CN106832698A - 一种氯化聚氯乙烯管材组合物及管材制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于以重量份数计，由以下成分制成：氯化聚氯乙烯100份，加工改性树脂5‑40份，聚乙烯接枝马来酸酐5‑15份，氯化聚乙烯5‑15份，钙锌复合稳定剂3‑6份，三氧化锑1‑5份，硬脂酸0.5‑1份，石蜡0.5‑1份，ACR 1‑2.5份，抗氧剂1010 0.05‑0.2份，抗氧剂168 0.05‑0.2份，钛酸酯偶联剂0.5‑1份，碳酸钙20‑40份，颜料0‑5份,该组合物易加工，得到的管材耐高温，力学性能好。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种氯化聚氯乙烯管材组合物及管材制备方法。
背景技术
近来，城市规划建设的发展以及市容的整洁和美观，要求架空的高压电线要求全部埋入地下，由于高压电缆线，电压高，容易发热产生高温或瞬间意外短路产生高温，人们通常使用改性聚丙烯(MPP)、钢管或玻璃钢管作为高压电缆的护套管材，MPP管材或钢管在施工时都需要焊接，野外作业不方便，施工效率也比较低，同时生产MPP管材的材料依赖石油提炼，成本很高，而钢管不耐腐蚀、使用寿命一般只有15～30年就被锈蚀损坏，然而玻璃钢采用玻璃纤维缠绕涂覆工艺，在生产和使用中容易造成污染，同时玻璃钢管材脆性比较大，不耐重压、敲打或碰撞，也容易分层，影响使用寿命。
氯化聚氯乙烯是一种很有发展前途的工程塑料，尤其其耐温阻燃性能优异，在热水管和电缆穿线管领域得到应用，但这种材料最大的缺点是加工成型困难，限制了它的发展。目前氯化聚氯乙烯加工时大多掺入一定量的聚氯乙烯树脂，以改善其加工性能。但由于聚氯乙烯维卡软化温度仅有70-80度，而氯化聚氯乙烯维卡软化温度高达120多度，氯化聚氯乙烯中掺用聚氯乙烯后明显降低了耐高温性能，不能满足高温，高压热水管材及高压电缆重压振动较大的条件要求，大大影响和制约了CPVC管材在热水及电力工程中的广泛使用。
中国专利CN201110119198.1公开了一种超强耐高温氯化聚氯乙烯管材的制备方法，其特点是该管材由75～100份氯化聚氯乙烯树脂；0～25份聚氯乙烯树脂；3～10份ABS；1～8份丙烯酸树脂；3～8份双马来酰亚胺；1～5份塑化促进剂；1～5份增容剂；10～25份工程塑料；1～3份润滑剂；1～5份纳米材料；4～8份稳定剂；2～15份填充剂；0～1份交联剂；1～5份加工改性剂；3～10份抗冲改性剂按重量份配比后经混合搅拌和模具挤出而成。本发明与现有技术相比具有维卡软化点高，能满足120℃以上的高温要求，耐老化、阻燃绝缘和抗压性能好，使用寿命长的优点。但是该专利存在如下缺点：配方中工程塑料的使用提高了材料的加工成型温度，这对氯化聚氯乙烯是不利的，制备方法过于复杂，同时工程塑料的使用也提高了材料的成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氯化聚氯乙烯管材组合物及管材制备方法，该组合物易加工，得到的管材耐高温，力学性能好。
本发明氯化聚氯乙烯管材组合物以重量份数计，由以下成分制成：
优选的，所述的氯化聚氯乙烯树脂聚合度700-1000，氯含量65～72％。
所述的加工改性树脂为高密度聚乙烯和/或聚丙烯。
采用高密度聚乙烯时，其性能指标如下：密度为0.930-0.965克/立方厘米，190℃，2.16kg条件下熔体质量流动速率为5-30克/10min，熔体质量流动速率低，不易加工，熔体质量流动速率过高，不能满足管材的力学性能要求。
采用聚丙烯时，其性能指标如下：
230℃，2.16kg条件下熔体质量流动速率为5-35克/10min，熔体质量流动速率低，不易加工，熔体质量流动速率过高，不能满足管材的力学性能要求。
其中所述的钙锌稳定剂为钙锌稳定剂9700。
所述聚乙烯接枝马来酸酐的马来酸酐接枝率大于0.5％。
所述氯化聚乙烯的氯含量为30-35％。
所述ACR特性粘度为1.6-2.4，优选ACR201。
所述颜料为钛白粉。
本发明所述管材的制备方法如下：
1)先用钛酸酯偶联剂处理碳酸钙，处理方法为：将碳酸钙加入混合器中，启动搅拌，升温到70℃-80℃，然后采用喷洒法均匀加入钛酸酯偶联剂，加完后继续搅拌15分钟；
2)物料配混工艺：将管材组合物其他组分跟钛酸酯偶联剂处理后的碳酸钙一同放入高速混合机中混合，当混合物料升温至100～130℃时，放料至低速搅拌机中混合，当混合物料冷却至40～50℃时出料，得混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度165～190℃，即得。
本发明氯化聚氯乙烯管材组合物的有益效果是：组合物易加工，得到的管材耐高温，力学性能好。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1-10是本发明的氯化聚氯乙烯管材组合物及其管材制备方法的具体实施方式。其中实施例3为最佳实施例。在实施例1-10中：所用氯化聚氯乙烯树脂聚合度为800，氯含量68％。
所用高密度聚乙烯为HDPE5070，熔体质量流动速率:7.05g/10min，密度:0.958g/cm3。
所用聚丙烯为PP K9020,熔体质量流动速率:20g/10min。
所述聚乙烯接枝马来酸酐的接枝率为1％。
所述氯化聚乙烯为CPE135A。
所述ACR为ACR201。
所述颜料为钛白粉。
其中所述的钙锌稳定剂为钙锌稳定剂9700。
表1实施例1～5的配比(以重量份计)
表2实施例6～10的配比(以重量份计)
| 材料 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 氯化聚氯乙烯 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 聚丙烯 | 20 | 25 | 17 | 21 | 21 |
| 聚乙烯接枝马来酸酐 | 5 | 7 | 8 | 9 | 9 |
| 氯化聚乙烯 | 10 | 12 | 11 | 9 | 9 |
| 钙锌复合稳定剂 | 6 | 5 | 4 | 3 | 3 |
| 三氧化锑 | 5 | 3 | 4 | 5 | 5 |
| 硬脂酸 | 1 | 0.9 | 0.8 | 0.7 | 0.7 |
| 石蜡 | 1 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.8 |
| ACR | 2.5 | 2.4 | 2.3 | 2.2 | 2.2 |
| 抗氧剂1010 | 0.1 | 0.15 | 0.12 | 0.13 | 0.13 |
| 抗氧剂168 | 0.1 | 0.12 | 0.13 | 0.14 | 0.14 |
| 钛酸酯偶联剂 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.8 |
| 碳酸钙 | 20 | 21 | 22 | 23 | 23 |
| 颜料 | 2 | 1 | 1 | 1 | 0 |
表3为本发明对比例的配方，其中对比例1采用聚氯乙烯改性，对比例2在实施例7的基础上去掉了聚乙烯接枝马来酸酐，对比例3在实施例3的基础上去掉了聚乙烯接枝马来酸酐，对比例4在实施例7的基础上加大了聚丙烯用量，对比例5在实施例7的基础上降低了聚丙烯用量，对比例6在实施例7的基础上去掉了氯化聚乙烯。
表3对比例1-6的配比(以重量份计)
性能测试
一、根据表1～3中的组分配比，采用混料-开片-压片-制样的工艺制得试样，对实施例1～10和对比例1～6各试样进行性能检测，测试的物理机械强度，对配混物料用Brabender塑化仪测试塑化性能及稳定性。试样的制备步骤如下：
1)混料：按原料配比称好物料，然后加入到高速混合机混合，至混合温度115℃，将物料放到低速混合机，待物料温度冷却至40℃时出料；
2)开片：用双辊开炼机对物料进行塑化，塑化温度180℃，塑化时间5min；
3)压片：用压片机对塑化样片进行压片，压机温度190℃，时间5min；
4)制样：把压制样片制成符合测试要求的试样。
5)塑化性能及稳定性检测：用Brabender塑化仪测试，温度180℃，转速60rpm，加料量57g。
表4实施例1～5的性能测试结果
| 检测项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 拉伸强度 | MPa | 64 | 65 | 64 | 61 | 62 |
| 断裂伸长率 | ％ | 140 | 131 | 142 | 150 | 152 |
| 缺口冲击强度 | 26 | 28 | 27 | 25 | 25 | |
| 维卡软化温度 | ℃ | 120 | 123 | 122 | 119 | 118 |
| 弯曲强度 | MPa | 130 | 134 | 132 | 128 | 127 |
| 氧指数 | ％ | 61 | 59 | 60 | 61 | 61 |
| 塑化时间 | s | 175 | 177 | 176 | 174 | 173 |
| 稳定时间 | min | 19 | 19 | 17 | 17 | 16 |
| 塑化平衡扭矩 | Nm | 30.7 | 31.0 | 30.8 | 31.5 | 30.1 |
表5实施例6～10的性能测试结果
| 检测项目 | 单位 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 拉伸强度 | MPa | 65 | 63 | 64 | 65 | 65 |
| 断裂伸长率 | ％ | 120 | 115 | 125 | 134 | 135 |
| 缺口冲击强度 | 25 | 27 | 29 | 30 | 31 | |
| 维卡软化温度 | ℃ | 122 | 123 | 126 | 123 | 123 |
| 弯曲强度 | MPa | 135 | 132 | 141 | 134 | 135 |
| 氧指数 | ％ | 61 | 59 | 61 | 60 | 60 |
| 塑化时间 | s | 177 | 179 | 178 | 176 | 176 |
| 稳定时间 | min | 19 | 18 | 17 | 17 | 16 |
| 塑化平衡扭矩 | Nm | 30.9 | 31.0 | 30.8 | 31.5 | 30.1 |
表6对比例1～6的性能测试结果
| 检测项目 | 单位 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 |
| 拉伸强度 | MPa | 56 | 33 | 34 | 43 | 63 | 66 |
| 断裂伸长率 | ％ | 24 | 15 | 14 | 215 | 15 | 105 |
| 缺口冲击强度 | 12 | 17 | 18 | 29 | 28 | 7 | |
| 维卡软化温度 | ℃ | 105 | 123 | 122 | 124 | 130 | 131 |
| 弯曲强度 | MPa | 110 | 132 | 121 | 112 | 142 | 138 |
| 氧指数 | ％ | 64 | 59 | 60 | 50 | 68 | 58 |
| 塑化时间 | s | 197 | 179 | 176 | 139 | 219 | 169 |
| 稳定时间 | min | 17 | 18 | 17 | 18 | 18 | 18 |
| 塑化平衡扭矩 | Nm | 38.9 | 32.0 | 31.8 | 21.0 | 51.0 | 30.1 |
发明人还针对实施例7做了另外两个对比例，对比例7的配方跟实施例7一样，只是把聚丙烯换为了熔体流动速率更高的K9935，熔体质量流动速率:35g/10min，对比例8的配方跟实施例7一样，只是把聚丙烯换为了熔体流动速率更低的K8003，熔体质量流动速率:3g/10min，表7为对比例7-8的性能指标。
表7对比例7-8的性能指标
| 检测项目 | 单位 | 对比例7 | 对比例8 |
| 拉伸强度 | MPa | 54 | 57 |
| 断裂伸长率 | ％ | 100 | 98 |
| 缺口冲击强度 | 20 | 22 | |
| 维卡软化温度 | ℃ | 105 | 120 |
| 弯曲强度 | MPa | 122 | 130 |
| 氧指数 | ％ | 58 | 59 |
| 塑化时间 | s | 195 | 180 |
| 稳定时间 | min | 17 | 17 |
| 塑化平衡扭矩 | Nm | 32.0 | 50.3 |
表4～7中可以看出：与对比例1～8相比，实施例1～10的在抗冲击性能、加工性能和耐热性能达到较好的平衡，适用于作为耐热管材。而对比例1-8有的力学性能不好，有的难于加工，有的耐热性不好。
以上实施例、对比例管材的制备方法如下：
1)先用钛酸酯偶联剂处理碳酸钙，处理方法为：将碳酸钙加入混合器中，启动搅拌，升温到70℃-80℃，然后采用喷洒法均匀加入钛酸酯偶联剂，加完后继续搅拌15分钟；
2)物料配混工艺：将管材组合物其他组分跟钛酸酯偶联剂处理后的碳酸钙一同放入高速混合机中混合，当混合物料升温至115～120℃时，放料至低速搅拌机中混合，当混合物料冷却至40℃时出料，得混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中挤出，双螺杆挤出机的具体挤出机温度为：1区180℃、2区175℃、3区170℃、4区170℃、合流芯165℃、机头1区180℃、机头2区190℃，即得管材。
二、按照表1～2中实施例的配方以及实施例1～10的制备方法制备管材。根据国家标准GBT18998.2/-2003《工业用氯化聚氯乙烯(PVC-C)管道系统第2部分：管材》检测性能，管材性能结果如表8～9所示：
表8实施例1～5管材性能
表9实施例6～10管材性能
从表8～9中可以看出：实施例1～10均满足国家标准GBT18998.2/-2003的要求。
跟实施例1-10同样方法制备的对比例1管材维卡软化温度不合格，耐热性能不好，其他对比例因为加工性能及力学性能等原因，得到的管材液压性能不合格，其中对比例1-3和对比例6-8的落锤冲击试验也不合格。
虽然已经参照具体地实施方式详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的方法和步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样方法和步骤。
Claims (10)
1.一种氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于以重量份数计，由以下成分制成：
2.根据权利要求1所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于所述的氯化聚氯乙烯树脂聚合度700-1000，氯含量65-72％。
3.根据权利要求1所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于所述的加工改性树脂为高密度聚乙烯和/或聚丙烯。
4.根据权利要求3所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于所述高密度聚乙烯性能指标如下：密度为0.930-0.965克/立方厘米，190℃，2.16kg条件下熔体质量流动速率为5-30克/10min。
5.根据权利要求3所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于，所述采用聚丙烯时，其性能指标如下：230℃，2.16kg条件下熔体质量流动速率为5-35克/10min。
6.根据权利要求1所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于，所述的钙锌稳定剂为钙锌稳定剂9700。
7.根据权利要求1所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于，所述的聚乙烯接枝马来酸酐的马来酸酐接枝率大于0.5％。
8.根据权利要求1所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于，所述的氯化聚乙烯的氯含量为30-35％。
9.根据权利要求1所述的氯化聚氯乙烯管材组合物，其特征在于，所述的ACR特性粘度为1.6-2.4。
10.根据权利要求1所述氯化聚氯乙烯管材组合物管材的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
1)先用钛酸酯偶联剂处理碳酸钙，处理方法为：将碳酸钙加入混合器中，启动搅拌，升温到70℃-80℃，然后采用喷洒法均匀加入钛酸酯偶联剂，加完后继续搅拌15分钟；
2)物料配混工艺：将管材组合物其他组分跟钛酸酯偶联剂处理后的碳酸钙一同放入高速混合机中混合，当混合物料升温至100-130℃时，放料至低速搅拌机中混合，当混合物料冷却至40-50℃时出料，得混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中挤出，挤出温度165-190℃。
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