辐射交联聚丙烯热收缩带材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于对3PP管道进行补口防腐的材料，尤其涉及一种辐射交联聚丙烯热收缩带材料及其制备方法。
背景技术
钢质管道可以输送多种介质，包括石油、天然气以及其它化工介质。随着钢管运行环境的变化，对防腐层的要求也有所不同。有些介质需要高温输送，例如高粘油等，输送温度可达120℃以上。传统的钢管防腐比较好的防腐方式是采用3PE防腐结构，其焊口防腐补口采用辐射交联聚乙烯热收缩带防腐。辐射交联聚乙烯热收缩带在应用中存在如下缺点：
1)耐温等级最高100℃，超过100℃，聚乙烯基材将熔化变软，机械力学性能丧失，失去防腐性能，不能满足高温输送管道的防腐要求；
2)机械强度低，聚乙烯刚性较低，耐磨性不佳，敷设在地质条件较差的地域时，聚乙烯热收缩带易于损伤，导致防腐性能失效。
与聚乙烯相比，聚丙烯具有密度小、机械强度高、耐温性好等优点，近年来，越来越多的管线采用3PP防腐结构。然而，目前尚无开发出类似于辐射交联聚乙烯热收缩带且针对于3PP管道焊口防腐用材料。
而且，聚丙烯较难采用高能射线方法进行交联，因为，在交联的同时，伴随有严重的裂解反应，材料性能严重变劣；另外，单一的均聚或共聚聚丙烯硬度太大，同时较脆，还不适合作为热收缩带材料。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于对3PP管道进行有效补口防腐的辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
辐射交联聚丙烯热收缩带材料，特点是包含以下成分(重量百分比)：聚丙烯：25～95％，聚乙烯：1～35％，二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶：1～35％，交联敏化剂：0.1～5％，抗热氧稳定剂：0.1～2％，抗紫外线吸收剂：0.1～2％，炭黑：0.1～5％。
进一步地，上述的辐射交联聚丙烯热收缩带材料，其中，所述交联敏化剂为三烯丙基三聚异氰酸酯、三烯丙基三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。
更进一步地，上述的辐射交联聚丙烯热收缩带材料，其中，所述抗热氧稳定剂为抗氧剂1010、或抗氧剂330。
更进一步地，上述的辐射交联聚丙烯热收缩带材料，其中，所述紫外线吸收剂为UV-531、UV-9、UV-P、UV-326、UV-327、UV-328中的一种。
更进一步地，上述的辐射交联聚丙烯热收缩带材料，其组分具有如下的最佳重量百分比：聚丙烯：60％，聚乙烯：18％，二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶：15％，交联敏化剂：2％，抗热氧稳定剂：1％，抗紫外线吸收剂：1％，炭黑：3％。
再进一步地，辐射交联聚丙烯热收缩带材料的制备方法，特点是：首先将聚丙烯、聚乙烯、二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶、交联敏化剂、抗热氧稳定剂、抗紫外线吸收剂、炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为25～180kGy，再进行热延伸，对热延伸定型的聚丙烯材料涂敷或复合一层耐温热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
再进一步地，上述的辐射交联聚丙烯热收缩带材料的制备方法，其中，片材挤出机上挤出的片材其厚度为0.5～2.0mm。
再进一步地，上述的辐射交联聚丙烯热收缩带材料的制备方法，其中，热延伸的延伸率控制在15％～65％。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
采用聚丙烯作为基本树脂，聚乙烯(PE)和二元乙丙橡胶(EPR)或三元乙丙橡胶(EPDM)作为改性树脂，制备出辐射交联聚丙烯热收缩带材料。该材料具有较高软化点或熔融温度，软化点温度(环球发)在130～220℃，熔点在100～190℃，是一种比较理想的用于3PP管道防腐的补口材料，制品可长期地在140℃使用，防腐性能及密封性能良好，广泛应用于3PP管道的焊口部位的防腐补口。
【具体实施方式】
提供一种可以对3PP管道进行有效补口防腐的新型材料(辐射交联聚丙烯热收缩带材料)，辐射交联聚丙烯热收缩带材料是比较理想的用于3PP管道防腐的补口材料，用于3PP管道的焊口部位的防腐补口，可应用在常温或高温介质输送管道上(最高介质输送温度140℃)。
辐射交联聚丙烯热收缩带材料，采用共聚聚丙烯作为基本树脂，聚乙烯(PE)和二元乙丙橡胶(EPR)或三元乙丙橡胶(EPDM)作为改性树脂，其配方为：聚丙烯：25～95％，聚乙烯：1～35％，二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶：1～35％，交联敏化剂：0.1～5％，抗热氧稳定剂：0.1～2％，抗紫外线吸收剂：0.1～2％，炭黑：0.1～5％。优选配方是：聚丙烯：60％，聚乙烯：18％，二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶：15％，交联敏化剂：2％，抗热氧稳定剂：1％，抗紫外线吸收剂：1％，炭黑：3％。
其中，在聚丙烯复合材料中添加适量交联敏化剂，使聚丙烯材料在给定辐照剂量下主要反应是交联反应，交联敏化剂在促使聚丙烯交联的同时，抑制聚丙烯的辐射裂解。交联敏化剂主要是含有碳-碳双键(-C＝C-)的三官能团弹体，具体是三烯丙基三聚异氰酸酯(TAIC)、三烯丙基三聚氰酸酯(TAC)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)，选用时可以选用其中任意一种或多种交联敏化剂。
添加适量抗热氧稳定剂，如抗氧剂1010、抗氧剂330等，可以抑制聚丙烯材料在加工过程中发生的热降解反应，以及在使用过程中大气环境紫外线和可见光对材料的光降解反应。
添加适量抗紫外线吸收剂，如UV-531、UV-9、UV-P、UV-326、UV-327、UV-328等，可提高材料的稳定性。
添加适量炭黑可以增加聚丙烯材料的耐候性和给材料染色。
具体的制备工艺是：首先将聚丙烯、聚乙烯、二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶、交联敏化剂、抗热氧稳定剂、抗紫外线吸收剂、炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材的厚度为0.5～2.0mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为25～180kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在15％～65％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料涂敷或复合一层耐温热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
实施例1：
首先将55.9份聚丙烯、15.0份聚乙烯、20.0份二元乙丙橡胶、5份三烯丙基三聚异氰酸酯、0.1份抗氧剂1010、1.0份抗紫外线吸收剂UV-531、3.0份炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材的厚度为1.5mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为38.5kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在35％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料涂覆耐温150℃的热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。该材料具有优异的抗紫外线性能，可以应用于户外架空管道。
实施例2：
首先将31份聚丙烯、30.0份聚乙烯、35.0份三元乙丙橡胶、0.5份三烯丙基三聚氰酸酯、0.5份抗氧剂330、1.0份抗紫外线吸收剂UV-9、2份炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材的厚度为0.5mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为145kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在65％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料涂敷一层耐温热熔胶，即获得具有高收缩率的辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
实施例3：
首先将73.4份聚丙烯、1.0份聚乙烯、15.0份三元乙丙橡胶、3.5份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2.0份抗氧剂1010、0.1份抗紫外线吸收剂UV-P、5.0份炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材的厚度为2.0mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为25kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在40％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料复合一层耐温热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
实施例4：
首先将57.0份聚丙烯、35.0份聚乙烯、1.0份二元乙丙橡胶、2.0份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、1.0份抗氧剂330、2.0份抗紫外线吸收剂UV-327、2.0份炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材地厚度为1.0mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为180kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在45％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料涂敷一层耐温热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
实施例5：
首先将30.0份聚丙烯、24.0份聚乙烯、35.0份三元乙丙橡胶、2.5份三烯丙基三聚氰酸酯、2.0份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.0份抗氧剂1010、1.0份抗紫外线吸收剂UV-326、4.5份炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材的厚度为0.8mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为108kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在39％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料涂敷一层耐温热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
实施例6：
首先将60.0份聚丙烯、18份聚乙烯、15.0份三元乙丙橡胶、2.0份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.0份抗氧剂1010、1.0份抗紫外线吸收剂UV-327、3.0份炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材的厚度为1.2mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为125kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在47％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料复合一层耐温热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
实施例7：
首先将60.0份聚丙烯、18.0份聚乙烯、15.0份三元乙丙橡胶、2.0份三烯丙基三聚氰酸酯、1.0份抗氧剂330、1.0份抗紫外线吸收剂UV-9、3.0份炭黑进行混合，并造粒，继而在片材挤出机上挤出成型为片材，片材的厚度为1.5mm，片材在电子加速器下进行辐照，吸收射线剂量为113kGy，再进行热延伸，热延伸的延伸率控制在50％，扩张定型使其具有热收缩性能，对热延伸定型的聚丙烯材料涂覆耐温150℃的热熔胶，即获得辐射交联聚丙烯热收缩带材料。
经检测，采用本发明技术方案获得的辐射交联聚丙烯热收缩带材料，其主要技术性能指标与现有聚乙烯热收缩带材料相比，见表1。
表1实施例与现有材料的性能比较
检测项目 试验方法 实施例 1 实施例 2 实施例 3 实施例 4 实施例 5 实施例 6 实施例 7 现有材 料 拉伸强度(MPa) GB/T1040 28 26 30 29 27 30 27 22 维卡软化点 (℃) GB/T1633 146 134 148 142 135 148 141 110 耐热老化 150℃，168h 断裂伸长保持率 GB/T1040 95％ 85％ 87％ 87％ 85％ 93％ 92％ 80％
表1中比较了辐射交联聚丙烯热收缩带材料与现有聚乙烯热收缩带材料的性能，从测试数据显示，材料的强度与现有材料相比有很大提高，维卡软化点也有大幅度的提高，交联后的聚丙烯通过热延伸定型，与热熔胶复合，用于石油、天然气管道的焊口补口防腐，材料可以在更高温度下长期使用。
综上所述，材料具有较高软化点或熔融温度，软化点温度(环球发)在130～220℃，熔点在100～190℃。辐射交联聚丙烯热收缩带是一种比较理想的用于3PP管道防腐的补口材料，制品可长期地在140℃使用，防腐性能及密封性能良好，广泛应用于3PP管道的焊口部位的防腐补口。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。