CN111471254A - 一种可热熔对接焊聚氯乙烯管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于管材加工技术领域，具体涉及可热熔对接焊聚氯乙烯管材及其制备方法，按重量份数计，包括以下原料，PVC树脂50‑100份；PE树脂40‑99份；PVC增溶剂0.5‑15份；PE增溶剂0.5‑15份；钙锌稳定剂3‑8份；硬脂酸0.1‑2.0份；聚乙烯蜡0.1‑2份；ACR：0.5‑8份；增强剂0.5‑15份；纳米填充剂0.5‑15份；其中，所述PVC增溶剂为含氯量35‑37％的氯化聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物中的一种或两种的混合；所述PE增溶剂为含氯量40‑50％的氯化聚乙烯和含氯量60‑70％的氯化聚乙烯的混合物。在本发明中，管材的原料中加入大量的PE树脂，提高PVC管材的强度，并且，加入含氯量40‑50％的氯化聚乙烯和含氯量60‑70％的氯化聚乙烯作为PE增溶剂，提高PVC和PE的相容性，进而提高焊口处的力学性能和圆滑性。

Description

一种可热熔对接焊聚氯乙烯管材及其制备方法
技术领域
本发明属于管材加工技术领域，具体涉及可热熔对接焊聚氯乙烯管材及其制备方法。
背景技术
目前城市建设面积越来越多，新城镇建设，新农村建设，美丽乡村等等，随着水泥地面的范围越来越大，在多数情况下，铺设安装和维修地下给水、排水和电缆导管时，不能破坏地面设施，所以非开挖用管道越来越受欢迎。目前使用于非开挖的塑料管材，最多的是PE管道和MPP管道，PE和PP焊口强度很好，但PE和PP管道受石油价格波动影响非常大，有时价格比PVC树脂价格高100％。而针对PVC管材，由于现有技术对接焊的焊口强度低，焊口处不能圆滑过渡，容易把电缆线划伤，焊口冲击强度低，焊口弯折容易断裂，难以在实际工程中应用。
发明内容
本发明的目的在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种可对接焊的PVC管材，焊接后的焊口强度高管材本体的强度，可以广泛作为城市乡村开挖和非开挖的给水管材，排水管材，通信管材，既可以节约管件和粘接成本，还可以减少承口部分的管材长度和节约胶圈，本发明为一种节能减排，性价比高的新管材。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种可热熔对接焊聚氯乙烯管材，按重量份数计，包括以下原料，
Figure BDA0002515529420000011
Figure BDA0002515529420000021
其中，所述PVC增溶剂为含氯量35-37％的氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或两种的混合；
所述PE增溶剂为含氯量40-50％的氯化聚乙烯和含氯量60-70％的氯化聚乙烯的混合物。
进一步的，所述含氯量40-50％的氯化聚乙烯和含氯量60-70％的氯化聚乙烯的重量份数比为1:1。在本发明中，含氯量指的是氯化聚乙烯接枝的氯元素的质量分数。
进一步的，该管材的包括以下含量的原料，按重量份数计为：
Figure BDA0002515529420000022
Figure BDA0002515529420000031
进一步的，该管材的包括以下含量的原料，按重量份数计为：
Figure BDA0002515529420000032
进一步的，所述增强剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中一种或者两种共混物。
进一步的，所述填充剂为纳米碳酸钙、云母、石英砂、黏土、钛白粉、炭黑、石墨烯、滑石粉、二氧化硅中一种或者两种以上混合物。
一种上述可热熔对接焊聚氯乙烯管材的制备方法，包括以下步骤，
S1混料：将各原料加入到加热搅拌机中，搅拌均匀，待原料温度达到100-125℃后，将原料加入到冷却搅拌机中，搅拌，并将各原料冷却至28-42℃；
S2挤出成型：调节模具参数和挤出工艺参数，将上述步骤S1混合后的物料加入到挤出机中，挤出管材。
进一步的，在所述步骤S2中，管材的纵向拉伸比1:1.2～1.6，管材的环向拉伸比1：1.20～1.7，管材的压缩比1:12-25。在加工过程中，将纵向拉伸比控制在1:1.2～1.6，环向拉伸比控制在1：1.20～1.7，提高管材的拉伸强度和环向强度，而将压缩比控制在1:12-25，结合到管材的原料配方，提高PVC树脂和PE树脂的相溶性，进而提高焊口的强度和圆滑性。
进一步的，在所述步骤S2中，挤出机机筒温度，1区175-225℃,2区180-215℃，3区170-200℃，4区165-185℃，合流芯165-195℃。
进一步的，在所述步骤S2中，模具温度为1区175-190℃，2区180-195℃，3区180-200℃，口模温度175-215℃。
进一步的，在所述步骤S2中，挤出机主机螺杆转速8-40转/分钟，机筒的真空度0.04-0.1MPa,水箱中空管0.04-0.08MPa,牵引机速度0.1-5米/分钟。
进一步的，在本发明中，原料还包含抗氧剂1010：0.1-0.8份，紫外光吸收剂UV-531：0.5-5份。提高管材的抗氧化性和抗光照性，利于管材裸露安装，在夏季，可长期在工地上堆放。
本发明的有益效果是：
在本发明中，管材的原料中加入大量的PE树脂，提高PVC管材的强度，并且，加入含氯量40-50％的氯化聚乙烯和含氯量60-70％的氯化聚乙烯作为PE增溶剂，提高PVC和PE的相容性，即较高氯含量的氯化聚乙烯，与PVC分子的接触面积大，氯化聚乙烯与PVC分子之间形成“桥梁”，PE树脂的分子链与PVC树脂的分子量交叉缠绕，提高相容性。在热熔对接焊时，由于管材中PE树脂和PVC树脂的相容高，熔融后的加工温区间变宽，使得焊口处圆滑，焊口处的拉伸强度、抗冲击强度、耐压性等均有所提高。并且，在本发明中，利用大量的PE树脂，对PVC进行改性，提高PVC管材和焊口的强度。
具体实施方式
实施例1：
按以下配方，配置管材原料：
PVC树脂75份；PE树脂50份；氯化聚乙烯(氯含量36％)10份；乙烯-醋酸乙烯共聚物3份；氯化聚乙烯(氯含量48％)4份；氯化聚乙烯(氯含量60％)4份；钙锌稳定剂3份；硬脂酸0.5份；聚乙烯蜡0.8份；ACR1.5份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物2.8份；纳米钛白粉1.0份。
按照以上发明中配方份数称量，将料加入高速搅拌机中，混合10分钟，混料温度达到105℃，放入冷却搅拌机中冷却到32℃，装袋下道工序备用。
调节模具参数：纵向拉伸比1:1.3，环向拉伸比1.25，压缩比1:12。3、挤出工艺参数：
挤出机机筒温度：1区190℃,2区180℃，3区175℃，4区165℃，合流芯170℃。
模具温度：1区180℃，2区185℃，3区195℃，口模温度195℃。
主机螺杆转速14转/分钟，机筒真空度0.08MPa,水箱中空管0.04MPa,牵引机速度0.5米/分钟。
经挤出成型，得到dn110x4.2mm，的管材，管材长度6米/根。
实施例2：
按以下配方，配置管材原料：
PVC树脂75份，PE树脂40份，氯化聚乙烯(氯含量36％)11份，乙烯-醋酸乙烯共聚物4份，氯化聚乙烯(氯含量48％)3.5份，氯化聚乙烯(氯含量60％)3.5份，钙锌稳定剂3.8份，硬脂酸0.6份，聚乙烯蜡0.7份，ACR 1.8份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物5.0份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物5.0份，纳米钛白粉3.0份，
按上述配方中的份数称量，将各原料加入高速搅拌机中，混合10分钟，混料温度达到105℃，放入冷却搅拌机中冷却到32℃，装袋下道工序备用。
调节模具参数：纵向拉伸比1:1.3，环向拉伸比1.25，压缩比1:12。
挤出工艺参数：
挤出机机筒温度：1区190℃,2区180℃，3区175℃，4区165℃，合流芯170℃。
模具温度：1区180℃，2区185℃，3区195℃，口模温度195℃。
主机螺杆转速25转/分钟，机筒真空度0.08MPa,水箱中空管0.04MPa,牵引机速度0.6米/分钟，
得到规格为dn110x5.3mm的管材，管材长度6米/根。
实施例3：
按照以下重量份数，配置管材原料：
PVC树脂75份；PE树脂55份；氯化聚乙烯(氯含量36％)12份；乙烯-醋酸乙烯共聚物4份，氯化聚乙烯(氯含量48％)4.5份，氯化聚乙烯(氯含量60％)4.5份，钙锌稳定剂4.0份，硬脂酸0.4份，聚乙烯蜡0.8份，ACR，1.8份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，纳米二氧化硅1.5份，纳米钛白粉1.5份。
按照上述各原料的重要份数，将各原料加入高速搅拌机中，混合10分钟，待混料温度达到110℃，放入冷却搅拌机中冷却到35℃，装袋下道工序备用。
调节模具参数：纵向拉伸比1:1.3，环向拉伸比1.25，压缩比1:13。
挤出工艺参数：
挤出机机筒温度：1区190℃,2区180℃，3区175℃，4区165℃，合流芯170℃。
模具温度：1区180℃，2区185℃，3区195℃，口模温度195℃。
主机螺杆转速18转/分钟，机筒真空度0.08MPa,水箱中空管0.04MPa,牵引机速度0.8米/分钟。
得到规格为dn110x3.2mm的管材，管材的长度6米/根。
实施例4：
按照以下重量份数，配置管材原料：
PVC树脂50份；PE树脂99份；氯化聚乙烯(氯含量37％)12份，氯化聚乙烯(氯含量50％)4.5份，氯化聚乙烯(氯含量70％)4.5份，钙锌稳定剂4.0份，硬脂酸0.4份，聚乙烯蜡0.8份，ACR，1.8份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，纳米钛白粉0.5份。
按照实施例1所述的模具参数和挤出参数，挤出成型管材。
实施例5：
按照以下重量份数，配置管材原料：
PVC树脂100份；PE树脂40份；氯化聚乙烯(氯含量35％)3份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10份，氯化聚乙烯(氯含量50％)6.5份，氯化聚乙烯(氯含量60％)6.5份，钙锌稳定剂3份，硬脂酸1份，聚乙烯蜡0.8份，ACR，1.8份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，纳米碳酸钙1.5份，纳米钛白粉4份。
按照实施例1所述的模具参数和挤出参数，挤出成型管材。
实施例6：
按照以下重量份数，配置管材原料：
PVC树脂80份；PE树脂60份；氯化聚乙烯(氯含量35％)3份，氯化聚乙烯(氯含量50％)3份，氯化聚乙烯(氯含量60％)3份，钙锌稳定剂5份，硬脂酸2份，聚乙烯蜡0.1份，ACR，0.5份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，纳米碳酸钙1.5份，纳米钛白粉3份。
按照实施例1所述的模具参数和挤出参数，挤出成型管材。
实施例7：
按照以下重量份数，配置管材原料：
PVC树脂80份；PE树脂60份；氯化聚乙烯(氯含量35％)15份，乙烯-醋酸乙烯共聚物2份，氯化聚乙烯(氯含量50％)5份，氯化聚乙烯(氯含量60％)5份，钙锌稳定剂5份，硬脂酸2份，聚乙烯蜡0.1份，ACR，0.5份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，纳米石英砂1份，纳米钛白粉10份。
按照实施例2中的模具参数和挤出参数，挤出成型管材。
实施例8：
PVC树脂65份；PE树脂75份；乙烯-醋酸乙烯共聚物18份，氯化聚乙烯(氯含量50％)5份，氯化聚乙烯(氯含量60％)5份，钙锌稳定剂5份，硬脂酸2份，聚乙烯蜡0.1份，ACR，0.5份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，纳米云母5份，纳米钛白粉3份。
按照实施例2中的模具参数和挤出参数，挤出成型管材。
实施例9：
PVC树脂65份；PE树脂75份；乙烯-醋酸乙烯共聚物18份，氯化聚乙烯(氯含量50％)5份，氯化聚乙烯(氯含量60％)5份，钙锌稳定剂5份，硬脂酸2份，聚乙烯蜡0.1份，ACR，0.5份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，纳米云母5份，纳米炭黑5份。
按照实施例2中的模具参数和挤出参数，挤出成型管材。
实施例10：
PVC树脂50份；PE树脂40份；氯化聚乙烯(氯含量35％)0.5份，乙烯-醋酸乙烯共聚物,1份，氯化聚乙烯(氯含量45％)6份，氯化聚乙烯(氯含量60％)6份，钙锌稳定剂3份，硬脂酸2份，聚乙烯蜡0.1份，ACR，8份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物1.0份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物5份，纳米石墨烯3份，纳米滑石粉5份。
按照实施例2中的模具参数和挤出参数，挤出成型管材。
对比例1：
在实施例1的基础上，所加入的氯化聚乙烯总量为18份，其氯化聚乙烯的氯含量为10％，其余的原料和份数与实施例1的相同，模具参数和挤出工艺参数与实施例1的也相同。
对比例2：
在实施例1的基础上，所加入的氯化聚乙烯总量为18份，其氯化聚乙烯的氯含量为20％，其余的原料和份数与实施例1的相同，模具参数和挤出工艺参数与实施例1的也相同。
对比例3：
按照以下配方，配置各原料
PVC树脂100份；钙锌稳定剂3份；硬脂酸0.5份；聚乙烯蜡0.8份；ACR 1.5份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物2.8份；纳米钛白粉1.0份。
按照实施例1的模具参数和挤出工艺参数，挤出成型得到管材。
实施例4：
PVC树脂100份；PE树脂10份，氯化聚乙烯(氯含量10％)10份，钙锌稳定剂3份；硬脂酸0.5份；聚乙烯蜡0.8份；ACR 1.5份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物2.8份；纳米钛白粉1.0份。
按照实施例1的模具参数和挤出工艺参数，挤出成型得到管材。
实验例：
将上述实施例1-10和对比例1-4得到的管材，依次标号为1-10号和对比1-4号。将得到的管材进行热熔对接焊，即1号管材和1号管材焊接，2号管材和2号管材焊接。焊接后，分别测定各管材焊口的强度、焊口断裂伸长率、焊口冲击强度、焊口折弯度、焊口耐压性，并观察焊口的外观是否圆滑，得到的结果如表1所示。
其中，焊口冲击强度指的是，将焊口在0℃冷冻1小时后，以冲击高2米，锤头半径45mm进行焊口冲击强度测试。焊口耐压性能测试：向焊接后的管材中通入20℃的温水，在公称压力42MPa环应力下，进行液压试验，得到焊口的耐压性能。
表1实施例1-10管材的焊口和对比例1-4管材的焊口的力学性能
Figure BDA0002515529420000101
Figure BDA0002515529420000111
从上述表1中，可以得出，实施例1-10的管材焊口，其焊口的拉伸强度在42.7-48.5Mpa，断裂伸长率175-280％，在进行低温摆锤冲击试验时，实施例1-10的焊口均为破裂，并且，实施例1-10的焊口，在弯折45°后，焊口不断裂，通水后焊口处无渗漏，向焊接后的管材中通入20℃的温水，在公称压力42MPa环应力下，进行液压试验，实施例1-10的焊口处在1小时内均无破裂和渗漏，并且，实施例1-10的焊口处圆滑。
在对比例1-4号中，焊口的拉伸强度在37.5-40.1Mpa，实施例1-10号的焊口处的拉伸强度明显高于对比例1-4的拉伸强度，并且，结合实施例1和对比例1，对比例1中添加的增溶剂氯化聚乙烯的氯含量10％，其余的均与实施例1的相同，由于对比例1中增容剂的氯含量较低，且氯化聚乙烯的种类单一，使得管材中的PVC树脂和PE树脂的相容性较差，溶入到PVC树脂分子中的PE树脂的量较少，PE树脂改性性能较弱，在热熔焊接时，热熔后的管材中的PE树脂难以再融入到PVC树脂中，使得焊口处的拉伸强度要低于管材本体的强度(对比例1的断裂位置为焊口，实施例1的断裂位置为管材)。而在对比实施例1中，加入的增容剂分别为氯含量36％、48％、60％的氯化聚乙烯，其氯含量较高，可将大量的PE树脂溶入到PVC树脂中，明显的提高管材焊口处的强度。同时，由于PE树脂的溶入量增大，热熔后管材的加工温度区间变宽，使得焊接后的焊口处更加的圆滑，焊口的耐压性、抗冲击强度和弯折性均有提高。
同样的，结合到实施例1和对比例2，在对比例2中，氯化聚乙烯的氯含量为20％，相对与对比例1，增加了氯化聚乙烯的氯含量，但从对比例2的管材的焊口性能来看，焊口的拉伸强度、断裂伸长率、抗冲击性能、弯折性能、耐压性能均比实施例1-10的焊口的性能差。
结合实施例1和对比例3，在对比例3中，未加入PE树脂以及增溶剂，即为普通的PVC管材，从表1中，可以看出，对比例3的管材焊口的力学性能明显差与实施例1-10的管材焊口。
综上所述，本发明提高的PVC管材，其具有优异的热熔对接焊性能，焊口处的力学性能明显优于现有的PVC管材。

Claims (9)

1.一种可热熔对接焊聚氯乙烯管材，其特征在于：按重量份数计，包括以下原料，
Figure FDA0002515529410000011
其中，所述PVC增溶剂为含氯量35-37％的氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或两种的混合；
所述PE增溶剂为含氯量40-50％的氯化聚乙烯和含氯量60-70％的氯化聚乙烯的混合物。
2.根据权利要求1所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材，其特征在于：所述含氯量40-50％的氯化聚乙烯和含氯量60-70％的氯化聚乙烯的重量份数比为1:1。
3.根据权利要求1所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材，其特征在于：所述增强剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中一种或者两种共混物。
4.根据权利要求1所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材，其特征在于：所述填充剂为纳米级的碳酸钙、云母、石英砂、黏土、钛白粉、炭黑、石墨烯、滑石粉、二氧化硅中一种或者两种以上混合物。
5.一种如权利要求1-4任一所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1混料：将各原料加入到搅拌机中，搅拌均匀，待原料温度达到100-125℃后，将原料加入到冷却搅拌机中，搅拌，并将各原料冷却至28-42℃；
S2挤出成型：调节模具参数和挤出工艺参数，将上述步骤S1混合后的物料加入到挤出机中，挤出管材。
6.根据权利要求5所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，管材的纵向拉伸比1:1.2～1.6，管材的环向拉伸比1：1.20～1.7，管材的压缩比1:12-25。
7.根据权利要求1所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，挤出机机筒温度，1区175-225℃,2区180-215℃，3区170-200℃，4区165-185℃，合流芯165-195℃。
8.根据权利要求1所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，模具温度为1区175-190℃，2区180-195℃，3区180-200℃，口模温度175-215℃。
9.根据权利要求1所述的可热熔对接焊聚氯乙烯管材的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，挤出机主机螺杆转速8-40转/分钟，机筒的真空度0.04-0.1MPa,水箱中空管0.04-0.08MPa,牵引机速度0.1-5米/分钟。
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