CN113201194A - 一种低发泡高抗冲pvc制品及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低发泡高抗冲PVC制品及其制备方法和应用，利用AC发泡剂和万能发泡剂组合使用，通过控制温度以控制前后期的发泡量，以及在挤出时控制气体流量，以得到最佳的发泡效果，提高产品抗冲性能，并且在挤出管胚后内外壁快速冷却定型，抑制表皮发泡，提高内外壁光滑度，另外发泡剂还与纳米碳酸钙、MBS增韧剂配合，提高分散性，提高分子链结构可拉伸延展效果，提高产品力学性能，还利用硬脂酸对共混物进行表面改性包裹，增加制品发泡后内外壁的平整性，降低机械摩擦，本发明提供的材料可以用于制备新型PVC排水管材，具有优异的低发泡、高抗冲的特点，质地轻，静音能力好，适用于低压排水系统及通讯电力套管等。

Description

一种低发泡高抗冲PVC制品及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及PVC制品技术领域，更具体地，涉及一种低发泡高抗冲PVC制品及其制备方法和应用。
背景技术
PVC制品常用于排水系统领域，PVC制品具有优异的阻燃、耐酸碱、耐腐蚀性能，质地轻，价格优势明显，密度小，力学性能优良，尤其在低压排水系统及通讯电力套管等领域得到广泛欢迎。现有常规的PVC制品还会加入发泡剂制得低发泡PVC制品，相对密度低，并具有普通硬质PVC管材的基本性能，近年来得到了较快的发展，如中国专利CN104945777A公开了一种结皮低发泡硬质PVC管材，利用PVC、MBS等改性剂制得PVC管材，其中利用ACR作为PVC的加工助剂，使发泡剂能充分发泡、分散均匀，但是发泡后PVC制品的抗冲性能仅能达到0°2h，10/12无破裂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有低发泡PVC制品的抗冲性能差的缺陷和不足，提供一种低发泡高抗冲PVC制品的制备方法，采用两种发泡剂组合，在制备过程中通过调控不同温度以及气体流量，控制前后期不同的发泡量，以得到最佳的发泡效果，提高低发泡PVC制品的抗冲性能。
本发明的又一目的是提供一种低发泡高抗冲PVC制品。
本发明的另一目的是提供一种低发泡高抗冲PVC制品的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种低发泡高抗冲PVC制品的制备方法，包括如下步骤：
S1.将聚氯乙烯、纳米碳酸钙、AC发泡剂、万能发泡剂、MBS增韧剂、聚乙烯蜡、改性剂、钙锌稳定剂混合均匀，热混温度110～120℃，然后冷混50～60℃，得到均匀的共混物；
S2.在步骤S1的共混物中添加硬脂酸，混合均匀，热混温度100～120℃，冷混40～60℃，得到表面处理的共混物；其中共混物中硬脂酸的质量分数为2％～5％；
S3.然后将表面处理的共混物进行挤出；在挤出前料筒温度控制在150～180℃，合流芯温度控制在160～180℃，模体及口模温度控制在180～200℃，共混物在挤出机内熔融挤出后通过口模后形成管胚，并经过内外壁冷却成型为预制管，挤出时间为10～60分钟，此时不控制气体流量；在挤出稳定后，将料筒温度控制在170～190℃，合流芯温度控制在140～160℃，模体及口模温度控制在170～190℃，然后控制气体流量-0.001～-0.02Mpa；
上述组分的重量份如下：
Figure BDA0003104753120000021
本发明以聚氯乙烯为基体，选用了两种发泡剂，两种发泡剂的熔点和发气量都不同，其中AC发泡剂(偶氮二甲酰胺)，发气量220左右，分解温度为180～210℃；万能发泡剂(磺酰肼)分解温度110～190℃，发气量随物理条件变化而变化，主要优点是发泡孔细腻，同一体积范围内，发泡孔个数多，孔径小，在挤出过程的不同阶段温度不同，即含有2种不同发泡剂的熔体在料筒内(前期)、模具内(后期)的发泡量不同，配合对发泡气体流量进行控制，以得到最佳的发泡效果，同时提高PVC制品的抗冲性能，并且在挤出管胚后让管胚内外壁快速冷却，抑制表皮发泡，提高内外壁光滑度；另外还添加了纳米碳酸钙、MBS增韧剂复配，提高分散性，提升分子链结构可拉伸延展效果，改善产品力学性能，而且，本发明利用硬脂酸(Hst)对共混物进行表面改性包裹，高混后可去除材料中的水分，降低机械摩擦，经过塑化后产品表面形成融合，不发泡或轻微发泡，同时硬脂酸作为活化剂，使得气泡结构更加稳定和牢固，同时使产品内外壁平整光滑。本发明提供的材料可以用于制备新型PVC排水管材，不仅具有阻燃、耐酸碱、耐腐蚀的性能，且还具有优异的低发泡、高抗冲的特点，质地更轻，价格优势明显，密度小，管材内外壁平整，切面孔隙细密分散均匀，微小气孔之间不串口，保证了抗冲性能，且具有一定的静音能力，适用于低压排水系统(室内排水管、雨水管、排污管等)及通讯电力套管等领域。
优选地，所述组分的重量份如下：
Figure BDA0003104753120000031
MBS增韧剂的主要成分为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及乙烯～醋酸乙烯酯共聚物(EVA)共混而成，可以有效的增强分子间的作用力，透过PVC熔体网状结构使物料韧性增强，具有良好的抗拉，抗暴力破坏性。
优选地，所述PVC的数均分子量为6万～7万。
优选地，所述纳米级碳酸钙的粒径为10～50nm。
纳米碳酸钙为通过激光技术，采用精细准确的研磨方法制造，可以有效的穿插于PVC分子网孔中，提高抗压，具有成核剂作用，有助于形成合适的泡孔，稳定分子结构。由于PVC制品的体系中各类材料之间不相容，本发明选取了相似相融的钙锌稳定剂、纳米碳酸钙等纳米级材料以改善相容性，采用数均分子量为6万-7万级别的PVC作为基体，提高界面张力。
优选地，步骤S2所述共混物中硬脂酸的质量分数为2.5％～3.5％。
优选地，步骤S2利用硬脂酸进行表面处理，使用硬脂酸对混合好的共混物进行热混/冷混混合，得到表面处理的共混物，在1小时内使用，防止物料内部温度过高形成“内烧”，而造成共混物受热不均而造成产品挤出塑化程度不同。
优选地，步骤S2所述挤出为采用双螺杆挤出机。
优选地，步骤S3所述冷却定型为在口模处添加内外壁表面冷却装置和水箱真空冷却定径。
优选地，步骤S3所述冷却定径的冷却温度为18±5℃。
优选地，所述气体流量的控制为通过在真空排气口加装可变排气装置。
挤出加工中，挤出机包含可调真空负压阀门和表面冷却装置，排气装置利用阀门控制负压，从而控制发泡气体流量。在挤出时发气量太多，以至于PVC熔体强度无法包住泡孔，而造成泡孔破裂或出现串孔，制品外观出现塌坑，影响产品性能。真空排气处的负压显示可调节阀门，控制发泡，防止过量发泡，后期控制模具温度，防止过热分解，影响物料对气泡的包裹。使熔体对气体形成包裹，闭空式发泡，气泡之间不串联，可进一步提升产品力学性能。
本发明保护上述制备方法制得的低发泡高抗冲PVC制品。
本发明保护上述PVC低发泡高抗冲材料在低压排水系统或通讯电力套管领域中的应用。
一种排水管材，包括上述低发泡高抗冲PVC制品制得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用了AC发泡剂和万能发泡剂组合使用，通过控制温度以控制前后期的发泡量，以及在挤出时控制气体流量，以得到最佳的发泡效果，提高产品抗冲性能，并且在挤出管胚后内外壁快速冷却定型，抑制表皮发泡，提高内外壁光滑度，另外发泡剂还与纳米碳酸钙、MBS增韧剂配合，提高分散性，提高分子链结构可拉伸延展效果，提高产品力学性能，而且，本发明利用硬脂酸对共混物进行表面改性包裹，增加制品发泡后内外壁的平整性，降低机械摩擦，本发明提供的材料可以用于制备新型PVC排水管材，不仅具有阻燃、耐酸碱、耐腐蚀的性能，且还具有优异的低发泡、高抗冲的特点，质地更轻，价格优势明显，密度小，管材内外壁平整，切面孔隙细密分散均匀，微小气孔之间不串口，保证了抗冲性能，且具有一定的静音能力，适用于低压排水系统(室内排水管、雨水管、排污管等)及通讯电力套管等领域。
附图说明
图1为实施例1使用的双螺杆挤出机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种低发泡高抗冲PVC制品的制备方法，包括如下步骤：
S1.配方料称量：筛选合格的原材料，并依次称量，除PVC树脂、纳米碳酸钙其他制作成小料包；
混料工艺：将上述经过称量的小料包按上述PVC树脂、纳米碳酸钙、小料包按比例依次投入混料机中，控制混料机热混的混料速度为1200min，搅拌时间8min，热混温度110℃，冷混50℃，得到均匀的共混物；
S2.将步骤S1中得到的共混物，再次投入混料机中，同时添加硬脂酸，控制混料机热混的混料速度为1200r/min，搅拌时间3min，热混温度100℃，冷混60℃，得到表面处理的共混物；共混物中硬脂酸的质量分数为2％；
S3.然后将表面处理的共混物在1小时内投入双螺杆挤出机中进行挤出；在挤出前料筒温度控制在150～180℃，合流芯温度控制在160～180℃，大模体及口模温度控制在180～200℃，共混物在挤出机内熔融挤出后通过口模后形成管胚，并经过内外壁冷却成型为预制管，时间60分钟，此时不控制气体流量；在挤出稳定后，将料筒温度控制在170～190℃，合流芯温度控制在140～160℃，大模体及口模温度控制在170～190℃，然后控制气体流量-0.001～-0.02Mpa；根据预制管表面和截面发泡程度进行来控制发泡量大小，得到孔径均匀、细密，不串口的排水管管胚；管坯挤出后，通过冷却内芯和冷却外夹块迅速冷却，再采用真空冷却定径法进行冷却定型，冷却温度为18±5℃；管坯冷却定型后，检查和调节气泡密度大小，然后经切割成段为发泡排水管；成品入库：对所述PVC低发泡高抗冲排水管进行检验，合格品进仓；上述实施例1的各组分如下表1所示。
实施例2～8
实施例2～8的低发泡高抗冲PVC制品的制备方法与实施例1的区别在于组分的替换，实施例1～8的组分及其重量份如下表1所示。
表1各实施例的组分及其重量份
Figure BDA0003104753120000051
Figure BDA0003104753120000061
对比例1
本对比例的PVC制品的制备方法与实施例1的区别在于，将步骤S1的热混温度替换为130℃，冷混70℃。
对比例2
本对比例的PVC制品的制备方法与实施例1的区别在于，控制气体流量替换为-0.02～-0.1MPa。
对比例3
本对比例的PVC制品的制备方法与实施例1的区别在于，仅仅采用冷却装置冷却外壁。
对比例4
本对比例的PVC制品同实施例1，区别在于，仅添加一种AC发泡剂。
对比例5
本对比例的PVC制品同实施例1，区别在于，仅添加一种万能发泡剂。
性能测试
1、测试方法
采用的行业标准是参考PVC排水管管材的方法标准，主要技术指标：参考《GB/T5836.1～2018建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》，抗冲击TIR≤10％，水密性实验无破无渗漏。可使用于低压排水系统(室内排水管、雨水管、排污管等)及通讯电力套管等领域。各个测试方法的测试标准和测试设备如下表2所示。
表2方法标准要求
Figure BDA0003104753120000062
Figure BDA0003104753120000071
2、测试结果
表3各实施例和对比例的性能测试结果(管材尺寸：DN110*3.2)
Figure BDA0003104753120000072
Figure BDA0003104753120000073
Figure BDA0003104753120000081
从表3中我们可以看出，本发明所生产的PVC制品通过观察制品截面气孔情况，气泡紧密、无破裂无穿孔，发泡效果好。通过排水速率得知，内外壁平整光滑。常用管材只能达到60分贝，本发明制得的PVC管材最低可以达到42分贝，静音效果好，结合表3的测试结果可知，本发明所生产的PVC制品均符合《GB/T 5836.1-2018建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》中抗压、水密性实验、阻燃等性能的要求，具有低发泡、高抗冲性能。而对比例1热混和冷混温度均过高，所以导致混合物挤出高温造成熔体破裂而致使管材过塑化，发黄，抗冲性能变差。对比例2的气体流量控制过大，导致发泡气泡难以控制，发泡后产生串孔、比孔现象，达不到抗冲性能标准需求。对比例3仅仅冷却了外壁，导致外壁较为光滑，但是内壁未及时冷却，造成内壁表面发泡而不平整，排水效率低下。对比例4和对比例5都仅采用一种发泡剂，机筒内发泡和模具内发泡(即前后期)发泡温度变化过高而造成发泡效果不稳定，气泡大小差距大，有串孔、闭孔现象。
本发明选用了2种发泡剂组合，有效提高发泡效果，发泡细密，提高了抗冲击性能，同时还选取了相似相融的钙锌稳定剂、纳米碳酸钙等纳米级材料以改善相容性，采用数均分子量为6万-7万级别的PVC作为基体，提高界面张力，本发明制得的产品成本优势突出，质地轻。
图1为本发明实施例1的步骤S3中使用的挤出装置，其中真空调气阀门2通过调节控制发泡量及抽湿，根据真空负压表1和负压真空泵3装置来显示控制料筒8内发泡程度(即前期发泡)；通过温度控制合流芯10和大模体9发泡(即中后期发泡)，在口模及配套模芯7后端添加了表面冷却区发泡(即管胚内部后期发泡)，冷却发泡区由冷却外夹块4、冷却内芯5组成，内通冷却水；共混料进入料筒8后，通过真空调气阀门2调节发泡量，熔体料挤出口模及配套模芯7通过发泡区的冷却外夹块4、冷却内芯5冷却，使管胚内外壁迅速冷却，表面抑制发泡，产生结皮效果，以使得管材外壁平整光滑，通过定型冷却水箱6达到整体冷却定型的作用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低发泡高抗冲PVC制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将聚氯乙烯、纳米碳酸钙、AC发泡剂、万能发泡剂、MBS增韧剂、聚乙烯蜡、改性剂、钙锌稳定剂混合均匀，热混温度110～120℃，然后冷混50～60℃，得到均匀的共混物；
S2.在步骤S1的共混物中添加硬脂酸，混合均匀，热混温度100～120℃，冷混40～60℃，得到表面处理的共混物；其中共混物中硬脂酸的质量分数为2％～5％；
S3.然后将表面处理的共混物进行挤出；在挤出前料筒温度控制在150～180℃，合流芯温度控制在160～180℃，模体及口模温度控制在180～200℃，共混物在挤出机内熔融挤出后通过口模后形成管胚，并经过内外壁冷却成型为预制管，挤出时间为10～60分钟，此时不控制气体流量；在挤出稳定后，将料筒温度控制在170～190℃，合流芯温度控制在140～160℃，模体及口模温度控制在170～190℃，然后控制气体流量-0.001～-0.02Mpa；
上述组分的重量份如下：
Figure FDA0003104753110000011
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述组分的重量份如下：
Figure FDA0003104753110000012
Figure FDA0003104753110000021
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2所述共混物中硬脂酸的质量分数为2.5％～3.5％。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S3所述冷却定型为在口模处添加内外壁表面冷却装置和水箱真空冷却定径。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S3所述冷却定径的冷却温度为18±5℃。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述纳米级碳酸钙的粒径为10～50nm。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S3所述气体流量的控制为通过在真空排气口加装可变排气装置。
8.权利要求1～7任一项所述制备方法制得的低发泡高抗冲PVC制品。
9.权利要求8所述PVC低发泡高抗冲制品在低压排水系统或通讯电力套管领域中的应用。
10.一种排水管材，其特征在于，包括权利要求9所述低发泡高抗冲PVC制品制得。
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