CN100393795C - 一种饮水用高抗冲聚氯乙烯管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材及其制备方法，属管材技术领域，用于提高硬聚氯乙烯管材的高抗冲强度性能。其技术方案是：它按重量单位计含有PVC树脂100份，热稳定剂0.4～0.6，润滑剂1.4～1.7，填充剂0～3，增韧剂5～7，着色剂0.03～0.05。制备时，将PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、着色剂、增韧剂通过上料系统加入到热混机中，在115～120℃混合均匀，形成非常均匀的混合料；将上述混合料冷混至45℃，再经双螺杆挤出机挤出管材；管材经真空定径冷却成型；定长切割、扩口成型、包装即为成品。本发明具有良好的韧性和较高的强度，能够抵抗较强的冲击力，其物理机械性能也非常优异，它工艺简单、成本低。

Description

一种饮水用高抗冲聚氯乙烯管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改进的饮水用聚氯乙烯管材的制备方法，属管材技术领域。
背景技术
城市供水系统是城建中最重要的基础项目。近百年来，城市建筑物的供水管道都采用镀锌管，随着科技发展和生活水平的提高，人们对供水系统经常出现的因管道腐蚀造成的污染日益关注，以新的供水管道材料替换传统的镀锌管，改善供水质量成为各方面的共识。目前新的供水管道材料主要有塑料管和塑料金属复合管，其中硬聚氯乙烯(简称PVC-U)塑料管以其抗腐蚀性能好、质地坚硬、易于粘接、价格低廉等优点得到广泛的应用。但在实践中，人们发现它因早期韧性破坏的实例时有发生，因此常规的硬聚氯乙烯管材的韧性和强度还有待于提高，以满足较恶劣环境中更为宽广领域的应用需求。
发明内容
本发明用于提供一种具有更好韧性并保持长期高强度的、饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材，本发明还要提供这种管材的制备方法。
解决上述问题的技术方案是：
一种饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材，它按重量单位计含有PVC树脂100份，热稳定剂O.4～0.6，润滑剂1.4～1.7，填充剂0～3，增韧剂5～7，着色剂0.03～0.05，所述热稳定剂为有机锡热稳定剂；所述润滑剂为硬脂酸盐、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯、A227或A105中的两种或两种以上的混合物；所述填充剂为活性碳酸钙或轻质碳酸钙；所述增韧剂为CPE、ACR或MBS中的一种或几种，所述着色剂为碳黑。
上述饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材，所述组份含量按重量单位计为PVC树脂100份，热稳定剂0.6份，润滑剂1.7份，增韧剂7份。
一种饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材的制备方法，它按如下工序进行：
a.将PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、着色剂、增韧剂通过自动上料系统加入到热混机中，热混机中的搅拌器搅动物料升温，物料温度达115～120℃，形成均匀的混合料；
b.将上述混合料放入冷混机中冷却至45℃，并输送至干料仓中；
c.将干料仓中混合料经双螺杆挤出机挤出管材，工艺参数选择如下：
机身温度170～180℃，170～185℃，121～130℃，147～155℃，170～180℃；
机头温度170～180℃，180～187℃，195～210℃，200～210℃；
主机转数20转/分钟；加料30转/分钟；牵引64.5米/分钟；扭距121-123；
d.挤出的管材经真空定径冷却成型；
e.定长切割、扩口成型、包装。
按照本发明技术方案所制得的饮水用聚氯乙烯管材，和常规的PVC-U给水管相比，具有良好的韧性和较高的强度，能够抵抗较强的冲击力，其物理机械性能也非常优异。本发明所提出的制备方法，在生产过程中无需增加任何辅助设备，工艺简单，成本低。
在本发明作出之前，虽然有报道进行了类似实验室研究，但没有解决管材生产中改善刚度和韧性的问题。本发明在确保管材原有较高设计应力的同时，通过调整增韧剂的加入量，增加了材料的延展性并保持了材料的强度，使管材除保持PVC-U管道的优点外，还具备如下特性：
较好的刚度和韧性：高抗冲聚氯乙烯(PVC-M)管材在保持PVC-U管材的弹性模量的同时，提高了管材的柔韧性，其韧性介于PVC-U和PE之间，良好的韧性提高了管材抗水锤和点载荷的抗冲击性能，能有效地抵抗点载荷和地基不均匀沉降；耐环境开裂性能提高，能有效抵抗对管材的外力冲击，方便安装、运输，提高管道运行的安全性。
附图说明
图1是PVC-M管材与普通PVC-U管材落锤冲能对比(试样0±1℃状态调节)示意图；
图2是20米落锤冲击后的PVC-M管材照片。
具体实施方式
本发明提出了一种饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材及其制备方法，它采用的材料有：PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、填充剂、增韧剂。
所述PVC树脂为SG-5型树脂，各项指标要求为：表观密度：≥0.4g/ml；粘数：107-118ml/g；挥发份：≤0.5％。另外，为保证管材的卫生级，要求树脂中残留氯乙烯(VCM)单体含量≤5ppm。
所述热稳定剂是指能改善聚合物热稳定性的助剂，其作用是在树脂加工过程中，防止或抑制其降解脱出HCL，同时在制品的有效使用期内，能够保持足够的热稳定性并减缓热(光)作用引起的降解，延长使用寿命。由于PVC分子是极性较强的分子，分子间作用力较大，一般需加热到150～160℃以上才能使其塑化加工，故通常加工温度在160～210℃之间。而PVC树脂本身对热极不稳定，当受热温度超过130℃就开始分解，颜色逐渐变深，且随着温度升高分解加剧。为阻止在加工过程中PVC树脂的受热分解，就需要加入热稳定剂。本发明采用热稳定性好、用量少、不含铅、无毒的有机锡稳定剂，如有机锡T-178。
所述润滑剂为硬脂酸盐、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡、A227、A105，加入润滑剂的作用是防止塑料熔体与金属之间的黏附、提高熔体的流动速率，降低加工中物料熔体本身的位移阻力，以及促进塑化。
所述填充剂为活性碳酸钙或轻质碳酸钙，可以起到增加容量、降低成本的作用，并能改善塑料制品的加工性能，物理力学性能和耐化学性能。
所述增韧剂增韧剂可以是CPE(氯化聚乙烯)、ACR(丙烯酸酯类)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物.)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)等，它们可以起到提高硬聚氯乙烯管材韧性的作用。
在上述硬聚氯乙烯管材中还可以加入着色剂，着色剂主要是钛白粉和碳黑，也可以是其它着色剂，物料中加入着色剂可使制品美观，提高商品价值，还可提高制品的耐候性，改善制品光学性能。
以下是本发明的几种不同配比的实施例：
                       实施例1  实施例2  实施例3
SG-5型聚氯乙烯PVC树脂  100      100      100
有机锡稳定剂                0.4      0.6     1.7
硬脂酸钙                    0.5      0.7     1.0
氧化聚乙烯                  0.6      0.6     0..8
A227                        0.3      0.4     0.5
二氧化钛(金红石型)          2        2.5     3
氯化聚乙稀(CPE)             5        7       9
碳黑                        0.03     0.05    0.07
                            实施例4  实施例5
SG-5型聚氯乙烯PVC树脂       100      100
有机锡稳定剂                2.65     4.0
硬脂酸钙                    1.2      1.25
氧化聚乙烯                  0.65     0.7
A227                        0.8      1.0
二氧化钛(金红石型)          2        2.5
氯化聚乙稀(CPE)             8        10
碳黑                        0.09     0.1
本发明的制作方法是：
(1)首先将PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、着色剂、增韧剂加入到热混机中，热混机组通过搅拌器搅动物料高速旋转，通过物料间的摩擦产生的摩擦热，达到物料快速升温，当物料温度升到115～120℃时，低熔点的原料便会被熔化而包在树脂颗粒的表面，形成非常均匀的混合料。
(2)热混结束后物料被放入冷混机，通过冷冻水将热量带走，当温度降至45℃时，将干混料放至中间料斗，并被输送至干料仓中，这样的温度既不会导致干料仓中热量的积累而使物料分解，也不会使物料黏附在输料管壁而使管道堵塞。
(3)干混料经双螺杆挤出机挤出管材。
(4)挤出管材经真空定径冷却成型。
将混好后的物料在锥形双螺杆挤出机中挤出，其工艺参数选择如下：
机身170℃～180℃  170℃～185℃  121℃～130℃  147℃～155℃  170℃～180℃
机头170℃～180℃  180℃～187℃  195℃～210℃  200℃～210℃
转数20转/分钟；加料30转/分钟；牵引64.5米/分钟；扭距121-123。
用本发明方法制得的饮水用高抗冲PVC-M管的检测情况如下：
依据饮水用高抗冲聚氯乙烯PVC-M管Q/BSA CP 13.1-2006的标准进行其物理机械性能的检测，结果如下：
  检测项目   技术指标   实测值   结论
  落锤冲击实验(0℃)TIR   ≤5％   通过   合格
  液压实验(20℃、环应力38MPa、1h)   无破裂无渗漏   无破裂无渗漏   合格
  维卡软化温度   ≥80℃   83.5   合格
  纵向回缩率   ≤5％   2.9   合格
  二氯甲烷浸渍实验(15℃、30min)   表面无变化   表面无变化   合格
图1显示了本发明与普通PVC-U管材(PVC-U管材M级和PVC-U管材H级)的落锤冲能对比(0℃)结果，本发明的耐冲击性能明显高于PVC-U管材。从图中可以看出，dn200mm管材，PVC-U管材M级和PVC-M管材的冲击高度均为2米，而PVC-M的冲锤质量为10kg，PVC-U(H级)的冲锤质量为4kg，PVC-U(M级)的冲锤质量为2kg，显然，PVC-M管材承受的冲击能量远远高于PVC-U管材，接受如此高的冲击能量，PVC-M管材的破坏形式要求是韧性破坏，而非脆性破坏，说明PVC-M管材的韧性高于普通PVC-U管材。图中曲线节点为圆形的是本发明，节点为三角形的为PVC-U管材(H级)，节点为方形的为PVC-U管材(M级)。(注：S4至S10的管材按M级试验；S12.5至S20的管材按H级试验。)
图2显示20米落锤冲击后的PVC-M管材结果，从图中可以看出，管材仍为韧性破坏，出现孔洞而不破碎；而对PVC-U管材而言，在同样的高度经落锤冲击后则为脆性破坏，呈完全粉碎样(韧性破坏是指试样破裂时伴随发生塑性变形或局部出现球形膨胀现象；脆性破坏是指在破裂区域没有明显材料变形，如延伸、缩径等，出现粉碎性破坏)。

Claims (3)

1.一种饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材，其特征在于，它按重量单位计含有PVC树脂100份，热稳定剂0.4～0.6，润滑剂1.4～1.7，填充剂0～3，增韧剂5～7，着色剂0.03～0.05，所述热稳定剂为有机锡热稳定剂；所述润滑剂为硬脂酸盐、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯、A227或A105中的两种或两种以上的混合物；所述填充剂为活性碳酸钙或轻质碳酸钙；所述增韧剂为CPE、ACR或MBS中的一种或几种，所述着色剂为碳黑。
2.根据权利要求1所述饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材，其特征在于，所述组份含量按重量单位计为PVC树脂100份，热稳定剂0.6份，润滑剂1.7份，增韧剂7份。
3.一种制备如权利要求1或2所述的饮水用高抗冲硬聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于，它按如下工序进行：
a.将PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、着色剂、增韧剂通过上料系统加入到热混机中，热混机中的搅拌器搅动物料升温，物料温度达115～120℃，形成均匀的混合料；
b.将上述混合料放入冷混机中冷却至45℃，并输送至干料仓中；
c.将干料仓中混合料经双螺杆挤出机挤出管材，工艺参数选择如下：
机身温度170～180℃，170～185℃，121～130℃，147～155℃，170～180℃；
机头温度170～180℃，180～187℃，195～210℃，200～210℃；
主机转数20转/分钟；加料30转/分钟；牵引64.5米/分钟；扭距121-123；
d.挤出的管材经真空定径冷却成型；
e.定长切割、扩口成型、包装。
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