CN109810430B - 一种利用聚氯乙烯生产热塑成型法管道修复的管材配方 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用聚氯乙烯生产热塑成型法管道修复的管材配方，所述管材配方包括如下组分：聚氯乙烯、聚烯烃弹性体、填料、氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物、外润滑剂、内润滑剂、热稳定剂、加工改性剂、增韧剂和抗氧剂，各组分的质量比为70～80︰5～10︰5～10︰2～4︰0.5～1.5︰0.5～1.5︰1.5～3︰0.5～1.5︰0.5～1.5︰0.5～1.5。本发明还公开了由所述配方制备的PVC管材和管道修复方法。本发明的热塑成型法管道修复用PVC管材，能够适应长距离非开挖修复，并且具有环刚度。
Description
技术领域
本发明涉及管道修复技术领域，具体涉及一种利用聚氯乙烯生产热塑成型法管道修复的管材配方，由所述管材配方制备的热塑成型法管道修复用PVC管材，以及管道修复方法。
背景技术
管道修复技术在国外一般被称为“3R技术”，即Repair，Rehabilitation，Replace(修补、修复及更换管段)。管道修复技术目前分为管道开挖修复技术和管道非开挖修复技术。非开挖管道修复与传统的开挖修复管道或是更换管道相比，优势主要表现为以下几点：
(1)可以减低开挖施工对居民正常生活的干扰，以及对交通、环境、周边建筑基础的破坏和不良影响。非开挖施工不会阻断交通，不破坏绿地、植被，不影响商店、医院、学校以及居民的正常生活和工作秩序。
(2)在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合(如穿越河流、湖泊、重要交通干线、重要建筑物的地下管道),可用非开挖技术从其下方穿越铺设，并可将管道设计在工程量最小的地点穿越。
(3)现代非开挖技术可以高精度地控制地下管道的铺设方向、埋深，并可使管道绕过地下障碍(如巨石)。
(4)在可比性相同的情况下，非开挖管道铺设、更换、修复的综合费用均低于开挖管道，尤其管径及埋深越大时越明显。
PVC管道已经广泛使用在排水管道中，因此面对一些深埋地下已损坏的排水管道，研究人员想采用PVC管道来进行修复。但是普通的PVC管道硬度大，无法收卷，并且在铺设过程中由于其自身的高环刚度在拐角处无法弯折，并不是适用于长距离非开挖管道修复。因此需要开发一款既能够扁平化收卷又能在铺设完成后具有较大环刚度的管材。在高分子行业目前已知的让一款材料硬度发生大幅度变化的方法，有结晶固化、分子交联等。考虑到施工时的管材的成型速度和操作的便捷性，选择了结晶固化这条路线。
聚氯乙烯是一种非晶态高分子材料，那么必然具有玻璃化转变这一性质。在温度较低时，聚氯乙烯材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态：当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态。在高弹态状态下，材料具有一定的柔韧性，既能够扁平化收卷，又能在长距离管道修复的拐角处顺利弯折。
普通的PVC材料玻璃化转变温度为81℃左右，并且离开热源在常温下，再次固化时间为2min左右，这样的材料性质很难满足施工条件。因此需要开发一种低玻璃化转变温度的PVC硬管配方。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热塑成型法管道修复用PVC管材，该管材能够适应长距离非开挖修复，并且具有环刚度。
在开发能够长距离施工并且具有环刚度的管材时，首先从具有环刚度可知，这种必须固定成型，即为硬管；能够进行长距离管道修复，必须要面临管道中有拐角的地方，即要求这种管材有一定的可塑性，这就相当于软管。综上，我们需要开发出一款在铺设时具有可塑性、铺设完成后具有环刚度的管材。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用聚氯乙烯生产热塑成型法管道修复的管材配方，所述管材配方包括如下组分：聚氯乙烯(PVC)、聚烯烃弹性体(POE)、填料、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、外润滑剂、内润滑剂、热稳定剂、加工改性剂、增韧剂和抗氧剂，各组分的质量比为70～80︰5～10︰5～10︰2～4︰0.5～1.5︰0.5～1.5︰1.5～3︰0.5～1.5︰0.5～1.5︰0.5～1.5。
进一步地，所述聚氯乙烯为聚氯乙烯五型粉，所述填料为200～10000目碳酸钙粉。
进一步地，所述外润滑剂为白油，所述内润滑剂包括质量比为1:1的聚乙烯蜡和硬脂酸钙。
进一步地，所述热稳定剂为有机锡类热稳定剂，所述抗氧剂由质量比为1:1的抗氧剂1010和抗氧剂168组成。
进一步地，所述加工改性剂为K-175加工改性剂，所述增韧剂为CPE。
进一步地，所述管材配方中还包括颜料。
进一步地，本发明还提供了一种热塑成型法管道修复用PVC管材，所述管材是由所述的管材配方经下述步骤制备得到的：
将所述各组分混合，造粒；得到的粒子挤出成管，经真空定型后，得到所述PVC管材。
进一步地，采用混合机混合所述各组分，混合机的加料量控制在混合室空容积的50％～70％。
进一步地，混合时加料的顺序为：
(1)在低转速下，将聚氯乙烯加入混合室；
(2)在40～80℃下，于高转速下，加入稳定剂及外润滑剂；
(3)在60～90℃左右，于高转速下，加入加工改性剂、硬脂酸钙及增韧剂；
(4)在80～120℃左右，于高转速下，加入聚乙烯蜡；
(5)在90～130℃，在高转速下，加入填料、聚烯烃弹性体及氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；
(6)在110℃～120℃，低转速下排出物料，送入冷混机中；
(7)冷混至料温为50℃以下，排出、过筛；
其中，所述低转速为0～200r/min，所述高转速为200～2000r/min。
进一步地，本发明还提供了一种管道修复方法，包括：
在待修复管道上开挖两个开口，分别放置收卷架和牵引机，所述收卷架上收卷有上述的PVC管材；
采用通蒸汽的方式，使收卷架上的管材软化，接着利用牵引机将管材拖入待修复的管道；以及
将所述管材的一端口用气囊堵住，向另一端口输送蒸汽，管材受热软化并膨胀，完全紧密贴附在待修复的管道上，锯掉多余部分，修复完成。
本发明的有益效果：
1、本发明的管道修复用管材，具有良好的拉伸强度、弹性模量、环刚度等性能，POE、PC的加入提升了产品的韧性，SEBS的加入大幅度提升了该种管材的低温耐性；并且主要成分为PVC，价格低廉。该管材在生产、储运、使用过程中，对环境无污染，对人体无害，是一种绿色环保产品。
2、本发明的管道修复用管材，同时具有软管与硬管两种性质，既方便扁平化收卷，同时在铺设完成后又具有较大环刚度，适用于长距离非开挖管道的修复，尤其是深埋地下已损坏的排水管道。
3.与普通的PVC管道相比，本发明的管道修复用管材，其玻璃化转变温度较低，且离开热源后固化时间较长，便于施工。
4、本发明的管道修复方法，非开挖施工，适合城市管道修复，环保，修复速度快，无污染；且施工便捷，施工管材长度任意裁剪。
附图说明
图1是本发明的热塑成型法管道修复用PVC管材的制备工艺流程图；
图2是本发明的管道修复方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如背景技术所述，现有的PVC管材的玻璃化转变温度为81℃左右，并且离开热源在常温下，再次固化时间为2min左右，这样的材料性质很难满足管道修复的施工条件。为了解决该问题，本申请提供了一种热塑成型法管道修复用PVC管材，该管材的配方包括如下组分：聚氯乙烯、聚烯烃弹性体、填料、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、外润滑剂、内润滑剂、热稳定剂、加工改性剂、增韧剂和抗氧剂，各组分的质量比为70～80︰5～10︰5～10︰2～4︰0.5～1.5︰0.5～1.5︰1.5～3︰0.5～1.5︰0.5～1.5︰0.5～1.5。
本申请中，所述聚氯乙烯优选为聚氯乙烯五型粉，其具有较高的聚合度和分子量，管材的强度也随之升高。
本申请中，所述聚烯烃弹性体(POE)优选为低熔点POE，更优选地其熔点为50℃。低熔点材料的加入，降低了该种管材的玻璃化转变温度，使得材料受热软化更易于实现，同时聚烯烃弹性体的加入，提高了管材耐老化、耐臭氧、耐化学介质等性能。
本申请中，所述填料优选为200～10000目的碳酸钙粉，更优选地为5000目的碳酸钙粉。高目数的碳酸钙粉末能够与其他各树脂相相容较好，填料的加入不仅能够降低成本，还能提高管材强度。
本申请中，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)优选为高熔融指数SEBS。SEBS的加入能够大幅度提高材料的韧性，以及耐低温性能；同时材料的耐紫外老化性能也得到提高，大幅度改善PVC的低温脆性。
本申请中，外润滑剂的主要作用是让树脂材料不与螺杆、模具粘黏，保证流动性。优选地，所述外润滑剂为白油，白油为矿物润滑剂，相比传统的润滑剂具有价格上的优势，并且绿色环保。
本申请中，内润滑剂的主要作用是提高材料各组分之间的相容性。优选地所述内润滑剂包括聚乙烯蜡和硬脂酸钙。更优选地，聚乙烯蜡和硬脂酸钙的质量比为1:1。
本申请中，所述热稳定剂优选为有机锡类稳定剂，例如双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二正辛基锡、马来酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡。有机锡类稳定剂无毒、绿色、环保，可以应用于排水管道，并且其在PVC硬制品中，表现出卓越的通用性、安全性和高效热稳定性。
本申请中，所述抗氧剂优选地由抗氧剂1010和抗氧剂168组成，更优选地，抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1:1。两种抗氧剂的复合使用，能够产生协同效应，达到了提高阻燃效果的目的；并且抗氧剂1010与聚合物具有很好的相容性，两者之间具有很好的协同抗氧作用。
本申请中，所述加工改性剂优选为K-175加工改性剂。该加工改性剂的加入，能够促进PVC初级粒子塑化成为区域粒子，提高了熔体结构的均匀性，降低了塑化温度。
本申请中，所述增韧剂优选为CPE，其属于无规共聚物，这类改性剂在共混物中的分散情况，依加工条件改变。共混塑炼温度较低时，改性剂可呈连续网络形式分散于制品中。高温混炼时，改性剂变成分散的球状胶区。增韧效果明显依赖加工条件。但是该种增韧剂不含双键，化学稳定性好，耐气候性好，经它们改性的硬PVC，其抗冲强度可长期保持，制品颜色变深的速度也比较慢。
本申请的一种实施例中，所述PVC管材的配方中还包括颜料，该配方能够得到不同颜色的PVC管材。
此外，本申请还提供了一种上述PVC管材的制备方法，包括：将所述各组分混合，造粒；得到的粒子挤出成管，经真空定型后，得到所述PVC管材。
本申请中，优选地采用高速混合机将配方中各原料混合，高速混合机中选择的加料量应能在保证混合温度的前提下，有益于生产效率的提高。
当物料的体积为混合室空容积的50％以下时，摩擦生热较小，达到预设的混合温度(如120℃)，需要150min以上；当加料量占混合室空容积的50％～70％时，达到该预设温度则仅需要8～10min；当加料量在70％以上时，混合效果变差，升温速度也不再明显提高，混合机还存在过载的危险。因此，我们应将加料量控制在混合室空容积的50％～70％。
本申请的硬PVC配方的组分很多，加料顺序应是严格合理的。所选择的加料顺序应有利于助剂作用的发挥，避免助剂的不良协同效应，还要有利于提高物料的分散速度。
加料顺序如下：
(1)在低转速下，将聚氯乙烯加入混合室；
(2)在40～80℃，优选地在60℃，高转速下，加入稳定剂及外润滑剂；
(3)在60～90℃，优选地在80℃，高转速下，加入加工改性剂、硬脂酸钙及增韧剂；
(4)在80～120℃，优选地在100℃，高转速下，加入聚乙烯蜡；
(5)在90～130℃，优选地在110℃，高转速下，加入填料、聚烯烃弹性体及氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；
(6)在110℃～120℃，低转速下排出物料，送入冷混机中；
(7)冷混至料温至50℃以下，优选地为40℃左右，排出、过筛，包装后送至成型加工工序。
其中，所述低转速为0～200r/min，所述高转速为200～2000r/min。
经过振荡筛后进入干料仓中，进行造粒。最后将粒子输送进入异向锥形双螺杆挤出机挤出成管。
成型后的PVC管材可实现扁平化收卷：挤出成型的管材，进入蒸汽烘箱，在蒸汽烘箱里管材受热软化，压平，进入收卷架收卷。
此外，本申请还提供了一种管道修复方法，包括：在待修复管道上开挖两个开口，一端放置收卷架，一端放置牵引机；先将收卷架用彩条布覆盖，通入蒸汽，使得管材软化。接着，将牵引机的引绳从一端利用机器穿入需要修复的管道，从另一端口传出，绑定好已经软化的管材。开启牵引，管材开始拖入管道。待管材牵引完成，一端口用气囊堵住，另一端口开始输送蒸汽，软化并使管道膨胀，完全紧密贴附在需要修理的管道上，锯掉多余部分修理完成。
实施例1
本实施例的PVC管材的配方为：
PVC管材制备的工艺步骤如下：
(1)在100r/min的转速下，将聚氯乙烯加入高速混合机的混合室；在60℃下，于1000r/min下，加入有机锡类稳定剂及白油；在80℃左右，于1000r/min转速下，加入K-175加工改性剂、硬脂酸钙及CPE；在100℃左右，于1000r/min转速下，加入聚乙烯蜡；在110℃，在高转速下，加入碳酸钙粉、聚烯烃弹性体及氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；
(2)在110℃～120℃，100r/min转速下排出物料，送入冷混机中；冷混至料温为40℃左右，排出、过筛，包装后送至成型加工工序；
(3)物料经过振荡筛后进入干料仓中，进行造粒；得到的粒子输送进入异向锥形双螺杆挤出机挤出成管，真空定型后，得到PVC管材。
本实施例的PVC管材在常温下，部分性能(23±2℃)如下：
弯曲强度：＞65MPa
弯曲模量：＞2700MPa
拉伸强度：＞40MPa
密度：＜1.38g/cm3
玻璃化转变温度Tg：＜74℃
维卡软化点A50：＜90℃
热变形温度F法(12℃/6min，0.45mpa)：＜80℃。
本实施例制备的PVC管材，在55℃下，开始软化，由硬管变为软管，停止加热15min后才逐渐固化，具有环刚度，可以进行长距离的管道修复。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种管道修复方法，其特征在于，包括：
在待修复管道上开挖两个开口，分别放置收卷架和牵引机，所述收卷架上收卷有PVC管材；
采用通蒸汽的方式，使收卷架上的管材软化，接着利用牵引机将管材拖入待修复的管道；以及
将所述管材的一端口用气囊堵住，向另一端口输送蒸汽，管材受热软化并膨胀，完全紧密贴附在待修复的管道上，锯掉多余部分，修复完成；
其中，所述PVC管材的配方包括如下组分：聚氯乙烯、聚烯烃弹性体、填料、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、外润滑剂、内润滑剂、热稳定剂、加工改性剂、增韧剂和抗氧剂，各组分的质量比为70~80︰5~10︰5~10︰2~4︰0.5~1.5︰0.5~1.5︰1.5~3︰0.5~1.5︰0.5~1.5︰0.5~1.5。
2.如权利要求1所述的管道修复方法，其特征在于，所述聚氯乙烯为聚氯乙烯五型粉，所述填料为200~10000目碳酸钙粉。
3.如权利要求1所述的管道修复方法，其特征在于，所述外润滑剂为白油，所述内润滑剂包括质量比为1 : 1的聚乙烯蜡和硬脂酸钙。
4.如权利要求1所述的管道修复方法，其特征在于，所述热稳定剂为有机锡类热稳定剂，所述抗氧剂由质量比为1 : 1的抗氧剂1010和抗氧剂168组成。
5.如权利要求1所述的管道修复方法，其特征在于，所述加工改性剂为K-175加工改性剂，所述增韧剂为CPE。
6.如权利要求1所述的管道修复方法，其特征在于，所述PVC管材的配方中还包括颜料。
7.根据权利要求3所述的管道修复方法，其特征在于，所述PVC管材的制备方法包括：
将所述各组分混合，造粒；得到的粒子挤出成管，经真空定型后，得到所述PVC管材。
8.根据权利要求7所述的管道修复方法，其特征在于，采用混合机混合所述各组分，混合机的加料量控制在混合室空容积的50%~70%。
9.根据权利要求8所述的管道修复方法，其特征在于，混合时加料的顺序为：
（1）在低转速下，将聚氯乙烯加入混合室；
（2）在40~80℃，高转速下，加入稳定剂及外润滑剂；
（3）在60~90℃，高转速下，加入加工改性剂、硬脂酸钙及增韧剂；
（4）在80~120℃，高转速下，加入聚乙烯蜡；
（5）在90~130℃，高转速下，加入填料、聚烯烃弹性体及氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；
（6）在110℃~120℃，低转速下排出物料，送入冷混机中；
（7）冷混至料温为50℃以下，排出、过筛；
其中，所述低转速为0~200r/min，所述高转速为200~2000r/min。
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Denomination of invention: A pipe formula for pipeline repair using PVC production thermoplastic forming method Granted publication date: 20210409 Pledgee: Taizhou Branch of Postal Savings Bank of China Ltd. Pledgor: ASOE HOSE MANUFACTURING Inc. Registration number: Y2024980000197 |
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