CN101775180A - 抗冲改性聚氯乙烯管材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗冲改性聚氯乙烯管材,是由以下重量份的组分制成的:聚氯乙烯树脂100份、稳定剂0.4~4.0份、增韧剂2~8份、刚性粒子2~8份、加工助剂0.5~3.0份、润滑剂1.1~2.5、抗氧剂0.05~0.5份、着色剂0.03~3份、填充剂0~5份。其制备工艺为:将上述各组分在高速混合机中混合均匀,在冷混机中混合均匀后,通过双主机单螺杆挤出机挤出管材,经模块、真空、冷却成型后;定长切割包装。本发明的抗冲改性聚氯乙烯管材使用了增韧剂与刚性粒子协同增韧的方法,解决了制约抗冲型PVC管材难以实现刚韧平衡的问题,使得管材在保持硬质PVC管材刚性的同时,韧性明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温抗冲击性能优异的聚氯乙烯管材及其制备工艺,属于聚氯乙烯(PVC)给水管材技术领域。
背景技术
在供水系统中,塑料管材具有不腐蚀、卫生性能好、易于安装等特点,在我国得到了大力推广,替代传统的镀锌铁管已是大势所趋。塑料给水管材按材料分主要包括:PVC、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等,由于PVC管道与其它聚烯烃管道相比具有强度高、阻燃性能好、高环刚度、优异的耐候性能、价格较低等优点,得到广泛的应用。
PVC管道在低温下韧性差是公认的事实,主要表现在:在运输、安装及使用过程中易发生脆性破坏。因此,国内、国外相继开发出了高抗冲PVC管材,主要采用弹性体进行增韧,应用最多的是氯化聚乙烯(CPE),采用该方法可以提高PVC管材的韧性,但CPE的加入量较大,由于CPE的网状增韧机理,对加工工艺条件比较苛刻,而且较难实现刚韧平衡。虽然,这种管材得到了一定的推广,但是其在低温下(-10℃)的抗冲击性能仍较差。因此,需要采用更好的改性方法提高管材的韧性,以满足其在给水管材中的应用。
发明内容
针对上述现有技术,本发明提供了一种抗冲改性聚氯乙烯管材,其具有良好的韧性和耐低温冲击性能。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种抗冲改性聚氯乙烯管材,是由以下重量份的组分制成的:聚氯乙烯树脂100份、稳定剂0.4~4.0份、增韧剂2~8份、刚性粒子2~8份、加工助剂0.5~3.0份、润滑剂1.1~2.5、抗氧剂0.05~0.5份、着色剂0.03~3份、填充剂0~5份。
优选的,是由以下重量份的组分制成的:聚氯乙烯树脂100份、稳定剂0.4~1. 0份、增韧剂3~5份、刚性粒子2~3份、加工助剂0.5~1.5份、润滑剂1.1~1.8份、内润滑剂0.5~0.8份、抗氧剂0.05~0.1份、着色剂0.03~0.1份、填充剂0~3份。
所述稳定剂为有机锡稳定剂或/和钙锌稳定剂。
所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯的共聚物(MBS)或/和氯化聚乙烯(CPE)。
所述刚性粒子为无机刚性粒子碳酸钙或/和有机刚性粒子丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)。
所述加工助剂为丙烯酸酯类聚合物,比如ACR-201或/和ACR-40。
所述润滑剂为硬脂酸钙、硬质酸、石蜡、聚乙烯蜡或氧化聚乙烯蜡中的任一种或它们的混合物。
所述抗氧剂为位阻酚类抗氧剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)或/和四-(4-羟基-3,5-特丁基苯基丙酸)季戊四醇酯(抗氧剂1010)。
所述着色剂为炭黑或/和钛白粉。
所述填充剂为碳酸钙。
一种低温抗冲击性能优异聚氯乙烯管材的制备工艺,步骤如下:
a)按配方量称取各原料,将聚氯乙烯树脂、稳定剂、增韧剂、刚性粒子、加工助剂、润滑剂、抗氧剂、着色剂、填充剂在90~120℃混合均匀,并在该温度范围内保持10分钟以上;
b)将上述混合物放入冷混机中冷却至25~45℃,打入干燥料仓;
c)将干燥料仓中的混合料用锥形双螺杆挤出管材,工艺参数选择如下:机身温度:140~185℃,合流芯温度:180~150℃,机头温度:170~220;主机转速:10~90转/分,喂料转速:10~90转/分;
d)挤出的管材经真空定径、冷却成型;
e)定长切割、扩口、包装。
本发明的管材与普通PVC管材相比,力学性能的显著改善主要表现在:耐低温冲击性能,在冲锤坠落高度、破损率相同的情况下,冲锤的重量可以5~6倍;管材受到快速冲击时为韧性破坏,破坏后裂纹终止。
本发明的抗冲改性聚氯乙烯管材使用了增韧剂与刚性粒子协同增韧的方法,解决了制约抗冲型PVC管材难以实现刚韧平衡的问题,使得管材在保持硬质PVC管材刚性的同时,韧性明显提高,在配方中加入加工助剂保证了管材有较高的塑化程度,通过调节润滑平衡,得到的管材具有力学性能好,制品表面光亮度高的特点。此外,本发明所提出的制备方法,与普通PVC管材加工工艺过程相同,工艺简单,由于采用刚性粒子与弹性体协同增韧,具有成本低的优点。
附图说明
图1为抗冲改性聚氯乙烯管材20米快速冲击管材照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明:
本发明提出一种抗冲改性聚氯乙烯管材及其制备工艺,它采用的材料有:聚氯乙烯树脂、稳定剂、增韧剂、刚性粒子、加工助剂、外润滑剂、内润滑剂、抗氧剂、着色剂、填充剂。
所述的PVC树脂为SG-5型树脂,各项性能指标要求为:表观密度:≥0.4g/ml;粘数:107-118ml/g;挥发份:≤0.5%。
所述热稳定剂是指能改善PVC热稳定性的助剂,其作用是在管材生产过程中防止或抑制脱出氯化氢,同时在制品的使用过程中保持的足够热稳定性,延长使用寿命。
所述的抗氧剂为受阻酚类物质,其作用是捕捉PVC加工或使用过程中受热或受到紫外线的作用形成的自由基,保证材料使用的寿命。
在上述管材中中还应该加入着色剂,以满足管材不透光的需要,还可使制品美观,提高耐候性。
以下是本发明的几种不同配比(重量份)的实施例,各组分的用量按千克计,如表1、表2所示:
表1
实施1 | 实施2 | 实施3 | |
PVC SG-5 | 100 | 100 | 100 |
有机锡稳定剂 | 0.4 | 0.8 | 1 |
CPE | 6 | 3 | 3 |
MBS | 2 | 4 | 4 |
AS | 3 | ||
纳米碳酸钙 | 2 | 2 | |
ACR | 0.5 | 0.8 | 1.0 |
石蜡 | 0.4 | 0.3 | 0.2 |
PE蜡 | 0.2 | 0.3 | 0.1 |
硬脂酸钙 | 0.4 | 0.5 | |
OPE蜡 | 0.1 | 0.2 | 0.2 |
BHT | 0.08 | 0.1 | 0.15 |
炭黑 | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
钛白粉 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
重质碳酸钙 | 3 | 3 | 3 |
表2
实施4 | 实施5 | 实施6 | |
PVC SG-5 | 100 | 100 | 100 |
实施4 | 实施5 | 实施6 | |
钙锌稳定剂 | 3.5 | 4.2 | 4 |
CPE | 3 | 2 | 1 |
MBS | 3 | 4 | 4 |
AS | 2 | 1 | |
纳米碳酸钙 | 2 | 2 | |
ACR | 0.5 | 0.8 | 1.0 |
石蜡 | 0.4 | 0.2 | 0.2 |
PE蜡 | 0.2 | 0.3 | |
硬脂酸钙 | 0.4 | 0.5 | 0.8 |
OPE蜡 | 0.1 | 0.2 | 0.2 |
1010 | 0.08 | 0.1 | 0.15 |
炭黑 | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
钛白粉 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
重质碳酸钙 | 3 | 3 | 3 |
本发明的抗冲改性聚氯乙烯管材的制备工艺,按如下工序进行:
a)按重量份,将聚氯乙烯树脂、稳定剂、增韧剂、刚性粒子、加工助剂、外润滑剂、内润滑剂、抗氧剂、着色剂、填充剂,在90-120℃混合均匀,并在该温度范围内保持10分钟以上;
b)将上述混合物放入冷混机中冷却至25-45℃,打入干燥料仓;
c)将干燥料仓中的混合料用锥形双螺杆挤出管材,工艺参数选择如下:机身温度:190-185℃,合流芯温度:170-155℃,机头温度:185-220℃;主机转速:10-80转/分,喂料转速:10-40转/分;
d)挤出的管材经真空定径、冷却成型;
e)定长切割、扩口、包装。
用本发明制得的抗冲改性聚氯乙烯管材经国家化学建材检测中心检测,满足GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》标准的要求,也满足建设部标准CJ/T272-2008《给水用抗冲改性聚氯乙烯管材》的要求。本发明的抗冲改性聚氯乙烯管材性能典型值如表3所示。
表3抗冲改性聚氯乙烯管材性能典型值
项目 | 技术指标 | 检测结果 |
0℃落锤冲击试验,TIR | ≤5% | 1% |
液压试验(20℃,环应力38MPa,1h) | 无破裂、无渗漏 | 无破裂、无渗漏 |
液压试验(20℃,环应力30MPa,100h) | 无破裂、无渗漏 | 无破裂、无渗漏 |
液压试验(60℃,环应力10MPa,1000h) | 无破裂、无渗漏 | 无破裂、无渗漏 |
维卡软化点 | 80℃ | 82℃ |
纵向回缩率 | ≤5% | 2% |
二氯甲烷浸渍试验(15℃,30min) | 表面变化不劣于4N | 合格 |
表4为本发明的管材与现有高抗冲PVC管材-10℃低温抗冲击对比(以Φ110管材为例)。
表4抗冲改性聚氯乙烯管材落锤冲击试验条件(-10℃)
图1为20米落锤冲击试验后的抗冲改性聚氯乙烯管材试样,从图中可以看出,管材被冲破后在管材上形成了一个孔洞(形成的裂纹并没有扩展),表明抗冲改性聚氯乙烯管材的耐快速裂纹增长能力明显提高,而普通PVC-U管材,在进行同样的试验时,完全破碎,抗冲击性能差,耐快速裂纹增长能力差。
最后,应当指出的是,具体实施方式是本发明比较有代表性的例子,显然本发明的技术方案不限于上述实施例,还可以有很多变形。本领域技术人员以本发明中所公开提到的或是其联想到的技术方案,均应认为是本专利所要保护的范围。
Claims (10)
1.一种抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:是由以下重量份的组分制成的:聚氯乙烯树脂100份、稳定剂0.4~4.0份、增韧剂2~6份、刚性粒子2~8份、加工助剂0.5~3.0份、润滑剂1.1~2.5份、抗氧剂0.05~0.5份、着色剂0.03~3份、填充剂0~5份。
2.根据权利要求1所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:是由以下重量份的组分制成的:聚氯乙烯树脂100份、稳定剂0.4~1.0份、增韧剂3~5份、刚性粒子2~3份、加工助剂0.5~1.5份、润滑剂1.1~1.8份、抗氧剂0.05~0.1份、着色剂0.03~0.1份、填充剂0~3份。
3.根据权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:所述稳定剂为有机锡稳定剂或/和钙锌稳定剂。
4.根据权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯的共聚物或/和氯化聚乙烯。
5.根据权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:所述刚性粒子为碳酸钙或/和丙烯腈-苯乙烯共聚物。
6.根据权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:所述加工助剂为丙烯酸酯类聚合物。
7.根据权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:所述润滑剂为硬脂酸钙、硬质酸、石蜡、聚乙烯蜡或氧化聚乙烯蜡中的任一种或它们的混合物。
8.根据权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:所述抗氧剂为位阻酚类抗氧剂2,6--二叔丁基-4-甲基苯酚或/和四-(4-羟基-3,5-特丁基苯基丙酸)季戊四醇酯。
9.根据权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材,其特征在于:所述着色剂为炭黑或/和钛白粉;所述填充剂为碳酸钙。
10.权利要求1或2所述的抗冲改性聚氯乙烯管材的制备工艺,其特征在于:步骤如下:
a)按配方量称取各原料,将聚氯乙烯树脂、稳定剂、增韧剂、刚性粒子、加工助剂、润滑剂、抗氧剂、着色剂、填充剂在90~120℃混合均匀,并在该温度范围内保持10分钟以上;
b)将上述混合物放入冷混机中冷却至25~45℃,打入干燥料仓;
c)将干燥料仓中的混合料用锥形双螺杆挤出管材,工艺参数选择如下:机身温度:140~185℃,合流芯温度:180~150℃,机头温度:170~220;主机转速:10~90转/分,喂料转速:10~90转/分;
d)挤出的管材经真空定径、冷却成型;
e)定长切割、扩口、包装。
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