CN106674790B - 一种耐磨玻璃纤维通信管材及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨玻璃纤维通信管材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，通信管材的配方中，按照重量份数计，包括：

Description

一种耐磨玻璃纤维通信管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及通信管材领域，具体涉及一种耐磨玻璃纤维通信管材及其制备方法。
背景技术
PVC管材是一种常用的通信管材，但是PVC材料是一种脆性材料，其不耐高温，耐候性差，熔融粘度大，塑化加工困难，导致PVC在工程中的应用受到限制，因此需要对PVC管材的材料进行改性研究。
通过长时间的研究，事实证明用玻璃纤维增强改性PVC材料，可以提高PVC复合材料的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度，虽然玻璃纤维PVC材料具有良好的力学性能，可以广泛的作为结构材料，但是玻璃纤维PVC材料的加工难度较大，分散性和均匀性难以控制。
虽然玻璃纤维能够有效的改善PVC复合材料的强度，但是以牺牲其韧性为代价，因为PVC分子间作用力很强，受到冲击力之后材料产生变形，分子结构容易被破坏。
目前，常见的增强PVC管材韧性的方法是向基体材料中添加各种增塑剂，存在以下问题：增塑剂是低分子化合物，如果添加量不够，增塑剂不能很好的溶于基体材料中，并且在复合材料加工过程中，增塑剂易受热挥发，降低了PVC材料的韧性；如果增塑剂的添加量太多，PVC复合材料的分子间的作用力被进一步减小，使其刚度和强度大幅度下降，因此在工业生产中，硬质PVC制品一般不添加增塑剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种耐磨玻璃纤维通信管材及制备方法，本发明在玻璃纤维通信管材配方中添加了抗冲改性剂，提高了玻璃纤维通信管材的韧性，使其具有耐压、耐冲击、耐高温、耐摩擦的性能。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种耐磨玻璃纤维通信管材，通信管材的配方中，按照重量份数计，包括：
其中，所述PVC为悬浮法树脂，PVC树脂的聚合度为976-1142，PVC树脂的粒径为100-280μm，PVC树脂的表观密度为0.4-0.6g/ml；
所述碳酸钙为重质碳酸钙，所述重质碳酸钙的沉降体积为1.2-1.9ml/g，所述重质碳酸钙的比表面积为0.8-1.2m2/g；
所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，所述短切玻璃纤维长度为0.5-1.5mm，所述短切玻璃纤维的直径为10-20μm；
所述抗冲改性剂包括以下中的一种或几种：CPE、ACR、ACM。
进一步优选地，所述通信管材的配方，按照重量份数计，包括：
70份PVC，6份重质碳酸钙，12.5份短切玻璃纤维,7份抗冲改性剂，0.5份硬脂酸，3.5份Ca/Zn复合稳定剂，0.5份PE蜡。
进一步优选地，一种耐磨玻璃纤维通信管材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照配方中各个组分称取备料，将PVC树脂、碳酸钙、抗冲改性剂、硬脂酸、Ca/Zn复合稳定剂、PE蜡进行干燥处理，加入高速混料机，混料3min,再加入短切玻璃纤维，混料1.5min；
步骤二、将步骤一种的混合物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒加工工艺条件为：第一段温度为110℃，第二段温度为120℃，第三段温度为125℃，第四段温度为130℃，第五段温度为135℃，第六段温度为140℃，机头温度为155℃，熔体温度为150℃，喂料速度为15.5r/min，主机转速为36.5r/min，牵引速度为43.5r/min；
步骤三、将步骤二中获得的物料粒在60℃下烘干15min；
步骤四、将步骤三中的物料粒投入注塑机中，注塑成型，注塑加工工艺条件为：料筒第一阶段温度为175-190℃，第二阶段温度为170-180℃，第三阶段温度为165-175℃，第四阶段温度为160-170℃，喷嘴温度为175-190℃，塑化压力变为注塑环境中的压力的110-115％，注射压力保持50-60％，保压压力变为30-40％，冷却35-45s，出模，制得成型的玻璃纤维刚性通信管材；
步骤五、对步骤四中制备的通信管材进行性能分析。
本发明的有益效果是:
本发明的耐磨玻璃纤维通信管材配方中，在原来的玻璃纤维通信管材配方中添加了抗冲改性剂，直接在基体材料中加入抗冲改性剂，进行物理混合增韧，提高了玻璃纤维通信管材的韧性，使其具有耐压、耐冲击、耐高温、耐摩擦的性能。
在本发明中选用适量的短玻璃纤维，提高了PVC通信管材的强度，选用PVC悬浮法树脂，PVC树脂的聚合度为976-1142，PVC树脂的粒径为100-280μm，PVC树脂的表观密度为0.4-0.6g/ml，选用的PVC树脂的加工性能好，制备的管材的综合性能比较好。
在本发明中选用了硬脂酸和PE蜡作为润滑剂，在基体中加入润滑剂，有效的防止了硬质PVC材料在熔融状态下吸附在挤出机中，影响挤出产品质量，同时增强熔体的流动性，加工性，便于脱模，减少PVC原料在螺杆中的加工时间，即减少了加工过程中热量的产生，避免在挤出过程中组分发生分解反应，减少由于材料过热引发的熔体破裂，加强了产品的质量。
本发明中选用了硬脂酸和Ca/Zn复合稳定剂作为稳定剂，有效的抑制了PVC树脂在加工过程中分解，Ca/Zn复合稳定剂有效改善了PVC复合材料的热稳定性，提高了系统润滑性，促进体系的凝胶化程度，增强了熔体流动性。
本发明选用了重质碳酸钙，其流动性能好，避免了加工过程中其它组分混合分布不均匀的现象。
本发明严格改进制备工艺中的温度、喂料速度、主机转速、牵引速度等条件，解决了在生产过程中，玻璃纤维刚性通信管材样条塑化不好，样条成型不足等问题，获得了刚性强度和韧性强度适宜的耐磨玻璃纤维通信管材。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细给出。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对比例
在对比例中，不添加抗冲改性剂，获得玻璃纤维PVC复合材料，配方如表1中所示。
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 60-90
碳酸钙 6-13.5
玻璃纤维 3-22.5
硬脂酸 0.3-0.8
Ca/Zn复合稳定剂 3.5-6
PE蜡 0.4-0.6
通过各组分不同的配比，制备玻璃纤维PVC复合材料，经过性能测试，当配方为：5份PVC，6份重质碳酸钙，12.5份短切玻璃纤维,0.5份硬脂酸，4.5份Ca/Zn复合稳定剂，0.4份PE蜡时，玻璃纤维PVC复合材料的综合性能最好。
因此，后续实施例，以玻璃纤维为12.5份时为例。
实施例1
实施例1中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表1中所示。
表1 实施例1的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
CPE 1.8
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例2
实施例2中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表2中所示。
表2 实施例2的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
CPE 3.5
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例3
实施例3公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表3中所示。
表3 实施例3的配方表
实施例4
实施例4公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表4中所示。
表4 实施例4的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
CPE 13.5
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例5
实施例5中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表5中所示。
表5 实施例5的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
ACR 3.5
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例6
实施例6中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表6中所示。
表6实施例6的配方表
实施例7
实施例7中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表7中所示。
表7 实施例7的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
ACR 8.5
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例8
实施例8中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表8中所示。
实施例9
实施例9中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表9中所示。
表9 实施例9中的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
ACM 1.8
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例10
实施例10中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表10中所示。
表10 实施例10中的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
ACM 3.5
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例11
实施例11中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表11中所示。
表11 实施例11中的配方表
实施例12
实施例12中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表12中所示。
表12 实施例12中的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
ACM 8.5
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
实施例13
实施例13中公开了一种耐磨玻璃纤维通信管材，其配方如表13中所示。
表13 实施例13中的配方表
组分 含量(重量份数)
PVC树脂 75
碳酸钙 6
玻璃纤维 12.5
ACM 13.5
硬脂酸 0.5
Ca/Zn复合稳定剂 4.5
PE蜡 0.4
在上述实施例1-13中，上述PVC为悬浮法树脂，PVC树脂的聚合度为976-1142，PVC树脂的粒径为100-280μm，PVC树脂的表观密度为0.4-0.6g/ml；选用的PVC树脂的加工性能好，制备的管材的综合性能比较好。
上述碳酸钙为重质碳酸钙，上述重质碳酸钙的沉降体积为1.2-1.9ml/g，上述重质碳酸钙的比表面积为0.8-1.2m2/g；
上述玻璃纤维为短切玻璃纤维，上述短切玻璃纤维长度为0.5-1.5mm，上述短切玻璃纤维的直径为10-20μm。
选用了硬脂酸和PE蜡作为润滑剂，在基体中加入润滑剂，有效的防止了硬质PVC材料在熔融状态下吸附在挤出机中，影响挤出产品质量，同时增强熔体的流动性，加工性，便于脱模，减少PVC原料在螺杆中的加工时间，即减少了加工过程中热量的产生，避免在挤出过程中组分发生分解反应，减少由于材料过热引发的熔体破裂，加强了产品的质量。
选用了硬脂酸和Ca/Zn复合稳定剂作为稳定剂，有效的抑制了PVC树脂在加工过程中分解，Ca/Zn复合稳定剂有效改善了PVC复合材料的热稳定性，提高了系统润滑性，促进体系的凝胶化程度，增强了熔体流动性。
选用了重质碳酸钙，其流动性能好，避免了加工过程中其它组分混合分布不均匀的现象。
制备方法
实施例1-4以CPE作为抗冲改性剂，其制备方法如下：
步骤一、按照配方中各个组分称取备料，将PVC树脂、碳酸钙、CPE、硬脂酸、Ca/Zn复合稳定剂、PE蜡进行干燥处理，加入高速混料机，混料3min,再加入短切玻璃纤维，混料1.5min；
步骤二、将步骤一种的混合物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒加工工艺条件为：第一段温度为110℃，第二段温度为120℃，第三段温度为125℃，第四段温度为130℃，第五段温度为135℃，第六段温度为140℃，机头温度为155℃，熔体温度为150℃，喂料速度为15.5r/min，主机转速为36.5r/min，牵引速度为43.5r/min；
步骤三、将步骤二中获得的物料粒在60℃下烘干15min；
步骤四、将步骤三中的物料粒投入注塑机中，注塑成型，注塑加工工艺条件为：料筒第一阶段温度为175℃，第二阶段温度为170℃，第三阶段温度为165℃，第四阶段温度为160℃，喷嘴温度为175℃，塑化压力变为注塑环境中的压力的110％，注射压力保持60％，保压压力变为30％，冷却45s，出模，制得成型的玻璃纤维刚性通信管材；
步骤五、对步骤四中制备的通信管材进行性能分析。
实施例5-8以ACR作为抗冲改性剂，其制备方法如下：
步骤一、按照配方中各个组分称取备料，将PVC树脂、碳酸钙、ACR、硬脂酸、Ca/Zn复合稳定剂、PE蜡进行干燥处理，加入高速混料机，混料3min,再加入短切玻璃纤维，混料1.5min；
步骤二、将步骤一种的混合物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒加工工艺条件为：第一段温度为110℃，第二段温度为120℃，第三段温度为125℃，第四段温度为130℃，第五段温度为135℃，第六段温度为140℃，机头温度为155℃，熔体温度为150℃，喂料速度为15.5r/min，主机转速为36.5r/min，牵引速度为43.5r/min；
步骤三、将步骤二中获得的物料粒在60℃下烘干15min；
步骤四、将步骤三中的物料粒投入注塑机中，注塑成型，注塑加工工艺条件为：料筒第一阶段温度为190℃，第二阶段温度为180℃，第三阶段温度为175℃，第四阶段温度为170℃，喷嘴温度为190℃，塑化压力变为注塑环境中的压力的115％，注射压力保持50％，保压压力变为40％，冷却40s，出模，制得成型的玻璃纤维刚性通信管材；
步骤五、对步骤四中制备的通信管材进行性能分析。
实施例9-13以ACM作为抗冲改性剂，其制备方法如下：
步骤一、按照配方中各个组分称取备料，将PVC树脂、碳酸钙、ACM、硬脂酸、Ca/Zn复合稳定剂、PE蜡进行干燥处理，加入高速混料机，混料3min,再加入短切玻璃纤维，混料1.5min；
步骤二、将步骤一种的混合物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒加工工艺条件为：第一段温度为110℃，第二段温度为120℃，第三段温度为125℃，第四段温度为130℃，第五段温度为135℃，第六段温度为140℃，机头温度为155℃，熔体温度为150℃，喂料速度为15.5r/min，主机转速为36.5r/min，牵引速度为43.5r/min；
步骤三、将步骤二中获得的物料粒在60℃下烘干15min；
步骤四、将步骤三中的物料粒投入注塑机中，注塑成型，注塑加工工艺条件为：料筒第一阶段温度为180℃，第二阶段温度为175℃，第三阶段温度为170℃，第四阶段温度为165℃，喷嘴温度为180℃，塑化压力变为注塑环境中的压力的110％，注射压力保持50％，保压压力变为30％，冷却35s，出模，制得成型的玻璃纤维刚性通信管材；
步骤五、对步骤四中制备的通信管材进行性能分析。
性能分析
对上述实施例1-4、5-8、9-13中以及对比例中制备的通信管材的样本进行分析。
(1)拉伸强度测试
拉伸强度是PVC材料最基本的性能之一，样品受到拉力作用，直至断裂，样品承受最大拉伸应力，拉伸强度大，性能佳，按照国标GB/T1040-2006来测试。
(2)弯曲强度测试
弯曲强度测试主要用来检验通信管材在承受弯曲载荷作用时的性能，常用弯曲试验来评价材料的弯曲性能和塑性变形的程度，依照国标GB/T9341-2000。
(3)冲击强度性能测试
在冲击载荷的作用下测定材料冲击强度，冲击强度用于评价材料抵抗冲击的能力或者是判断材料的脆性或者韧性程度，按照国标GB/T1843-1996来测试。
对实施例1-4中的样本进行性能测试，其结果如表14中所示。
表14 实施例1-4中测试结果表
由表14中可知，对比例中未添加任何改性剂，拉伸强度为41.28Mpa，加入CPE改性剂后，复合材料的拉伸强度开始提升，当CPE的含量为3.5份时打到最大值，之后随着CPE改性剂的增加拉伸强度反而降低。
对比例中未添加任何改性剂，弯曲强度为74.51Mpa，加入CPE后，复合材料的弯曲强度有所下降，但是CPE在复合材料中呈现网状分散，能够吸收一定应变，因此，CPE材料添加在3.5-13.5之间有所上升。
对比例中未添加任何改性剂，冲击强度为4.42Kj/m2，加入CPE后，复合材料的冲击强度较大幅度提升，并且与CPE的添加量呈正比。
对比例中未添加任何改性剂，断裂伸长率为1.6％，添加CPE后断裂伸长率增加。
综上所示，实施例1-4中以实施例4为最佳实施例。
对实施例5-8中进行性能测试，其结果如表15中所示。
表15 实施例5-8中的性能测试结果表
由表15中可知，对比例中未添加任何改性剂，拉伸强度为41.28Mpa，加入CPE改性剂后，复合材料的拉伸强度开始提升，当CPE的含量为5.5份时打到最大值，之后随着CPE改性剂的增加拉伸强度反而降低。
对比例中未添加任何改性剂，弯曲强度为74.51Mpa，加入CPE后，复合材料的弯曲强度有所下降，但是CPE在复合材料中呈现网状分散，能够吸收一定应变，因此，CPE材料添加在5.5-13.5之间有所上升。
对比例中未添加任何改性剂，冲击强度为4.42Kj/m2，加入CPE后，复合材料的冲击强度较大幅度提升，并且与CPE的添加量呈正比。
对比例中未添加任何改性剂，断裂伸长率为1.6％，添加CPE后断裂伸长率增加。
综上所示，实施例5-8中以实施例6为最佳实施例。
对实施例9-13进行性能测试，其结果如表16中所示。
表16 实施例9-13中的性能测试结果表
由表16中可知，对比例中未添加任何改性剂，拉伸强度为41.28Mpa，加入CPE改性剂后，复合材料的拉伸强度开始提升，当CPE的含量为6.5份时打到最大值，之后随着CPE改性剂的增加拉伸强度反而降低。
对比例中未添加任何改性剂，弯曲强度为74.51Mpa，加入CPE后，复合材料的弯曲强度有所下降，但是CPE在复合材料中呈现网状分散，能够吸收一定应变，因此，CPE材料添加在6.5-13.5之间有所上升。
对比例中未添加任何改性剂，冲击强度为4.42Kj/m2，加入CPE后，复合材料的冲击强度较大幅度提升，并且与CPE的添加量呈正比。
对比例中未添加任何改性剂，断裂伸长率为1.6％，添加CPE后断裂伸长率增加。
综上所述，实施例11为最佳实施例。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种耐磨玻璃纤维通信管材，其特征在于，通信管材的配方中，按照重量份数计，包括：
其中，所述PVC为悬浮法树脂，PVC树脂的聚合度为976-1142，PVC树脂的粒径为100-280μm，PVC树脂的表观密度为0.4-0.6g/ml；
所述碳酸钙为重质碳酸钙，所述重质碳酸钙的沉降体积为1.2-1.9ml/g，所述重质碳酸钙的比表面积为0.8-1.2m2/g；
所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，所述短切玻璃纤维长度为0.5-1.5mm，所述短切玻璃纤维的直径为10-20μm；
所述抗冲改性剂包括以下中的一种或几种：CPE、ACR、ACM。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨玻璃纤维通信管材，其特征在于，所述通信管材的配方，按照重量份数计，包括：
70份PVC，6份重质碳酸钙，12.5份短切玻璃纤维,7份抗冲改性剂，0.5份硬脂酸，3.5份Ca/Zn复合稳定剂，0.5份PE蜡。
3.一种权利要求1或2所述的耐磨玻璃纤维通信管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按照配方中各个组分称取备料，将PVC树脂、碳酸钙、抗冲改性剂、硬脂酸、Ca/Zn复合稳定剂、PE蜡进行干燥处理，加入高速混料机，混料3min,再加入短切玻璃纤维，混料1.5min；
步骤二、将步骤一种的混合物料投入到双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒加工工艺条件为：第一段温度为110℃，第二段温度为120℃，第三段温度为125℃，第四段温度为130℃，第五段温度为135℃，第六段温度为140℃，机头温度为155℃，熔体温度为150℃，喂料速度为15.5r/min，主机转速为36.5r/min，牵引速度为43.5r/min；
步骤三、将步骤二中获得的物料粒在60℃下烘干15min；
步骤四、将步骤三中的物料粒投入注塑机中，注塑成型，注塑加工工艺条件为：料筒第一阶段温度为175-190℃，第二阶段温度为170-180℃，第三阶段温度为165-175℃，第四阶段温度为160-170℃，喷嘴温度为175-190℃，塑化压力变为注塑环境中的压力的110-115％，注射压力保持50-60％，保压压力变为30-40％，冷却35-45s，出模，制得成型的玻璃纤维刚性通信管材；
步骤五、对步骤四中制备的通信管材进行性能分析。
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