CN111777825A - 低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法 - Google Patents

低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法 Download PDF

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CN111777825A CN202010454580.7A CN202010454580A CN111777825A CN 111777825 A CN111777825 A CN 111777825A CN 202010454580 A CN202010454580 A CN 202010454580A CN 111777825 A CN111777825 A CN 111777825A
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Abstract

本发明公开了一种低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，生产原料包括如下质量份数比例的各组分：丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂100份或丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂与聚氯乙烯树脂共计100份且其中丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂至少占10份，热稳定剂2～5份，润滑剂2～6份，表面活性剂0.5～2份，碳酸钙30～70份，丙烯酸酯类5～30份。其优点是提高了聚氯乙烯双壁波纹管在低温环境(‑10℃)中的抗冲击强度，拓宽了其使用范围。

Description

低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法
技术领域
本发明涉及PVC管材生产技术领域，尤其是一种聚氯乙烯双壁波纹管生产方法。
背景技术
双壁波纹管是一种具有环状结构外壁和平滑内壁的新型管材，该产品内壁光滑且摩阻系数小流量大、节省原料、施工方便等优点，由于其优异的性能和相对经济的造价，在欧美等发达国家已经得到了极大的推广和应用。在我国，双壁波纹管的推广和应用正处在上升势态阶段，各项技术指标均达到一般使用标准。
为了满足实际使用的需求，尤其在寒冷的中国东北、华北地区，对产品的低温抗冲击性有较高的要求，同时要求产品具有较高抗拉、抗弯曲强度，在使用寿命范围内不允许出现开裂、损坏的现象，尚需要对聚氯乙烯双壁波纹管进行改性。
通常改性聚氯乙烯有两种方法，即物理改性和化学改性。物理改性是指通过在PVC材料加工过程中加入弹性体的方法进行改性，通过混合、混炼的方法而制成的性能突出的改性材料。化学改性是通过聚合物的化学反应，改变大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式的一类改性方法。物理改性具有投入少、见效快、效果好，可使聚合物制品的价格大大降低，能赋予制品新的性能，如：增韧、阻燃、导电、发光等性能。故对聚氯乙烯的物理改性方面的研究也较多。
专利CN102286181B使用了ABS作为抗冲改性剂，虽然在一定程度上增加了聚氯乙烯树脂的韧性，但由于ABS含有丁二烯，存在C＝C双键，在使用过程中耐候性较差，且在配方中加入了TPU作为流动改性剂，使用过程中容易出现黄变现象，在一定程度上限制了产品的使用范围。专利CN108610575A使用了CPE和ACR作为冲击改性剂，虽然在常温条件提高了聚氯乙烯的冲击强度，但是在低温条件下CPE和ACR改性冲击性能的作用非常有限，限制了其在低温条件下的使用，同时材料的强度也有降低。因此本领域迫切需求开发一种低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管材。
发明内容
为提高聚氯乙烯双壁波纹管在低温下的抗冲击性，本发明提供了一种低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法。
本发明所采用的技术方案是：低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，生产原料包括如下质量份数比例的各组分：丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂100份或丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂与聚氯乙烯树脂共计100份且其中丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂至少占10份，热稳定剂2～5份，润滑剂2～6份，表面活性剂0.5～2份，碳酸钙30～70份，丙烯酸酯类5～30份。
丙烯酸酯类作为一种常用的抗冲击改性剂，常用于提升PVC管材的抗冲击性能，已被广泛证明有显著的效果。但实验表明其效果在低温条件下(-10℃)显著降低。然而发明人研究发现，当采用丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂替换或部分替换PVC树脂后，丙烯酸酯类能够在低温下仍然保持提供优异的抗冲击改性效果，从而获得低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管。所述丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂即指氯乙烯与丙烯酸酯接枝共聚树脂。
更佳的，所述丙烯酸酯类为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯中的一种或任意几种。
作为本发明的进一步改进，生产原料还包括加工助剂2～6份。
更佳的，所述加工助剂为氯化聚乙烯、甲基丙烯酸与丙烯酸酯共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯中的一种或任意几种。
作为本发明的进一步改进，生产原料还包括：高刚性非晶树脂3～15份。实验表明，加入高刚性非晶树脂可在刚性聚合物颗粒与聚合物本体之间存在一个无序的弹性过渡区，在受到外力冲击时，应力集中在刚性聚合物颗粒上，过渡区分子被压缩拉伸的结果时把下压的应力变为四周向内的拉力，刚性聚合物颗粒被“冷拉”伸长，刚性聚合物的拉伸强度高，有效阻止未破裂的发展而不出现银纹。
更佳的，所述高刚性非晶树脂为聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺中的一种或任意几种。
作为本发明的进一步改进，所述碳酸钙为纳米碳酸钙、重质碳酸钙、轻质碳酸钙中的一种或几种。重质和轻质碳酸钙平均粒径介于10～30μm，表面经过处理剂活化处理；更佳的，所述纳米碳酸钙的平均粒径为60～100nm，比表面积为16～30m2/g，吸油值为25～35ml/100g，其粒子小，比表面积大，表面极性强，经过表面活化处理后，能够与PVC发生交联作用。
作为本发明的进一步改进，所述表面活性剂为硬脂酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、稀土偶联剂、铝/钛复合偶联剂中的一种或任意几种。
作为本发明的进一步改进，所述热稳定剂为硬脂酸钙、铅盐热稳定剂、钙锌热稳定剂、稀土热稳定剂中的一种或任意几种。
作为本发明的进一步改进，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸中的一种或任意几种。
作为本发明的进一步改进，本发明的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法包括以下生产步骤：
S1、将原料放入高速混合机中进行混合均匀，然后放入挤出机料斗内；
S2、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为170～200℃，然后经定型、冷却、切割即得。
更佳的，所述S1的混合步骤包括热混和冷混，所述热混为将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为100～120℃，混料时间为10～20min；所述冷混为热混结束后，将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至40～50℃，混料时间为10～20min。
本发明还公开了一种低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管，其即是由上述低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法所制得。
本发明的有益效果是：提高了聚氯乙烯双壁波纹管在低温环境(-10℃)中的抗冲击强度，拓宽了其使用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
对比例一：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为硬脂酸钙，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
对比例二：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为硬脂酸钙，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸甲酯；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
对比例三：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为硬脂酸钙，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例一：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为硬脂酸钙，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸甲酯；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例二：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为硬脂酸钙，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸甲酯，高刚性非晶树脂为聚砜；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例三：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为硬脂酸钙，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸甲酯，高刚性非晶树脂为聚砜；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例四：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为硬脂酸钙，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸甲酯，加工助剂为氯化聚乙烯；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例五：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为铅盐热稳定剂，润滑剂为硬脂酸，表面活性剂为铝酸酯偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例六：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为钙锌热稳定剂，润滑剂为硬脂酸，表面活性剂为铝酸酯偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例七：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为稀土热稳定剂，润滑剂为硬脂酸锌，表面活性剂为铝/钛复合偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，高刚性非晶树脂为聚苯醚，加工助剂为马来酸酐接枝聚烯烃；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例八：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，聚氯乙烯树脂为通用SG5树脂，聚合度1000左右，热稳定剂为稀土热稳定剂，润滑剂为硬脂酸锌，表面活性剂为铝酸酯偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，高刚性非晶树脂为聚醚酰亚胺；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
实施例九：
S1、按照表1所示的质量比例准备生产原料；
其中，热稳定剂为钙锌热稳定剂，润滑剂为聚乙烯蜡，表面活性剂为硅烷偶联剂，丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂聚合度为1000左右，丙烯酸脂类为聚甲基丙烯酸乙酯，高刚性非晶树脂为聚酰胺酰亚胺；
S2、将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为120℃，混料时间20min；然后将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至50℃，混料时间20min，然后放入挤出机料斗内；
S3、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为180℃，然后经定型、冷却、切割得到双壁波纹管成品。
表1生产原料配方表(以重量份数比例计)
Figure BDA0002508745250000071
性能测试：
依据GB/T 1043-2008《塑料简支梁冲击性能的测定》进行简支梁缺口冲击性能测试，采用A型缺口，样条跨距62mm。
依据GB/T 14152-2001《热塑性塑料管材耐外冲击性能试验方法时针旋转法》进行0℃落锤冲击测试，d90型、1.2kg落锤，高度2m。
对比例、实施例的配方经过挤出、压板、制样得到测试用样条，其材料性能结果见表2。
表2材料性能测试结果表
配方号 23℃冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) -10℃冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 0℃落锤冲击试验
对比例一 5.8 3.4 ×
对比例二 13.2 5.0 ×
对比例三 6.6 3.8 ×
实施例一 14.5 9.6 ○
实施例二 16.2 11.6 ○
实施例三 23.7 11.9 ○
实施例四 11.6 7.2 ○
实施例五 16.2 9.5 ○
实施例六 25.2 13.0 ○
实施例七 15.5 9.0 ○
实施例八 13.5 9.5 ○
实施例九 12.3 8.2 ○
由对比例一和对比例二可以看出，当原料中全部为聚氯乙烯树脂时，丙烯酸酯类能够显著提高双壁波纹管在常温条件下的抗冲击强度，在-10℃的低温条件下能增加抗冲击强度，但效果很不明显。
由对比例一、对比例三、实施例一可以看出，当将原料中的部分聚氯乙烯树脂替换为丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂后再加入丙烯酸酯类能够显著提高双壁波纹管在-10℃下的抗冲击强度，效果非常显著，证明丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂与丙烯酸脂类在提高双壁波纹管低温抗冲击性方面具有明显的协同作用。
由对比实施例一和实施例二可以看出，当原料中加入高刚性非晶树脂后产品抗冲击强度得到进一步提高。
由对比实施例二和实施例三可以看出，将重质碳酸钙替换为纳米碳酸钙可进一步改善产品抗冲击强度。

Claims (14)

1.低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：生产原料包括如下质量份数比例的各组分：丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂100份或丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂与聚氯乙烯树脂共计100份且其中丙烯酸酯共聚氯乙烯树脂至少占10份，热稳定剂2～5份，润滑剂2～6份，表面活性剂0.5～2份，碳酸钙30～70份，丙烯酸酯类5～30份。
2.根据权利要求1所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：生产原料还包括：加工助剂2～6份。
3.根据权利要求2所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：生产原料还包括：高刚性非晶树脂3～15份。
4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述碳酸钙为纳米碳酸钙、重质碳酸钙、轻质碳酸钙中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述纳米碳酸钙的平均粒径为60～100nm，比表面积为16～30m2/g，吸油值为25～35ml/100g。
6.根据权利要求3所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述高刚性非晶树脂为聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺中的一种或任意几种。
7.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述表面活性剂为硬脂酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、稀土偶联剂、铝/钛复合偶联剂中的一种或任意几种。
8.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述丙烯酸酯类为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯中的一种或任意几种。
9.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述加工助剂为氯化聚乙烯、甲基丙烯酸与丙烯酸酯共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯中的一种或任意几种。
10.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述热稳定剂为硬脂酸钙、铅盐热稳定剂、钙锌热稳定剂、稀土热稳定剂中的一种或任意几种。
11.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸中的一种或任意几种。
12.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：包括以下生产步骤：
S1、将原料放入高速混合机中进行混合均匀，然后放入挤出机料斗内；
S2、将料斗内的原料放入挤出机内，通过锥形双螺杆挤出机进行挤出，挤出温度为170～200℃，然后经定型、冷却、切割即得。
13.根据权利要求12所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法，其特征在于：所述S1的混合步骤包括热混和冷混，所述热混为将原料输送到高速混合机中混合，混料温度为100～120℃，混料时间为10～20min；所述冷混为热混结束后，将物料放入低速混合机中混合，通过水冷方式将物料降温至40～50℃，混料时间为10～20min。
14.由权利1～13中任一权利要求所述的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管生产方法制得的低温高韧性高强度聚氯乙烯双壁波纹管。
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