CN111393764B - 一种高韧性高强度pvc管材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性高强度PVC管材料，属于高分子材料技术领域，由下述重量百分比的原料组成：PVC 55‑70％、PE 20‑30％、CPE 5‑10％、PE‑G‑MAH 3‑6％、稳定剂3‑6％、润滑剂1‑3％、填充剂0.5‑1％，共计100％；本发明以PVC和PE为主料，通过特定辅料和研磨工艺改善PVC和PE的相容性，得到的复合材料兼具PVC的刚性和PE的韧性，并且它们的韧性和强度还得到进一步提高，其拉伸强度达到67MPa以上，断裂伸长率达到135％以上，20℃冲击强度达到60KJ/m2，可以用于制作性能优异的波纹管和虹吸排水管等。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高韧性高强度PVC管材料。
背景技术
PVC，即聚氯乙烯，由于具有阻燃、绝缘及耐腐蚀等特点，且原料来源广、价格低廉，被广泛用于工业、农业、建筑、化工等领域，是目前应用最广泛的塑料之一。PVC也被用于制作各种管道。但是，由于单一的PVC材料自身理化性质的原因，存在流动性不好，热稳定性低，容易造成分解等，PVC制品耐老化性差、易变脆、变硬、龟裂、韧性不好、耐寒性不佳等，所以一般要进行改性PVC,来弥补以上缺点。尤其是用于制作波纹管和虹吸排水管时，丢韧性和强度尤其是拉伸强度有很高的要求。
目前，对于PVC进行改性的方法，一般分为化学改性和物理改性，其中，化学改性应用更多。化学改性又包括共聚改性、接枝改性等等。
对于增韧的改性，一般是采用弹性体增韧改性，比如采用丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、丙烯酸树脂(ACR)等，但是，这些方法对于工艺要求高，成本较高，而且所得的产品，在韧性和强度尤其是拉伸强度方面，还有很大的提升空间。
对于PVC的增韧性的改进，目前其他的常用方法还有采用CPE对硬质PVC进行改性，CPE虽然可以明显提升PVC材料的韧性或者抗冲击强度，但是PVC材料的刚性如拉伸强度却降低，如何兼顾提高韧性和刚性性能，是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种高韧性高强度PVC管材料，以解决上述问题。
为了实现上述目的之一，在于提供，本发明采用的技术方案是这样的：一种高韧性高强度PVC管材料，由下述重量百分比的原料组成：
PVC 55-70％
PE 20-30％
CPE 5-10％
PE-G-MAH 3-6％
稳定剂 3-6％
润滑剂 1-3％
填充剂 0.5-1％；
共计 100％。
本申请的原料包括PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、CPE(氯化聚乙烯)、PE-G-MAH(马来酸酐接枝聚乙烯)，以及稳定剂、润滑剂、填充剂等等，其中，稳定剂可以选用有机锡类稳定剂或钙锌复合稳定剂等，润滑剂可以选用硬脂酸盐类润滑剂、金属皂类润滑剂等，填充剂可以选用碳酸钙、二氧化硅等；
本发明通过特殊的研磨粉碎引起的力化学反应和中间媒介材料CPE、相容剂PE-G-MAH及其他助剂的作用，达到PE材料和PVC材料相融合，所得材料集合了PVC的刚性和PE的韧性的优点，并进一步提升了韧性和刚性，使得其可以用于制作性能优异的波纹管和虹吸排水管等。
作为优选，由下述重量百分比的原料组成：
PVC 60-70％
PE 20-35％
CPE 5-8％
PE-G-MAH 3-5％
稳定剂 3-5％
润滑剂 1-3％
填充剂 0.5-1％；
共计 100％。
作为进一步优选，由下述重量百分比的原料组成：
PVC 66％
PE 20％
CPE 6％
PE-G-MAH 3％
稳定剂 3％
润滑剂 1.5％
填充剂 0.5％。
本发明的目的之二，在于提供上述的高韧性高强度PVC管材料的制备方法，采用的技术方案为，依次包括以下步骤：
1)按上述的重量百分比称取原料；
2)将PVC、CPE、PE-G-MAH进行研磨粉碎，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于75-85℃的温度下混合5-10分钟，冷却到室温，然后加入PE，温度升高到150-160℃，继续搅拌5-8分钟，得到混合料；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，即得。
作为优选：步骤(2)中，采用悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎。
尤其优选采用公告号为CN204074175U的中国实用新型专利的说明书实施例所公开的悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎，粉碎时间为10-30min。
发明人经过大量试验发现，采用该装置对PVC、CPE、PE-G-MAH进行研磨粉碎过程中，可能发生了力化学反应，相对于没有进行研磨粉碎相比，对于PVC的强度和韧性，都有明显提升。
作为优选：步骤(3)中，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135-145℃，二区温度155-165℃，三区温度165-175℃，机头160-170℃，停留时间2-5min，压力为10-20MP。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明以PVC和PE为主料，通过特定辅料改善PVC和PE的相容性，得到的复合材料兼具PVC的刚性和PE的韧性，并且它们的韧性和强度还得到进一步提高，其拉伸强度达到67MPa以上，断裂伸长率达到135％以上，20℃冲击强度达到60KJ/m2，可以用于制作性能优异的波纹管和虹吸排水管等。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种高韧性高强度PVC管材料，由下述重量份的原料组成：
PVC 55份
PE 30份
CPE 5份
PE-G-MAH 3份
稳定剂：硫醇甲基锡 5份
润滑剂：硬脂酸钙 1.5份
填充剂：二氧化硅 0.5份；
制备成波纹管的方法为：依次包括以下步骤：
1)按所述重量份称取原料；
2)将PVC、CPE、PE-G-MAH采用公告号为CN204074175U的中国实用新型专利的说明书实施例所公开的悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎，粉碎时间为30min，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于85℃的温度下混合8分钟，冷却到室温，然后加入PE，温度升高到155℃，继续搅拌6分钟，得到混合料；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135℃，二区温度155℃，三区温度175℃，机头165℃，停留时间5min，压力为15MP，即得产品。
实施例2：
一种高韧性高强度PVC管材料，由下述重量份的原料组成：
PVC 67.5份
PE 20份
CPE 5份
PE-G-MAH 3份
稳定剂：硫醇甲基锡 3份
润滑剂：硬脂酸钙 1份
填充剂：二氧化硅 0.5份；
制备成波纹管的方法为：依次包括以下步骤：
1)按所述重量份称取原料；
2)将PVC、CPE、PE-G-MAH采用公告号为CN204074175U的中国实用新型专利的说明书实施例所公开的悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎，粉碎时间为30min，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于85℃的温度下混合8分钟，冷却到室温，然后加入PE，温度升高到155℃，继续搅拌6分钟，得到混合料；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135℃，二区温度155℃，三区温度175℃，机头165℃，停留时间5min，压力为15MP，即得产品。
实施例3：
一种高韧性高强度PVC管材料，由下述重量份的原料组成：
PVC 66份
PE 20份
CPE 6份
PE-G-MAH 3份
稳定剂：硫醇甲基锡 3份
润滑剂：硬脂酸钙 1.5份
填充剂：二氧化硅 0.5份
制备成波纹管的方法为：依次包括以下步骤：
1)按所述重量份称取原料；
2)将PVC、CPE、PE-G-MAH采用公告号为CN204074175U的中国实用新型专利的说明书实施例所公开的悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎，粉碎时间为30min，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于85℃的温度下混合8分钟，冷却到室温，然后加入PE，温度升高到155℃，继续搅拌6分钟，得到混合料；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135℃，二区温度155℃，三区温度175℃，机头165℃，停留时间5min，压力为15MP，即得产品。
对比例1
一种高韧性高强度PVC管材料，由下述重量份的原料组成：
PVC 66份
CPE 6份
PE-G-MAH 3份
稳定剂：硫醇甲基锡 3份
润滑剂：硬脂酸钙 1.5份
填充剂：二氧化硅 0.5份
制备成波纹管的方法为：依次包括以下步骤：
1)按所述重量份称取原料；
2)将PVC、CPE、PE-G-MAH采用公告号为CN204074175U的中国实用新型专利的说明书实施例所公开的悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎，粉碎时间为30min，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于85℃的温度下混合8分钟，得到混合料；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135℃，二区温度155℃，三区温度175℃，机头165℃，停留时间5min，压力为15MP，即得产品。
对比例2
一种高韧性高强度PVC管材料，由下述重量份的原料组成：
PVC 66份
PE 20份
PE-G-MAH 3份
稳定剂：硫醇甲基锡 3份
润滑剂：硬脂酸钙 1.5份
填充剂：二氧化硅 0.5份
制备成波纹管的方法为：依次包括以下步骤：
1)按所述重量份称取原料；
2)将PVC、PE-G-MAH采用公告号为CN204074175U的中国实用新型专利的说明书实施例所公开的悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎，粉碎时间为30min，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于85℃的温度下混合8分钟，冷却到室温，然后加入PE，温度升高到155℃，继续搅拌6分钟，得到混合料；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135℃，二区温度155℃，三区温度175℃，机头165℃，停留时间5min，压力为15MP，即得产品
对比例3
一种高韧性高强度PVC管材料，由下述重量份的原料组成：
PVC 66份
PE 20份
CPE 6份
稳定剂：硫醇甲基锡 3份
润滑剂：硬脂酸钙 1.5份
填充剂：二氧化硅 0.5份
制备成波纹管的方法为：依次包括以下步骤：
1)按所述重量份称取原料；
2)将PVC、CPE采用公告号为CN204074175U的中国实用新型专利的说明书实施例所公开的悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎，粉碎时间为30min，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于85℃的温度下混合8分钟，冷却到室温，然后加入PE，温度升高到155℃，继续搅拌6分钟，得到混合料；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135℃，二区温度155℃，三区温度175℃，机头165℃，停留时间5min，压力为15MP，即得产品。
对比例4
本对比例与实施例3相比，原料组成完全相同，只是制备时不进行研磨粉碎，直接将PVC、CPE、PE-G-MAH、稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中，于85℃的温度下混合8分钟，其余工艺也完全相同，即得产品。
本发明各实施例和对比例对所得的改性PVC管的力学性能的测试采用如下国标所记载的方法进行：
拉伸强度，按照GB/T8804.2-2016进行测试；
冲击强度，按照GB/T13525-1992进行测试；
断裂伸长率，按照GB/T5836-1996进行测试；
测试结果见表1
表1各产品的性能测试结果
从上表可以看出，本申请的PE、CPE和PE-G-MAH，对于PVC性能的提升，具有相互协同的效果，要达到本申请最优的效果，三者缺一不可；另外，物料在研磨粉碎过程中，可能发生的力化学反应对于PVC性能的提升也非常明显。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高韧性高强度PVC管材料，其特征在于，由下述重量百分比的原料组成：
PVC 55-70％
PE 20-30％
CPE 5-10％
PE-G-MAH 3-6％
稳定剂3-6％
润滑剂1-3％
填充剂0.5-1％；
共计100％；
其制备方法为，依次包括以下步骤：
1)按上述的重量百分比称取原料；
2)将PVC、CPE、PE-G-MAH进行研磨粉碎，然后加入稳定剂、润滑剂和填充剂置于混合装置中于75-85℃的温度下混合5-10分钟，冷却到室温，然后加入PE，温度升高到150-160℃，继续搅拌5-8分钟，得到混合料；
其中，研磨粉碎时采用悬浮式研磨粉碎装置进行研磨粉碎；
3)将步骤(2)所得的混合料投入到双螺杆挤出机，经熔融挤出，造粒，即得。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性高强度PVC管材料，其特征在于，由下述重量百分比的原料组成：
PVC 60-70％
PE 20-35％
CPE 5-8％
PE-G-MAH 3-5％
稳定剂3-5％
润滑剂1-3％
填充剂0.5-1％；
共计100％。
3.根据权利要求2所述的一种高韧性高强度PVC管材料，其特征在于，由下述重量百分比的原料组成：
PVC 66％
PE 20％
CPE 6％
PE-G-MAH 3％
稳定剂3％
润滑剂1.5％
填充剂0.5％。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性高强度PVC管材料，其特征在于：
步骤(3)中，熔融挤出的方法为：双螺杆挤出机一区温度135-145℃，二区温度155-165℃，三区温度165-175℃，机头160-170℃，停留时间2-5min，压力为10-20MPa 。
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