CN104017310A - 一种双轴取向聚氯乙烯管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴取向聚氯乙烯管及其组成配方，其中PVC100份；热稳定剂1.5-3.0份；加工助剂4-6份；增韧剂5-10份；外润滑剂0.2-0.5份；内润滑剂0.3-0.8份；钛白粉1.0-2.5份；炭黑0.02-0.04份；本发明还公开了其制备方法，包括称取原料；捏合工艺；挤出成型工艺；拉伸扩胀取向工艺。本发明设计的原料配方，通过添加适量的增韧剂，使待取向的管坯韧性大幅提升，扩胀不开裂，从而使扩胀拉伸速率可提高数倍；通过对管材内外水浴加热，使管材在取向过程中排除外环境的温度影响，确保整根待取向的管坯都能达到可取向温度，并使管材升温至扩胀温度的时间缩短10%以上，大大提高了生产效率；通过在扩胀工序中设置外径定径套管，确保管材外径和壁厚尺寸精度，提高产品合格率，降低成本。

Description

一种双轴取向聚氯乙烯管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种PVC管材，特别涉及一种双轴取向聚氯乙烯管及其制备方法。

背景技术

PVC属于非结晶型的无定型塑料，由于分子中的氯具有较大的极性，因此呈刚性，玻璃化温度较高，没有明确的熔点。因此PVC管材，与其他结晶型的聚烯烃管材相比，较适合于进行双轴拉伸取向。通过双轴拉伸取向，既增加了管材的轴向强度，同时也增加了管材的径向(即环向)强度，径向强度的提高直接提高了管材承受水压的能力。在加工中对管材进行径向扩胀，使分子沿环向取向，不仅带来强度的提高，而且韧度也有了实质性改善。因为分子取向加工产生薄片分层结构，如果管材由于缺陷和点负载产生了裂纹，分层结构会阻碍裂纹在材料中通过，裂纹在各层通过时由于应力集中的减少，裂纹扩展被有效地抑制。分子的取向大大地增加了材料的短期强度和长期强度。 由于突出的强度和韧度，MRS45和MRS50的PVC-O材料的50年安全系数可以用1.6或1.4143来表示，所以PVC-O管用的设计应力可高达28MPa和32MPa，结果比PVC-U管材和PVC-M管材节约大量材料。 PVC-O管可应用在给水管道、矿山管道、非开挖铺设和修复用管道、燃气管网等领域。      目前已有许多生产PVC-O的专利技术，一步法的有CN201110094685.7一种双向拉伸聚氯乙烯管材生产设备及工艺、CN201310321019.1一种双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备及其生产工艺和方法等，两步法的有CN201310318086.8 一种两步法生产取向聚氯乙烯管材的方法等。

CN201110094685.7一种双向拉伸聚氯乙烯管材生产设备及工艺，双向拉伸模头之间设有定位钢索，定位钢索的一端与管材口模固定，另一端在未拉伸坯管中穿过，然后插入双向拉伸模头的中心圆孔并通过螺栓将双向拉伸模头锁紧固定。这种依靠细长的定位钢索固定双向拉伸模头很不可靠，因为在管材生产过程中双向拉伸膜头和管材本身两者之间存在很大的反作用力，很容易使双向拉伸模头位置发生偏移，导致管材壁厚不均或生产线故障。CN201310321019.1一种双轴取向PVC及聚烯烃材料管材的制造设备及其生产工艺和方法，此发明的扩胀定型区上的装置同样存在容易损坏，造成生产线事故等问题。而且，一步法普遍存在取向拉伸温度不易把控，拉伸速率只能控制在较低水平等问题。

CN201310318086.8 一种两步法生产取向聚氯乙烯管材的方法，将聚氯乙烯树脂及添加剂等原料充分搅拌、混合，经挤出、冷却和牵引形成聚氯乙烯管材；将合格得聚氯乙烯管材输送至取向成型装置内，向聚氯乙烯管材内通入一定温度和压力的流体介质，使聚氯乙烯管材产生径向拉伸和轴向拉伸，经冷却定型为双轴取向聚氯乙烯管材。此发明中径向扩胀单靠管内流体介质的压力而未对外径定型装置进行限定，很难保证管材外径和壁厚的尺寸精度。此发明在膨胀成型取向的工序中，只依靠待取向坯管内的流体介质通过管内壁向管材传递热量，要使整根坯管的温度上升到玻璃化温度以上（可取向温度）需要比较长的时间，而且管材外层容易受外环境的影响而达不到可取向温度，这样对管材强行扩胀，就很容易使管材开裂或由于局部达不到扩胀温度被强行扩胀而破坏留下不可觉察的缺陷，给工程质量事故埋下隐患。另外，此发明原料配方组分中没有增韧剂，管材取向的速率必须控制在较低水平，才能保证管材不开裂或不留下缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种双轴取向聚氯乙烯管及其制备方法，用这种方法制备的聚氯乙烯管韧性大幅提升，扩胀不开裂，同时，该方法生产效率高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种双轴取向聚氯乙烯管，其由以下重量份的组分混合挤塑而成，

PVC                   100份 

热稳定剂              1.5-3.0份 

加工助剂              4-6份

增韧剂                5-10份

外润滑剂              0.2-0.5份

内润滑剂              0.3-0.8份

钛白粉                1.0-2.5份

炭黑                  0.02-0.04份

所述热稳定剂为硫醇甲基锡；所述增韧剂为MBS；所述加工助剂为ACR401；所述外润滑剂为PE蜡，所述内润滑剂为单甘脂。

一种双轴取向聚氯乙烯管的制备方法，其包括以下步骤：

1）称取原料：根据各原料重量份比例称取PVC、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、钛白粉、炭黑；

2）捏合工艺：将所称取的原料按比例投入高速混合机，在高速桨叶作用下，混合均匀，形成一级混合料；待一级混合料混合摩擦升温到110-120℃时，将一级混合料传送到低速冷混机，使其降温到40-50℃，形成二级混合料，将二级混合料放出备用；

3）挤出成型工艺：所述二级混合料用锥形双螺杆挤出机挤出成型，得到管坯，锥形双螺杆挤出机螺杆温度50-60℃，锥形双螺杆挤出机料筒温度165-178℃，锥形双螺杆挤出机模头温度180-195℃，锥形双螺杆挤出机的转速为35-50r/min；管坯挤出后经过空冷后进入水冷定径箱由定径套确定管材的外径尺寸，空冷的距离为30-50cm，冷却水的温度15-20℃；管坯从水冷定径箱出来后由牵引机带动，通过调节牵引机的牵引速度来控制管坯的壁厚；管坯冷却定型后经切割成段，得到待取向管坯，检验合格后，备用；

4）拉伸扩胀取向工艺：将上述待取向管坯浸入80℃-98℃水浴环境中，水浴加热3-6min，使管腔内通入80-98℃的热水，用拉伸装置将管坯进行轴向拉伸，拉伸速率25-30mm/s；管坯拉伸的同时向管内腔热水施加压力，热水压力为1.6-3.0MPa，通过管坯内腔热水的压力使管坯沿径向扩胀，扩胀的同时，用定径套管来对胀大的管坯外径进行定径，定径套管的内径大小为所要成型管材外径尺寸的100.2%-100.6%，定径后将管坯放在温度为10~15℃的水浴中冷却，冷却时间为3-7min，聚氯乙烯管成型为成品；

5）成品入库，对所述成品管材进行检验，合格品进仓。

本发明在拉伸扩胀取向时，定径套管由H62黄铜材质制成，内壁为光亮的电镀层，用于保证管材外壁良好的关泽度。定径套管上开有均匀分布的排水缝隙，用于管材扩胀时将管材与定径套管内的水迅速排掉，减少扩胀阻力。定径套管由可分离的两个等分半圆管壁构成。两个半圆管壁分别固定在待取向管材位置上的左右或上下两侧。管材要进行扩胀时，两个半圆管壁依靠气压传动装置组合成定径套管。扩胀拉伸工序完成后，传动装置将定径套管和管材一并送入冷却恒温水浴中，水浴温度10-15℃，同时将管腔内热水迅速排出，注入10-15℃的冷却水，较低温度的水浴环境能将管材温度在较短时间内降温，冷却定型时间为3-7min。冷却定型时间达到后，组成定径套管的两半圆管壁通过气压传动装置分离开，随即便可取出管材，检验合格后进仓。整个双轴取向过程总共用时4min-10min，相比现有专利技术二步法的双轴取向工序，生产效率有大幅提高。

本发明中钛白粉和炭黑为着色剂。

本发明中PVC树脂是通过乙烯平衡氧氯化法制得氯乙烯单体，并通过悬浮法聚合而来，是疏松型树脂颗粒，选取平均聚合度为1100。本发明所选用的PVC树脂分子量分布较窄，强度较高，在共混过程中，其他配料更容易进入树脂颗粒中。

本发明通过设计合理的原料配方，先进的扩胀拉伸双轴取向工艺，解决了一步法中扩胀拉伸装置容易出故障、损坏，拉伸速率只能控制在较低水平等问题，解决了两步法技术中管材外径壁厚尺寸精度无法有效控制、管材扩胀容易开裂或产生内部缺陷、生产效率低等问题。

本发明设计的原料配方，通过添加适量的增韧剂，使待取向的管坯韧性大幅提升，扩胀不开裂，从而使扩胀拉伸速率可提高数倍；通过对管材内外水浴加热，使管材在取向过程中排除外环境的温度影响，确保整根待取向的管坯都能达到可取向温度，并使管材升温至扩胀温度的时间缩短10%以上，大大提高了生产效率；通过在扩胀工序中设置外径定径套管，确保管材外径和壁厚尺寸精度，提高产品合格率，降低成本。

具体实施方式

 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本发明一种双轴取向聚氯乙烯管，其由以下重量份的组分混合挤塑而成，

PVC                   100份 

热稳定剂              1.5-3.0份 

加工助剂              4-6份

增韧剂                5-10份

外润滑剂              0.2-0.5份

内润滑剂              0.3-0.8份

钛白粉                1.0-2.5份

炭黑                  0.02-0.04份

所述热稳定剂为硫醇甲基锡；所述增韧剂为MBS；所述加工助剂为ACR401；所述外润滑剂为PE蜡，所述内润滑剂为单甘脂。

一种双轴取向聚氯乙烯管的制备方法，其包括以下步骤：

1）称取原料：根据各原料重量份比例称取PVC、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、钛白粉、炭黑；

2）捏合工艺：将所称取的原料按比例投入高速混合机，在高速桨叶作用下，混合均匀，形成一级混合料；待一级混合料混合摩擦升温到110-120℃时，将一级混合料传送到低速冷混机，使其降温到40-50℃，形成二级混合料，将二级混合料放出备用；

3）挤出成型工艺：所述二级混合料用锥形双螺杆挤出机挤出成型，得到管坯，锥形双螺杆挤出机螺杆温度50-60℃，锥形双螺杆挤出机料筒温度165-178℃，锥形双螺杆挤出机模头温度180-195℃，锥形双螺杆挤出机的转速为35-50r/min；管坯挤出后经过空冷后进入水冷定径箱由定径套确定管材的外径尺寸，空冷的距离为30-50cm，冷却水的温度15-20℃；管坯从水冷定径箱出来后由牵引机带动，通过调节牵引机的牵引速度来控制管坯的壁厚；管坯冷却定型后经切割成段，得到待取向管坯，检验合格后，备用；

4）拉伸扩胀取向工艺：将上述待取向管坯浸入80℃-98℃水浴环境中，水浴加热3-6min，使管腔内通入80-98℃的热水，用拉伸装置将管坯进行轴向拉伸，拉伸速率25-30mm/s；管坯拉伸的同时向管内腔热水施加压力，热水压力为1.6-3.0MPa，通过管坯内腔热水的压力使管坯沿径向扩胀，扩胀的同时，用定径套管来对胀大的管坯外径进行定径，定径套管的内径大小为所要成型管材外径尺寸的100.2%-100.6%，定径后将管坯放在温度为10~15℃的水浴中冷却，冷却时间为3-7min，聚氯乙烯管成型为成品；

5）成品入库，对所述成品管材进行检验，合格品进仓。

实施例1

一种双轴取向聚氯乙烯管的制备方法，其包括以下步骤：

1）称取原料：根据各原料重量份比例称取PVC、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、钛白粉、炭黑，

PVC                   100份 

热稳定剂              1.5份 

加工助剂              4份

增韧剂                5份

外润滑剂              0.2份

内润滑剂              0.3份

钛白粉                1.0份

炭黑                  0.02份；

2）捏合工艺：将所称取的原料按比例投入高速混合机，在高速桨叶作用下，混合均匀，形成一级混合料；待一级混合料混合摩擦升温到110-120℃时，将一级混合料传送到低速冷混机，使其降温到40-50℃，形成二级混合料，将二级混合料放出备用；

3）挤出成型工艺：所述二级混合料用锥形双螺杆挤出机挤出成型，得到管坯，锥形双螺杆挤出机螺杆温度50-60℃，锥形双螺杆挤出机料筒温度165-178℃，锥形双螺杆挤出机模头温度180-195℃，锥形双螺杆挤出机的转速为35-50r/min；管坯挤出后经过空冷后进入水冷定径箱由定径套确定管材的外径尺寸，空冷的距离为30-50cm，冷却水的温度15-20℃；管坯从水冷定径箱出来后由牵引机带动，通过调节牵引机的牵引速度来控制管坯的壁厚；管坯冷却定型后经切割成段，得到待取向管坯，检验合格后，备用；

4）拉伸扩胀取向工艺：将上述待取向管坯浸入80℃-98℃水浴环境中，水浴加热3-6min，使管腔内通入80-98℃的热水，用拉伸装置将管坯进行轴向拉伸，拉伸速率25-30mm/s；管坯拉伸的同时向管内腔热水施加压力，热水压力为1.6-3.0MPa，通过管坯内腔热水的压力使管坯沿径向扩胀，扩胀的同时，用定径套管来对胀大的管坯外径进行定径，定径套管的内径大小为所要成型管材外径尺寸的100.2%-100.6%，定径后将管坯放在温度为10~15℃的水浴中冷却，冷却时间为3-7min，聚氯乙烯管成型为成品；

5）成品入库，对所述成品管材进行检验，合格品进仓。

实施例2

一种双轴取向聚氯乙烯管的制备方法，其包括以下步骤：

1）称取原料：根据各原料重量份比例称取PVC、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、钛白粉、炭黑，

PVC                   100份 

热稳定剂              3.0份 

加工助剂             6份

增韧剂              10份

外润滑剂              0.5份

内润滑剂              0.8份

钛白粉                2.5份

炭黑                  0.04份；

2）捏合工艺：将所称取的原料按比例投入高速混合机，在高速桨叶作用下，混合均匀，形成一级混合料；待一级混合料混合摩擦升温到110-120℃时，将一级混合料传送到低速冷混机，使其降温到40-50℃，形成二级混合料，将二级混合料放出备用；

3）挤出成型工艺：所述二级混合料用锥形双螺杆挤出机挤出成型，得到管坯，锥形双螺杆挤出机螺杆温度50-60℃，锥形双螺杆挤出机料筒温度165-178℃，锥形双螺杆挤出机模头温度180-195℃，锥形双螺杆挤出机的转速为35-50r/min；管坯挤出后经过空冷后进入水冷定径箱由定径套确定管材的外径尺寸，空冷的距离为30-50cm，冷却水的温度15-20℃；管坯从水冷定径箱出来后由牵引机带动，通过调节牵引机的牵引速度来控制管坯的壁厚；管坯冷却定型后经切割成段，得到待取向管坯，检验合格后，备用；

4）拉伸扩胀取向工艺：将上述待取向管坯浸入80℃-98℃水浴环境中，水浴加热3-6min，使管腔内通入80-98℃的热水，用拉伸装置将管坯进行轴向拉伸，拉伸速率25-30mm/s；管坯拉伸的同时向管内腔热水施加压力，热水压力为1.6-3.0MPa，通过管坯内腔热水的压力使管坯沿径向扩胀，扩胀的同时，用定径套管来对胀大的管坯外径进行定径，定径套管的内径大小为所要成型管材外径尺寸的100.2%-100.6%，定径后将管坯放在温度为10~15℃的水浴中冷却，冷却时间为3-7min，聚氯乙烯管成型为成品；

5）成品入库，对所述成品管材进行检验，合格品进仓。

实施例3

一种双轴取向聚氯乙烯管的制备方法，其包括以下步骤：

1）称取原料：根据各原料重量份比例称取PVC、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、钛白粉、炭黑，

PVC                   100份 

热稳定剂              2.0份 

加工助剂              5份

增韧剂                7份

外润滑剂              0.3份

内润滑剂              0.6份

钛白粉                1.5份

炭黑                  0.03份；

2）捏合工艺：将所称取的原料按比例投入高速混合机，在高速桨叶作用下，混合均匀，形成一级混合料；待一级混合料混合摩擦升温到110-120℃时，将一级混合料传送到低速冷混机，使其降温到40-50℃，形成二级混合料，将二级混合料放出备用；

3）挤出成型工艺：所述二级混合料用锥形双螺杆挤出机挤出成型，得到管坯，锥形双螺杆挤出机螺杆温度50-60℃，锥形双螺杆挤出机料筒温度165-178℃，锥形双螺杆挤出机模头温度180-195℃，锥形双螺杆挤出机的转速为35-50r/min；管坯挤出后经过空冷后进入水冷定径箱由定径套确定管材的外径尺寸，空冷的距离为30-50cm，冷却水的温度15-20℃；管坯从水冷定径箱出来后由牵引机带动，通过调节牵引机的牵引速度来控制管坯的壁厚；管坯冷却定型后经切割成段，得到待取向管坯，检验合格后，备用；

4）拉伸扩胀取向工艺：将上述待取向管坯浸入80℃-98℃水浴环境中，水浴加热3-6min，使管腔内通入80-98℃的热水，用拉伸装置将管坯进行轴向拉伸，拉伸速率25-30mm/s；管坯拉伸的同时向管内腔热水施加压力，热水压力为1.6-3.0MPa，通过管坯内腔热水的压力使管坯沿径向扩胀，扩胀的同时，用定径套管来对胀大的管坯外径进行定径，定径套管的内径大小为所要成型管材外径尺寸的100.2%-100.6%，定径后将管坯放在温度为10~15℃的水浴中冷却，冷却时间为3-7min，聚氯乙烯管成型为成品；

5）成品入库，对所述成品管材进行检验，合格品进仓。

实施例4

一种双轴取向聚氯乙烯管的制备方法，其包括以下步骤：

1）称取原料：根据各原料重量份比例称取PVC、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、钛白粉、炭黑，

PVC                   100份 

热稳定剂              2.5份 

加工助剂              5.3份

增韧剂                8份

外润滑剂              0.4份

内润滑剂              0.6份

钛白粉                1.7份

炭黑                  0.035份

2）捏合工艺：将所称取的原料按比例投入高速混合机，在高速桨叶作用下，混合均匀，形成一级混合料；待一级混合料混合摩擦升温到110-120℃时，将一级混合料传送到低速冷混机，使其降温到40-50℃，形成二级混合料，将二级混合料放出备用；

3）挤出成型工艺：所述二级混合料用锥形双螺杆挤出机挤出成型，得到管坯，锥形双螺杆挤出机螺杆温度50-60℃，锥形双螺杆挤出机料筒温度165-178℃，锥形双螺杆挤出机模头温度180-195℃，锥形双螺杆挤出机的转速为35-50r/min；管坯挤出后经过空冷后进入水冷定径箱由定径套确定管材的外径尺寸，空冷的距离为30-50cm，冷却水的温度15-20℃；管坯从水冷定径箱出来后由牵引机带动，通过调节牵引机的牵引速度来控制管坯的壁厚；管坯冷却定型后经切割成段，得到待取向管坯，检验合格后，备用；

4）拉伸扩胀取向工艺：将上述待取向管坯浸入80℃-98℃水浴环境中，水浴加热3-6min，使管腔内通入80-98℃的热水，用拉伸装置将管坯进行轴向拉伸，拉伸速率25-30mm/s；管坯拉伸的同时向管内腔热水施加压力，热水压力为1.6-3.0MPa，通过管坯内腔热水的压力使管坯沿径向扩胀，扩胀的同时，用定径套管来对胀大的管坯外径进行定径，定径套管的内径大小为所要成型管材外径尺寸的100.2%-100.6%，定径后将管坯放在温度为10~15℃的水浴中冷却，冷却时间为3-7min，聚氯乙烯管成型为成品；

5）成品入库，对所述成品管材进行检验，合格品进仓。

Claims (3)

1.一种双轴取向聚氯乙烯管，其特征在于：其由以下重量份的组分混合挤塑而成，

PVC                   100份 

热稳定剂              1.5-3.0份 

加工助剂              4-6份

增韧剂                5-10份

外润滑剂              0.2-0.5份

内润滑剂              0.3-0.8份

钛白粉                1.0-2.5份

炭黑                  0.02-0.04份。

2.根据权利要求1所述的一种双轴取向聚氯乙烯管，其特征在于：所述热稳定剂为硫醇甲基锡；所述增韧剂为MBS；所述加工助剂为ACR401；所述外润滑剂为PE蜡，所述内润滑剂为单甘脂。

3.如权利要求1所述的一种双轴取向聚氯乙烯管的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1）称取原料：根据各原料重量份比例称取PVC、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、钛白粉、炭黑；

2）捏合工艺：将所称取的原料按比例投入高速混合机，在高速桨叶作用下，混合均匀，形成一级混合料；待一级混合料混合摩擦升温到110-120℃时，将一级混合料传送到低速冷混机，使其降温到40-50℃，形成二级混合料，将二级混合料放出备用；

3）挤出成型工艺：所述二级混合料用锥形双螺杆挤出机挤出成型，得到管坯，锥形双螺杆挤出机螺杆温度50-60℃，锥形双螺杆挤出机料筒温度165-178℃，锥形双螺杆挤出机模头温度180-195℃，锥形双螺杆挤出机的转速为35-50r/min；管坯挤出后经过空冷后进入水冷定径箱由定径套确定管材的外径尺寸，空冷的距离为30-50cm，冷却水的温度15-20℃；管坯从水冷定径箱出来后由牵引机带动，通过调节牵引机的牵引速度来控制管坯的壁厚；管坯冷却定型后经切割成段，得到待取向管坯，检验合格后，备用；

4）拉伸扩胀取向工艺：将上述待取向管坯浸入80℃-98℃水浴环境中，水浴加热3-6min，使管腔内通入80-98℃的热水，用拉伸装置将管坯进行轴向拉伸，拉伸速率25-30mm/s；管坯拉伸的同时向管内腔热水施加压力，热水压力为1.6-3.0MPa，通过管坯内腔热水的压力使管坯沿径向扩胀，扩胀的同时，用定径套管来对胀大的管坯外径进行定径，定径套管的内径大小为所要成型管材外径尺寸的100.2%-100.6%，定径后将管坯放在温度为10~15℃的水浴中冷却，冷却时间为3-7min，聚氯乙烯管成型为成品；

5）成品入库，对所述成品管材进行检验，合格品进仓。