CN106009373A - 一种改性纤维增强pvc塑料管材及其制备方法 - Google Patents

一种改性纤维增强pvc塑料管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性纤维增强PVC塑料管材及其制备方法，制备原料为：制备所述改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：PVC100份、改性纤维材料1份～15份、粘结剂0.001份～0.005份、填料0.05份～0.25份、助剂0.01份～0.05份，偶联剂0.02份～0.15份；制备方法包括：改性纤维材料的制备、混料、挤压成型。本发明制得的改性纤维增强PVC塑料管材的抗拉性能、机械强度、韧性、抗弯曲能力显著提高。

Description

一种改性纤维增强PVC塑料管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料管材领域，具体涉及一种改性纤维增强PVC塑料管材及其制备方法。
背景技术
塑料管材是随着化工技术水平不断提高而涌现出来的新一代建筑材料，特别适合应用于各种管网网路建设，具有流动损失能量小、耐用抗老化性能好、施工敷设便捷等突出特点，且具有明显的成本优势。
聚氯乙烯(PVC)塑料管材具有阻燃效果好、耐酸碱性强、结构强度高、电绝缘性好等优秀的理化性能，是目前市面上应用最为广泛的塑料管材之一。但PVC塑料管材的抗拉伸水平和韧性较差，PVC塑料管材在承受较大拉伸载荷时容易发生局部脆性断裂而导致管材破裂，影响管材的使用效果和寿命。因此对PVC塑料管材的增韧改性显得尤为重要。采用纤维材料对基体进行增强改性，形成的复合材料体系能够极大地增强原有基体材料的结构强度，增强其弹性水平和抗拉强度，是材料改性研究的一种重要方法。
中国专利CN201310483602.2公开了一种高性能PVC塑料管材，由以下重量份的成分组成：PVC树脂20～30；丙烯酸酯橡胶10～20；热稳定剂3～4；磷酸三苯酯5～10；硬脂酸5～15；阻燃剂2～6；环氧油酸丁酯10～15；石蜡10～12。但是该专利制备的PVC塑料具有较好的耐高温性能，而对抗拉强度的增加和改善则不明显。
中国专利CN201410199722.4公开了一种PVC塑料管材及其制备方法，所述PVC塑料管材组成原料的重量份为：聚氯乙烯树脂100份、邻苯二甲酸二丁酯2-4份、二硫基乙酸异辛酯二甲基锡0.5-1.5份、硬脂酸钡2-6份、石蜡0.2-0.8份、碳酸钙2-8份。但是该专利制备的PVC塑料管材虽然具有较好的抗腐蚀能力，但所得的PVC塑料管材的力学强度则很弱，很容易在高负载条件下发生断裂而影响使用。
因此，需要发明一种改性纤维增强PVC塑料管材，从而提高PVC塑料管材的抗拉强度、抗弯曲性能、韧性、机械强度等性能。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种改性纤维增强PVC塑料管材及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
本发明针对上述问题，提供一种改性纤维增强PVC塑料管材及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：PVC100份、改性纤维材料1份～15份、粘结剂0.001份～0.005份、填料0.05份～0.25份、助剂0.01份～0.05份，偶联剂0.02份～0.15份；
其中PVC的分子量为50万～80万；
改性纤维材料由乌洛托品、乙二胺、邻苯二甲酸酐中的任一种改性剂对纤维材料改性而成；
粘结剂包括：硅酮、酚醛树脂、丙烯酸酯中的任一种；
填料包括：高岭土、硫酸钡、氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅中的任一种；
助剂包括：碳酸钠或碳酸氢铵；
偶联剂包括：二月桂酸二丁基锡或二月桂酸二辛基锡。
进一步地，纤维材料包括：碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、树脂纤维中的任一种。
更进一步地，陶瓷纤维包括：氧化铝纤维、钛酸钾晶须、莫来石晶须、硅酸铝纤维中的任一种或多种。
更进一步地，玻璃纤维包括：铝硼硅酸盐玻璃棉、硼钠钙硅酸盐玻璃棉、钠钙硅酸盐玻璃棉中的任一种。
更进一步地，树脂纤维包括：芳纶纤维、维纶纤维、锦纶纤维中的任一种。
进一步地，填料的细度为：过1600目～2000目筛。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述改性纤维增强PVC塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，改性纤维材料的制备：将乳化剂以0.01g/ml～0.05g/ml的比值投入有机溶剂中，以50r/min～100r/min的速度搅拌1h～4h，得到乳化均匀的乳化液，然后将改性剂以0.01g/ml～0.05g/ml的比值投入乳化均匀的乳化液中，继续以80r/min～150r/min的速度搅拌1h～2h，然后以0.1g/ml～0.5g/ml的比值投入纤维材料，以100r/min～200r/min的速度搅拌4h～12h，得到分散均匀的前驱液，然后停止搅拌，将前驱液静置处理4h～36h，然后将浸渍后的纤维材料取出，在50℃～60℃的温度条件下进行固化处理2h～5h，得到改性纤维材料，备用；
步骤S2，混料：将所述重量份的PVC、改性纤维材料投入双螺杆挤出机的料斗内，经搅拌均匀后，投入所述重量份的粘结剂、填料、助剂，偶联剂，再次搅拌均匀，得混料；
步骤S3，挤压成型：混料经双螺杆挤出机挤压成型，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，制得所述改性纤维增强PVC塑料管材。
进一步地，步骤S1中，有机溶剂为：无水乙醇、丙酮、环己酮、乙醚、苯、四氯化碳中的任一种或多种。
进一步地，步骤S1中，乳化剂为：烷基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚中的任一种。
进一步地，步骤S3中，挤压成型时挤出机从料斗到口模的温度分别为：40℃、160℃～165℃、160℃～165℃、165℃～170℃、165℃～170℃、170℃～175℃、175℃～180℃、180℃～188℃、178℃～186℃。
本发明的优点是：
1.本发明通过对PVC中添加改性纤维制备塑料管材，显著增强了PVC塑料管材的抗拉强度，提高了PVC塑料管材的抗弯折性能，使PVC塑料管材的韧性提高、强度提高、延展性能提高；
2.本发明改性纤维PVC塑料管材的制备方法便捷、经济成本低廉，适合大规模批量化生产，并且所制制品的可塑形性好，加工工艺性能良好。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为50万的PVC100份、改性纤维材料1份、粘结剂0.001份、填料0.05份、助剂0.01份，偶联剂0.02份。
其中改性纤维材料由乌洛托品改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为碳纤维；粘结剂为硅酮；填料为细度为过1600目筛的高岭土；助剂为碳酸钠；偶联剂为二月桂酸二丁基锡。
实施例2
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为80万的PVC100份、改性纤维材料15份、粘结剂0.005份、填料0.25份、助剂0.05份，偶联剂0.15份；
其中改性纤维材料由乙二胺改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为陶瓷纤维；陶瓷纤维为氧化铝纤维；粘结剂为硅酮；填料为细度为过2000目筛的硫酸钡；助剂为碳酸氢铵；偶联剂为二月桂酸二辛基锡。
实施例3
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为65万的PVC100份、改性纤维材料8份、粘结剂0.003份、填料0.15份、助剂0.03份，偶联剂0.08份。
其中改性纤维材料由邻苯二甲酸酐改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为陶瓷纤维；陶瓷纤维为莫来石晶须和硅酸铝纤维以质量比为1：1混合的混合物；粘结剂为酚醛树脂；填料为细度为过1800目筛的氧化钙；助剂为碳酸钠；偶联剂为二月桂酸二丁基锡。
实施例4
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为58万的PVC100份、改性纤维材料5份、粘结剂0.002份、填料0.08份、助剂0.02份，偶联剂0.05份。
其中改性纤维材料由乌洛托品改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为玻璃纤维；玻璃纤维为铝硼硅酸盐玻璃棉；粘结剂为丙烯酸酯；填料为碳酸钙；助剂为细度为过1700目筛的碳酸氢铵；偶联剂为二月桂酸二辛基锡。
实施例5
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为75万的PVC100份、改性纤维材料12份、粘结剂0.004份、填料0.2份、助剂0.04份，偶联剂0.12份。
其中改性纤维材料由乙二胺改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为玻璃纤维；玻璃纤维为硼钠钙硅酸盐玻璃棉；粘结剂为硅酮；填料为硫酸钙；助剂为细度为过1900目筛的碳酸钠；偶联剂为二月桂酸二辛基锡。
实施例6
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为55万的PVC100份、改性纤维材料3份、粘结剂0.0015份、填料0.08份、助剂0.015份，偶联剂0.05份。
其中改性纤维材料由邻苯二甲酸酐改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为树脂纤维；树脂纤维为芳纶纤维；粘结剂为丙烯酸酯；填料为细度为过1650目筛的二氧化硅；助剂为碳酸氢铵；偶联剂为二月桂酸二丁基锡。
实施例7
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为75万的PVC100份、改性纤维材料13份、粘结剂0.0045份、填料0.22份、助剂0.025份，偶联剂0.14份。
其中改性纤维材料由乌洛托品改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为树脂纤维；树脂纤维为维纶纤维；粘结剂为酚醛树脂；填料为细度为过1900目筛的碳酸钙；助剂为碳酸钠；偶联剂为二月桂酸二辛基锡。
实施例8
一种改性纤维增强PVC塑料管材，制备改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：分子量为70万的PVC100份、改性纤维材料11.5份、粘结剂0.0035份、填料0.22份、助剂0.038份，偶联剂0.11份。
其中改性纤维材料由乙二胺改性剂对纤维材料改性而成；纤维材料为树脂纤维；树脂纤维为锦纶纤维；粘结剂为丙烯酸酯；填料为细度为过2000目筛的高岭土；助剂为碳酸钠；偶联剂为二月桂酸二丁基锡。
实施例9
一种改性纤维增强PVC塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，改性纤维材料的制备：将烷基酚聚氧乙烯醚乳化剂以0.01g/ml的比值投入无水乙醇中，以50r/min的速度搅拌1h，得到乳化均匀的乳化液，然后将改性剂以0.01g/ml的比值投入乳化均匀的乳化液中，继续以80r/min的速度搅拌1h，然后以0.1g/ml的比值投入纤维材料，以100r/min的速度搅拌4h，得到分散均匀的前驱液，然后停止搅拌，将前驱液静置处理4h，然后将浸渍后的纤维材料取出，在50℃的温度条件下进行固化处理2h，得到改性纤维材料，备用；
步骤S2，混料：将所述重量份的PVC、改性纤维材料投入双螺杆挤出机的料斗内，经搅拌均匀后，投入所述重量份的粘结剂、填料、助剂，偶联剂，再次搅拌均匀，得混料；
步骤S3，挤压成型：混料经双螺杆挤出机挤压成型，挤压成型时挤出机从料斗到口模的温度分别为：40℃、160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、175℃、180℃、178℃，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，制得所述改性纤维增强PVC塑料管材。
实施例10
一种改性纤维增强PVC塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，改性纤维材料的制备：将脂肪醇聚氧乙烯醚乳化剂以0.05g/ml的比值投入环己酮中，以100r/min的速度搅拌4h，得到乳化均匀的乳化液，然后将改性剂以0.05g/ml的比值投入乳化均匀的乳化液中，继续以150r/min的速度搅拌2h，然后以0.5g/ml的比值投入纤维材料，以200r/min的速度搅拌12h，得到分散均匀的前驱液，然后停止搅拌，将前驱液静置处理36h，然后将浸渍后的纤维材料取出，在60℃的温度条件下进行固化处理5h，得到改性纤维材料，备用；
步骤S2，混料：将所述重量份的PVC、改性纤维材料投入双螺杆挤出机的料斗内，经搅拌均匀后，投入所述重量份的粘结剂、填料、助剂，偶联剂，再次搅拌均匀，得混料；
步骤S3，挤压成型：混料经双螺杆挤出机挤压成型，挤压成型时挤出机从料斗到口模的温度分别为：40℃、165℃、165℃、170℃、170℃、175℃、180℃、188℃、186℃，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，制得所述改性纤维增强PVC塑料管材。
实施例11
一种改性纤维增强PVC塑料管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，改性纤维材料的制备：将苯乙基酚聚氧乙烯醚乳化剂以0.01g/ml～0.05g/ml的比值投入乙醚中，以75r/min的速度搅拌2.5h，得到乳化均匀的乳化液，然后将改性剂以0.03g/ml的比值投入乳化均匀的乳化液中，继续以110r/min的速度搅拌1.5h，然后以0.3g/ml的比值投入纤维材料，以150r/min的速度搅拌8h，得到分散均匀的前驱液，然后停止搅拌，将前驱液静置处理20h，然后将浸渍后的纤维材料取出，在55℃的温度条件下进行固化处理3.5h，得到改性纤维材料，备用；
步骤S2，混料：将所述重量份的PVC、改性纤维材料投入双螺杆挤出机的料斗内，经搅拌均匀后，投入所述重量份的粘结剂、填料、助剂，偶联剂，再次搅拌均匀，得混料；
步骤S3，挤压成型：混料经双螺杆挤出机挤压成型，挤压成型时挤出机从料斗到口模的温度分别为：40℃、162℃、162℃、167℃、167℃、172℃、177℃、185℃、180℃，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，制得所述改性纤维增强PVC塑料管材。
实验例1
对实施例1～11所制的改性纤维增强PVC塑料管材进行性能测试，测试结果如表1所示。其中断裂伸长率根据GB/T3681-2000测试。弯曲弹性模量根据GB/T9341-2000测试。抗冲击强度根据GB/T15142-2001测试。
表1 塑料管材性能测试结果
项目 断裂伸长率 弯曲弹性模量 抗冲击强度
实施例1所制的塑料管材 160％ 156MPa 120KJ/m2
实施例2所制的塑料管材 162％ 157MPa 135KJ/m2
实施例3所制的塑料管材 170％ 160MPa 150KJ/m2
实施例4所制的塑料管材 168％ 159MPa 124KJ/m2
实施例5所制的塑料管材 165％ 162MPa 130KJ/m2
实施例6所制的塑料管材 172％ 158MPa 146KJ/m2
实施例7所制的塑料管材 177％ 161MPa 129KJ/m2
实施例8所制的塑料管材 165％ 164MPa 142KJ/m2
实施例9所制的塑料管材 170％ 160MPa 138KJ/m2
实施例10所制的塑料管材 180％ 158MPa 140KJ/m2
实施例11所制的塑料管材 173％ 162MPa 143KJ/m2
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性纤维增强PVC塑料管材，其特征在于，制备所述改性纤维增强PVC塑料管材的原料及其重量份包括：PVC100份、改性纤维材料1份～15份、粘结剂0.001份～0.005份、填料0.05份～0.25份、助剂0.01份～0.05份，偶联剂0.02份～0.15份；
其中所述PVC的分子量为50万～80万；
所述改性纤维材料由乌洛托品、乙二胺、邻苯二甲酸酐中的任一种改性剂对纤维材料改性而成；
所述粘结剂包括：硅酮、酚醛树脂、丙烯酸酯中的任一种；
所述填料包括：高岭土、硫酸钡、氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅中的任一种；
所述助剂包括：碳酸钠或碳酸氢铵；
所述偶联剂包括：二月桂酸二丁基锡或二月桂酸二辛基锡。
2.根据权利要求1所述的改性纤维增强PVC塑料管材，其特征在于，所述纤维材料包括：碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、树脂纤维中的任一种。
3.根据权利要求2所述的改性纤维增强PVC塑料管材，其特征在于，所述陶瓷纤维包括：氧化铝纤维、钛酸钾晶须、莫来石晶须、硅酸铝纤维中的任一种或多种。
4.根据权利要求2所述的改性纤维增强PVC塑料管材，其特征在于，所述玻璃纤维包括：铝硼硅酸盐玻璃棉、硼钠钙硅酸盐玻璃棉、钠钙硅酸盐玻璃棉中的任一种。
5.根据权利要求2所述的改性纤维增强PVC塑料管材，其特征在于，所述树脂纤维包括：芳纶纤维、维纶纤维、锦纶纤维中的任一种。
6.根据权利要求1所述的改性纤维增强PVC塑料管材，其特征在于，所述填料的细度为：过1600目～2000目筛。
7.一种如权利要求1～6中任一项所述的改性纤维增强PVC塑料管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，改性纤维材料的制备：将乳化剂以0.01g/ml～0.05g/ml的比值投入有机溶剂中，以50r/min～100r/min的速度搅拌1h～4h，得到乳化均匀的乳化液，然后将改性剂以0.01g/ml～0.05g/ml的比值投入乳化均匀的乳化液中，继续以80r/min～150r/min的速度搅拌1h～2h，然后以0.1g/ml～0.5g/ml的比值投入纤维材料，以100r/min～200r/min的速度搅拌4h～12h，得到分散均匀的前驱液，然后停止搅拌，将前驱液静置处理4h～36h，然后将浸渍后的纤维材料取出，在50℃～60℃的温度条件下进行固化处理2h～5h，得到改性纤维材料，备用；
步骤S2，混料：将所述重量份的PVC、改性纤维材料投入双螺杆挤出机的料斗内，经搅拌均匀后，投入所述重量份的粘结剂、填料、助剂，偶联剂，再次搅拌均匀，得混料；
步骤S3，挤压成型：混料经双螺杆挤出机挤压成型，再经真空定径、冷却、牵引、退火、切割、包装，制得所述改性纤维增强PVC塑料管材。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机溶剂为：无水乙醇、丙酮、环己酮、乙醚、苯、四氯化碳中的任一种或多种。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述乳化剂为：烷基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚中的任一种。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述挤压成型时挤出机从料斗到口模的温度分别为：40℃、160℃～165℃、160℃～165℃、165℃～170℃、165℃～170℃、170℃～175℃、175℃～180℃、180℃～188℃、178℃～186℃。
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Denomination of invention: A modified fiber reinforced PVC plastic pipe and its preparation method

Granted publication date: 20171003

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Shantou Jinfeng sub branch

Pledgor: GUANGDONG SHENGDA PLASTIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2024980004627