CN109054218A - 一种超高分子量聚乙烯增韧的pvc-u排水管及其制备方法和应用 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯增韧的pvc-u排水管及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC‑U排水管及其制备方法和应用。所述PVC‑U排水管，由如下质量份数的组分组成：PVC树脂100份；UHMWPE树脂1~30份；增容剂1~10份；热稳定剂1~10份；填料0.5~20份；润滑剂0.5~5份；加工助剂0.5~5份；颜料0.1~5份。本发明通过高模量、高强度、高韧性、高耐磨性的超高分子量聚乙烯来对PVC‑U排水管进行增韧，既可避免弹性体增韧剂的加入及由其带来的强度、刚性和耐热性等性能的降低，又可大大提高PVC‑U排水管的抗冲击强度。本发明提供的PVC‑U排水管既具有较好的抗冲击性能，又具有较高的强度、韧性和耐磨性。

Description

一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于硬质聚氯乙烯管材领域，更具体地，涉及一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管及其制备方法和应用。
背景技术
硬质聚氯乙烯（PVC-U）管道抗冲击强度低，材料脆性大、韧性不足，受到冲击时易发生脆性断裂，引发管道的快速开裂，不适用于地基沉降不均匀地区和地震多发区域，在矿用管道、非开挖敷设管道等领域具有较大局限性；对缺口十分敏感，在运输、安装过程中难免发生磨损、刮擦等现象，易在管道带压使用中发展成裂纹增长，对管道的使用寿命和工程安全有极大的隐患。针对上述PVC管道存在的问题，高端的或者应用于特殊地理环境的PVC管道往往需要加入增韧改性剂进行增韧改性。
我国PVC管道在给排水工程中的应用占据了超过50%的比重，并且主要以硬质聚氯乙烯（PVC-U）管为主。PVC-U管具有弹性模量大、强度高、耐化学腐蚀等优良性能和较高的性价比，受到市场的认可度较高，但是仍然存在一些明显的缺点，限制了PVC-U管道在工程上更广泛地应用。
目前PVC-U管增韧的方式主要通过加入弹性体甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、氯化聚乙烯（CPE）、丁晴橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）等抗冲改性剂，或者是加入碳酸钙（CaCO3）、二氧化硅（SiO2）、蒙脱土、滑石粉等无机粒子或者苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等刚性粒子。
弹性体增韧剂改性PVC可提高材料的冲击强度，但是也会降低其强度、刚性和耐热性，加入弹性体后还会导致PVC熔体黏度增加，导致加工性能下降，需要配合适当的润滑体系才能正常加工；而刚性粒子增韧改性与粒子的类型、粒径范围等有很大关系，并且会面临与PVC基体之间分散不均匀，界面相容性差的问题，粒子表面往往需要进行表面改性。
因此，开发一种既具有抗冲击强度，韧性好，又保有较高的强度、刚性和耐热性的PVC-U管具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中PVC-U管抗冲击强度低，脆性大、韧性不足的缺点，提供一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管。本发明提供的超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管既具有较好的抗冲击性能，又具有较高的强度、韧性和耐磨性。
本发明的另一目的在于提供上述PVC-U排水管的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述PVC-U排水管在制备矿用管道产品或非开挖敷设管道产品中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，由如下质量份数的组分组成：
PVC树脂 100份；
UHMWPE树脂 1~30份；
增容剂 1~10份；
热稳定剂 1~10份；
填料 0.5~5份；
润滑剂 0.5~5份；
加工助剂 0.5~5份；
颜料 0.1~5份。
本发明利用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）树脂来对PVC-U排水管进行增韧，由于UHMWPE树脂具有高模量、高强度、高韧性、高耐磨性的优点，既可避免弹性体增韧剂的加入及由其带来的强度、刚性和耐热性等性能的降低，又可大大提高PVC-U排水管的抗冲击强度；另外，PVC-U排水管的强度也得到了提高。
优选地，所述排水管由如下质量份数的组分组成：
PVC树脂 100份；
UHMWPE树脂 5~25份；
增容剂 3~7份；
热稳定剂 2~8份；
填料 1~10份；
润滑剂 1~5份；
加工助剂 1~5份；
颜料 0.5~3份。
更为优选地，所述排水管由如下质量份数的组分组成：
PVC树脂 100份；
UHMWPE树脂 20份；
增容剂 5份；
热稳定剂 4份；
填料 5份；
润滑剂 5份；
加工助剂 3份；
颜料 1份。
优选地，所述的PVC树脂的K值为66~68。
选用该特定性能的PVC树脂，使得排水管具有更为优异的性能。
UHMWPE是一种分子量大于150万的线型聚乙烯，其分子链极长，强度、韧性和热稳定性能等相当突出。
优选地，所述的UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3，190℃/21.6kg条件下的熔体质量流动速率≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
优选地，所述的填料为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、水滑石、二氧化硅、云母石、高岭土或硫酸钡中的一种或几种。
优选地，所述的热稳定剂为钙锌复合热稳定剂、有机锡热稳定剂或稀土稳定剂中的一种。
优选地，所述的增容剂为至少含有一个极性官能团和一个乙烯基官能团的增容剂。
更为优选地，所述的增容剂为氯化聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯-丙烯腈共聚物、丙烯-苯乙烯或丙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的一种或几种。
优选地，所述的润滑剂为石蜡、PE蜡、费托蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸盐或硬脂酸酰胺中的一种或几种。
上述排水管的制备方法，包括如下步骤：
S1：将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂混合后，捏合，搅拌均匀，冷却，得混合料1；
S2：将S1所得的混合料1与热稳定剂、填料、加工助剂和颜料混合，于80~130℃条件下混合均匀，冷却，得混合料2；
S3：将混合料2挤出成型即得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
优选地，所述S3中利用螺杆挤出机挤出成型，所述螺杆挤出机的机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
上述排水管在制备矿用管道产品或非开挖敷设管道产品中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过高模量、高强度、高韧性、高耐磨性的超高分子量聚乙烯来对PVC-U排水管进行增韧，既可避免弹性体增韧剂的加入及由其带来的强度、刚性和耐热性等性能的降低，又可大大提高PVC-U排水管的抗冲击强度。本发明提供的PVC-U排水管既具有较好的抗冲击性能，又具有较高的强度、韧性和耐磨性。
具体实施方式
下面结合实施例和对照例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例和对照例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。
实施例1
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯10份，增容剂氯化聚乙烯3份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙10份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例2
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯20份，增容剂氯化聚乙烯5份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙10份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例3
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯10份，增容剂氯化聚乙烯5份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙20份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例4
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯20份，增容剂氯化聚乙烯5份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙5份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例5
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯1份，增容剂氯化聚乙烯1份，钙锌热稳定剂1份，重质碳酸钙20份，PE蜡5份，加工助剂5份，颜料5份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例6
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯30份，增容剂氯化聚乙烯10份，钙锌热稳定剂10份，重质碳酸钙0.5份，PE蜡0.5份，加工助剂0.5份，颜料0.1份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例7
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯5份，增容剂氯化聚乙烯3份，钙锌热稳定剂1份，重质碳酸钙10份，PE蜡5份，加工助剂5份，颜料3份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例8
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯25份，增容剂氯化聚乙烯7份，钙锌热稳定剂8份，重质碳酸钙1份，PE蜡1份，加工助剂1份，颜料0.5份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
实施例9
一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，按质量份数计由以下原料组成：
聚氯乙烯树脂100份，超高分子量聚乙烯20份，增容剂氯化聚乙烯5份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙5份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份。
聚氯乙烯树脂的K值为60-62。
超高分子量聚乙烯密度为0.930~0.955g/cm3，熔体质量流动速率（190℃/21.6kg）≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
并采用如下的制备方法：
a.将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂、润滑剂按配方比例混合，用高速混炼机捏合，再于冷混机中搅拌均匀冷却备用；
b.将步骤a所得的混合料与热稳定剂、填料、加工助剂、颜料按配方比例混合，在高速混料机中于70℃条件下混合均匀，然后于冷混机中冷却；
c.将步骤b所得混合料加入螺杆挤出机中挤出成型制得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
对比例1
按质量份数将PVC树脂100份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙20份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份混合均匀后挤出制备PVC-U排水管。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
对比例2
按质量份数将PVC树脂100份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙15份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份混合均匀后挤出制备PVC-U排水管。
聚氯乙烯树脂的K值为66-68。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
对比例3
按质量份数将PVC树脂100份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙10份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份混合均匀后挤出制备PVC-U排水管。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
螺杆挤出机机筒温度为140~190℃，口模温度为140~220℃。
对比例4
按质量份数将聚氯乙烯树脂100份，增容剂氯化聚乙烯5份，钙锌热稳定剂4份，重质碳酸钙5份，PE蜡5份，加工助剂3份，颜料1份。
聚氯乙烯树脂的K值为66~68。
并采用与实施例4一致的制备方法。
性能测试
对实施例1~9及对比例1~4制备的PVC-U排水管进行性能测试。产品标准参照GB/T5836.1-2006 《建筑排水用硬质聚氯乙烯（PVC-U）管材》。拉伸屈服强度和拉伸弹性模量按照GB/T 1040.1-2006的方法测试，简支梁冲击强度按照GB/T 1043.1的方法测试。
表1性能测试结果
从上述实施例和对比例的结果可以看出，通过加入UHMWPE树脂增韧的PVC-U排水管的拉伸屈服强度和拉伸弹性模量比未改性的PVC-U排水管有明显提高，并且冲击强度也远高于未改性的PVC-U排水管。实施例和对比例中，作为填料的碳酸钙的份数越高，产品的强度和韧性就越低。由此可知，通过UHMWPE树脂增韧的PVC-U排水管能够在保持较高强度的条件下，有效提高管材的冲击强度，具有优良的力学强度和应用可靠性。
本发明提供的超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，利用超高分子量聚乙烯材料高模量、高强度、高韧性、高耐磨性的优点，以二元或者多元聚合物为增容剂，在保持PVC-U材料高强度优点的基础上，有效提高PVC-U排水管的韧性和耐磨性，所制备的排水管在矿用管道、非开挖敷设管道等领域都能有很好的应用，并且适用于地基沉降不均匀地区和地震多发区域。
最后应当指出的是，以上实施例仅是本发明的具有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明内容直接导出或联想到所有变形，均应认为是本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超高分子量聚乙烯增韧的PVC-U排水管，其特征在于，由如下质量份数的组分组成：
PVC树脂 100份；
UHMWPE树脂 1~30份；
增容剂 1~10份；
热稳定剂 1~10份；
填料 0.5~20份；
润滑剂 0.5~5份；
加工助剂 0.5~5份；
颜料 0.1~5份。
2.根据权利要求1所述排水管，其特征在于，所述排水管由如下质量份数的组分组成：
PVC树脂 100份；
UHMWPE树脂 5~25份；
增容剂 3~7份；
热稳定剂 2~8份；
填料 1~10份；
润滑剂 1~5份；
加工助剂 1~4份；
颜料 0.5~3份。
3.根据权利要求2所述排水管，其特征在于，所述排水管由如下质量份数的组分组成：
PVC树脂 100份；
UHMWPE树脂 20份；
增容剂 5份；
热稳定剂 4份；
填料 5份；
润滑剂 5份；
加工助剂 3份；
颜料 1份。
4.根据权利要求1所述排水管，其特征在于，所述的PVC树脂的K值为66~68。
5.根据权利要求1所述排水管，其特征在于，所述的UHMWPE树脂密度为0.930~0.955g/cm3，190℃/21.6kg条件下的熔体质量流动速率≤0.1g/10min，屈服强度为25~30MPa，粘均分子量≥150万。
6.根据权利要求1所述排水管，其特征在于，所述的填料为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、水滑石、二氧化硅、云母石、高岭土或硫酸钡中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述排水管，其特征在于，所述的热稳定剂为钙锌复合热稳定剂、有机锡热稳定剂或稀土稳定剂中的一种。
8.根据权利要求1所述排水管，其特征在于，所述的增容剂为至少含有一个极性官能团和一个乙烯基官能团的增容剂。
9.权利要求1~8任一所述排水管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将PVC树脂、UHMWPE树脂、增容剂和润滑剂混合后，捏合，搅拌均匀，冷却，得混合料1；
S2：将S1所得的混合料1与热稳定剂、填料、加工助剂和颜料混合，于80~130℃条件下混合均匀，冷却，得混合料2；
S3：将混合料2挤出成型即得所述超高分子量聚乙烯增韧PVC-U排水管。
10.权利要求1~8任一所述排水管在制备矿用管道产品或非开挖敷设管道产品中的应用。
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