弹性体和β成核剂共同塑化时影响弹性相的破碎、聚并及β晶型形成过程。此外，普通马来酸酐接枝聚烯烃主要发挥界面相容作用，难以同时保持弹性体的冲击耗能能力并限制其高温流动；将各组分一次性加入或仅进行常规母粒化处理，也难以有效控制不同功能组分所经历的热机械历程。因此，仍有必要开发一种能够调节聚烯烃弹性体分子间作用状态，并对增韧组分、β成核剂和片状耐热填料进行分区预制及分阶段复合的制备方法，以在不显著增加弹性体用量的条件下，兼顾聚丙烯电缆保护管的抗冲击性、耐热刚度、抗蠕变性及长期使用稳定性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种高耐热抗冲击改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法，通过对马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物进行氨基二醇开环及部分锌中和，制得改性弹性体，并与β成核剂共同制成增韧母粒；再与含片状耐热填料的连续相母料分区复合，以提高管材的抗冲击性、耐热刚度及长期使用稳定性。

2、本发明可以通过以下技术方案实现：

3、一种高耐热抗冲击改性聚丙烯电缆保护管的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、按照2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇中的氨基与马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的酸酐基团的摩尔比为（0.55～0.80）：1，将马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物与2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇进行熔融开环反应；按照开环反应产物中可滴定羧基的中和度为20%～40%加入氧化锌进行部分中和，经真空脱挥，得到部分锌中和改性聚烯烃弹性体；将部分锌中和改性聚烯烃弹性体、第二部分抗冲共聚聚丙烯和制备原料中的全部β成核剂进行熔融共混，得到β晶型增韧母粒，β晶型增韧母粒的制备过程中不加入片状耐热填料；

5、s2、将高结晶聚丙烯、第一部分抗冲共聚聚丙烯、片状耐热填料、抗氧剂和加工助剂进行熔融共混，使片状耐热填料预先分散于以高结晶聚丙烯为主体的聚丙烯熔体中，得到耐热连续相母料，耐热连续相母料的制备过程中不加入β成核剂和部分锌中和改性聚烯烃弹性体；

6、s3、将步骤s2所得耐热连续相母料由挤出机的主喂料口加入并完成熔融塑化，在形成含片状耐热填料的连续熔体后，将步骤s1所得β晶型增韧母粒由挤出机的下游分布混合区加入；β晶型增韧母粒加入后经分布混合、挤出成型、真空定径和冷却，得到高耐热抗冲击改性聚丙烯电缆保护管。

7、优选的，按重量份计，用于制备所述高耐热抗冲击改性聚丙烯电缆保护管的原料包括：高结晶聚丙烯50～70份、抗冲共聚聚丙烯15～30份、部分锌中和改性聚烯烃弹性体6～14份、片状耐热填料5～15份、β成核剂0.05～0.25份、抗氧剂0.20～0.80份和加工助剂0.20～1.20份；所述第一部分抗冲共聚聚丙烯与第二部分抗冲共聚聚丙烯的质量比为1：（0.5～1.5）。

8、优选的，所述马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的马来酸酐接枝率为0.6%～1.3%，在190℃、2.16 kg条件下的熔体质量流动速率为0.5～5.0 g/10min；所述熔融开环反应的温度为125～150℃，反应时间为1～4 min；所述氧化锌加入后的反应温度为140～165℃，反应时间为1～4 min。

9、优选的，所述熔融开环反应后，马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中酸酐基团的开环转化率为50%～80%；所述部分锌中和改性聚烯烃弹性体的酸值为2.0～6.0 mg koh/g，锌质量分数为0.05%～0.25%，凝胶质量分数不大于3%。

10、优选的，所述氧化锌的中位粒径不大于0.8 μm；加入氧化锌后，在真空度为-0.070～-0.095 mpa的条件下脱挥30～150 s。

11、优选的，按重量份计，所述β晶型增韧母粒的制备原料包括第二部分抗冲共聚聚丙烯60～78份、部分锌中和改性聚烯烃弹性体22～40份和β成核剂0.20～1.00份；所述β成核剂为n,n'-二环己基-2,6-萘二甲酰胺，所述β成核剂与部分锌中和改性聚烯烃弹性体的质量比为1：（30～150）。

12、优选的，按重量份计，所述耐热连续相母料的制备原料包括高结晶聚丙烯60～80份、第一部分抗冲共聚聚丙烯10～25份、片状耐热填料8～20份、抗氧剂0.20～0.80份和加工助剂0.20～1.20份；所述片状耐热填料为滑石粉、云母粉中的一种，所述片状耐热填料的中位粒径为1～6 μm，径厚比为15～40。

13、优选的，所述s3中，β晶型增韧母粒的加入位置位于挤出机螺杆总长度的60%～75%处；所述β晶型增韧母粒加入后的熔体停留时间为20～45 s，比机械能为0.02～0.08 kwh/kg，且β晶型增韧母粒加入前后熔体温度的升高值不大于10℃。

14、优选的，所得高耐热抗冲击改性聚丙烯电缆保护管中，部分锌中和改性聚烯烃弹性体形成的分散相的中位粒径为0.3～1.0 μm，粒径d90不大于2.0 μm；按照广角x射线衍射法测得的聚丙烯β晶相对含量kβ为0.25～0.55。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明通过对马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物依次进行氨基二醇开环和氧化锌部分中和，在聚烯烃柔性链段上构建受控的锌羧酸盐离子缔合结构，使所得改性弹性体既能够在冲击载荷下发生形变并吸收能量，又能够限制弹性分散相在高温及持续载荷下的过度流动，从而缓解传统弹性体增韧导致管材高温刚度和抗蠕变性能下降的问题。同时，本发明将改性弹性体与全部β成核剂共同制成β晶型增韧母粒，将片状耐热填料预先分散于高结晶聚丙烯连续相中，并在连续熔体形成后由挤出机下游加入增韧母粒，减少β成核剂和改性弹性体经历的高温、高剪切作用，改善弹性相分散状态及β晶型形成条件。由此，所得电缆保护管能够兼顾低温抗冲击性、高温环刚度、抗蠕变性和热老化稳定性，具有较好的高低温环境适应能力及长期承载稳定性。