CN113861605B - 一种透明upvc管材及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及聚氯乙烯管的领域，更具体地说，它涉及一种透明UPVC管材及其生产方法。一种透明UPVC管包括以下重量份的原料组分：聚氯乙烯90‑110份；交联剂10‑20份；填充剂50‑70份；稳定剂5‑8份；耐热填料20‑40份；加强剂6‑10份；相容剂10‑40份。其制备方法为：改性、混料和铸管。本申请的一种UPVC透明管拥有更稳定的分子链结构，在高温下分子链不易移动，从而UPVC管不易发生形变，进而可以提高透明UPVC管的耐热性。

Description

一种透明UPVC管材及其生产方法
技术领域
本申请涉及聚氯乙烯管的领域，更具体地说，它涉及一种透明UPVC管材及其生产方法。
背景技术
UPVC管是一种以聚氯乙烯（PVC）树脂为原料，不含增塑剂的塑料管材。随着化学工业技术的发展，现今工业上已经可以生产无毒级的管材，所以它具备一般聚氯乙烯的性能，又增加了一些优异性能，例如UPVC管具有优异的耐酸碱腐蚀的优点。
UPVC管是以聚氯乙烯树脂为载体制备出的热塑性输料管，UPVC管因其具有优异的耐腐蚀性而被广泛应用于流体输送领域，被广泛应用于环保、油田、温泉、制药、食品、消防、核电、生物工程、电力、化工、农田、海水养殖、供水、排污等。其中，UPVC透明管具有优异的透明性质，工作人员可以透过管壁观测到UPVC管内的液体的流动状态，从而可以对液体进行实时监控和检测。但是UPVC管耐热性较差，排放的液体温度超过60℃时，UPVC管的强度即会下降，同时UPVC会较易变形，从而需要对UPVC管的耐热性进行进一步地改进。
发明内容
为了提高UPVC管的耐热性，本申请提供一种透明UPVC管材及其生产方法。
第一方面，本申请剔红一种透明UPVC管材，包括以下重量份的原料组分：
聚氯乙烯 90-110份；
交联剂 10-20份 ；
填充剂 50-70份 ；
稳定剂 5-8份 ；
耐热填料 20-40份 ；
加强剂 6-10份 ；
相容剂 10-40份。
通过采用上述技术方案，聚氯乙烯为主体树脂原料，聚氯乙烯和交联剂在辐射的条件下交联后会形成交联网格结构，从而会提高聚氯乙烯分子链的稳定性，交联后的聚氯乙烯分子不易移动，进而提高了UPVC管的耐热性，同时形成的交联网格状结构会对提高其它组分的稳定性；填充剂可以降低UPVC管的生产成本，同时提高UPVC管的耐酸碱盐性能；聚氯乙烯在受到高温与熔融的过程中，稳定剂可捕捉、抑制、吸收中和氯化氢的脱出，与聚烯结构进行双键加成反应，置换分子中活泼和不稳定的氯原子；耐热填料具有较高的导热性能和吸热性能，从而会提高UPVC管的耐热性；加强剂会进一步增强聚氯乙烯分子链的稳定性，从而进一步提高UPVC管的耐热性；相容剂能够提高加强剂、耐热填料、稳定剂与聚氯乙烯的相容性。
优选的，所述耐热填料包括石墨烯纤维和聚碳酸酯，所述石墨烯纤维和聚碳酸酯的重量比为(5-7):(2-4)。
通过采用上述技术方案，石墨烯纤维具有优异的导热和散热能力，从而使得UPVC管上的热量可以及时地传导到空气中，进而提高了UPVC管的散热性，使得UPVC管拥有更高的温度耐受能力；另外石墨烯纤维具有较强的结构强度，石墨烯纤维穿插到聚氯乙烯和交联剂形成的交联网格状结构中，进一步提高了聚氯乙烯分子链的稳定性，使得聚氯乙烯分子链在受热时更加不易移动，从而进一步提高了UPVC管的耐热性；聚碳酸酯含有羰基，羰基与石墨烯纤维素具有较好地相容性，聚碳酸酯中的碳链与聚氯乙烯分子链具有较好地相容性，从而能够提高石墨烯纤维在UPVC管中与聚氯乙烯分子链的相容性，从而进一步提高了UPVC管的耐热性。
优选的，所述交联剂为2-乙基丙烯酸。
通过采用上述技术方案，2-乙基丙烯酸在辐射的条件下与聚氯乙烯分子链进行交联，从而形成交联网格状结构，进而提高了聚氯乙烯分子链的稳定性。
优选的，所述加强剂选自蒙脱土和滑石粉中的一种或两种。
通过采用上述技术方案，蒙脱土和滑石粉均可均匀分散在聚氯乙烯树脂中，且蒙脱土和滑石粉在聚氯乙烯冷却的过程中，起到晶核作用成为结晶中心，诱导聚氯乙烯结晶，从而进一步限制了聚氯乙烯分子链在UPVC管材受热时的移动能力，从而进一步加强了UPVC管材的稳定性；另外蒙脱土和滑石粉均拥有层状结构，聚氯乙烯分子链插到层状结构中后会进一步提高聚氯乙烯分子的稳定性，从而UPVC管更加不易受热变形；此外，滑石粉添加到UPVC管中会增强UPVC管的表面光滑性，从而会减小流体在UPVC管中流动时所受到的阻力。
优选的，所述相容剂选自三氯乙烯和醋酸乙酯中的一种或两种。
通过采用上述技术方案，三氯乙烯和醋酸乙酯均与聚氯乙烯由较好地相容性，且会对稳定剂有较好地溶解效果，使得各组分更加易于相容。
优选的，所述稳定剂选自磷脂酸和环氧乙烷中的一种或两种。
通过采用上述技术方案，磷脂酸和环氧乙烷均能够吸附聚氯乙烯中脱出的氯元素，并与聚氯乙烯中的双键进行加成反应，从而降低氯元素在聚氯乙烯中的脱出。
优选的，所述填充剂为透明粉。
优选的，所述透明粉的目数为1500-2000目。
通过采用上述技术方案，透明粉具有高透光性，能够增强UPVC管的透光效果，且透明粉能够提高UPVC管表面的光滑性和耐磨耐刮性。
第二方面，本申请提供一种透明UPVC管材的制备方法，包括以下步骤：
改性：90-110份聚氯乙烯、5-8份稳定剂、10-20份交联剂掺拌，并加热到170-180℃，在170-180℃的环境采用紫外光进行辐射照射，冷却后得到改性聚氯乙烯；
混料：将100-130份改性聚氯乙烯、50-70份填充剂、20-40份耐热填料、6-10份加强剂和10-40份相容剂进行混匀掺拌，并进行挤出造粒，得到母粒；
铸管：将母粒放入到挤出机内，挤出温度设为180-200℃，挤出机将熔融的母粒挤出到铸管的模具内得到热UPVC管，将热UPVC管通过水冷进行逐级冷却得到UPVC管。
通过采用上述技术方案，聚氯乙烯和交联剂先进行交联，交联后形成结构更加稳定的改性聚氯乙烯，改性聚氯乙烯与稳定剂、耐热填料等掺拌造粒，造粒后进行挤出，并通过逐渐冷却的方式进行冷却，逐级冷却从而得到耐热的UPVC管。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用交联剂与聚氯乙烯进行交联，使得聚氯乙烯的分子链更加稳定，在UPVC管受热时，聚氯乙烯分子链不易移动，从而提高了UPVC管对高温的耐受性能；本申请采用的耐热填料会提高UPVC管的散热性能。
2、本申请中优选采用石墨烯纤维作为耐热填料，石墨烯纤维拥有优异的散热效果，同时石墨烯纤维能够与聚氯乙烯交联后形成的网格状结构相互连接，从而进一步加强了聚氯乙烯的稳定性，进一步提高了UPVC管的耐热性能。
3、本申请的方法，通过对聚氯乙烯分子链的改性，提高了聚氯乙烯分子链的稳定性，通过造粒和挤出铸成UPVC管，通过逐级冷却使得UPVC管内的各组分凝固时不会出现团聚的现象。
具体实施方式
表1：实施例中各原料的来源：
。
实施例
实施例1
改性：90g聚氯乙烯、5g磷酸酯、10g2-乙基丙烯酸掺拌，并加热到170℃，在170℃的环境采用紫外光进行辐射照射，冷却后得到改性聚氯乙烯；
混料：将100g改性聚氯乙烯、50g透明粉、14g石墨烯纤维、6g聚碳酸酯、6g滑石粉和10g三氯乙烯进行混匀掺拌，透明粉的目数为1500目，并进行挤出造粒，得到母粒；
铸管：将母粒放入到挤出机内，挤出温度设为180℃，挤出机将熔融的母粒挤出到铸管的模具内得到热UPVC管，将热UPVC管通过水冷进行逐级冷却得到UPVC管。
实施例2
改性：110g聚氯乙烯、8g磷酸酯、20g2-乙基丙烯酸掺拌，并加热到180℃，在180℃的环境采用紫外光进行辐射照射，冷却后得到改性聚氯乙烯；
混料：将130g改性聚氯乙烯、70g透明粉、28g石墨烯纤维、12g聚碳酸酯、10g滑石粉和40g醋酸乙酯进行混匀掺拌，透明粉的目数为1500目，并进行挤出造粒，得到母粒；
铸管：将母粒放入到挤出机内，挤出温度设为200℃，挤出机将熔融的母粒挤出到铸管的模具内得到热UPVC管，将热UPVC管通过水冷进行逐级冷却得到UPVC管。
实施例3
改性：100g聚氯乙烯、6g磷酸酯、15g2-乙基丙烯酸掺拌，并加热到175℃，在175℃的环境采用紫外光进行辐射照射，冷却后得到改性聚氯乙烯；
混料：将120g改性聚氯乙烯、60g透明粉、21g石墨烯纤维、9g聚碳酸酯、8g滑石粉和40g三氯乙烯进行混匀掺拌，透明粉的目数为1500目，并进行挤出造粒，得到母粒；
铸管：将母粒放入到挤出机内，挤出温度设为190℃，挤出机将熔融的母粒挤出到铸管的模具内得到热UPVC管，将热UPVC管通过水冷进行逐级冷却得到UPVC管。
实施例4
实施例4与实施例3的不同之处仅在于，实施例4中的石墨烯纤维和聚碳酸酯的重量比为5:4。
实施例5
实施例5与实施例3的不同之处仅在于，实施例4中的石墨烯纤维和聚碳酸酯的重量比为7:2。
实施例6
实施例6与实施例3的不同之处在于，实施例6中的加强剂选自蒙脱土。
实施例7
实施例7与实施例3的不同之处在于，实施例7中的稳定剂选自环氧乙烷。
实施例8-实施例12
表2：实施例8-实施例12采用的透明粉的目数：
对比例
对比例1
对比例1与实施例3的区别仅在于，对比例1中未添加2-乙基丙烯酸。
对比例2
对比例2与实施例3的区别仅在于，对比例2中未石墨烯纤维。
对比例3
对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3中未添加加强剂。
对比例4
对比例4与实施例3的区别仅在于，对比例4中未添加相容剂。
对比例5
对比例5与实施例3的区别仅在于，对比例5中的透明粉目数为1400目。
性能检测试验
检测方法/试验方法
1、通过GB/T8804.2-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定第2部分：硬聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）和高抗冲聚氯乙烯（PVC-HI）管材》对UPVC管的拉伸性能进行测定；
2、通过GB/T9341-2008《塑料弯曲性能的测定》对UPVC管的弯曲强度和弯曲弹性模量进行测定。
3.在每个实施例和对比例分别分为17个组，在每组中均取5个10cm长，壁厚为3mm，外径为30mm的UPVC管，将每组中的UPVC管分别放置在60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的环境中，放置时间为1小时，1小时后在每个UPVC管上均放置相同的平板，在平板上方对平板施加竖直方向上的作用力，测试平板下降3mm时的作用力大小。
测试结果及结果分析
表3：拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量测试结果：
表4：不同温度下按压测试结果：
结果分析：
参照表3、表4及实施例1-12和对比例1-5可知，本申请中采用2-乙基丙烯酸与聚氯乙烯分子进行交联形成交联网格状结构，使得聚氯乙烯分子链变得更加稳定，从而UPVC管在受热时，聚氯乙烯分子不易移动，进而提升了UPVC管的耐热性和拉伸强度；本申请采用的石墨烯纤维插入到交联网格状结构中，从而进一步提升了聚氯乙烯分子链的稳定性，并且石墨烯纤维利于UPVC管散热，进而又提升了UPVC管的耐热性，因此同时添加了2-乙基丙烯酸和石墨烯纤维的UPVC管的耐热性得到了明显的提升。对比例1未添加2-乙基丙烯酸，对比例2未添加石墨烯纤维，从而相比于实施例3拉伸强度和完全弹性模量均有明显的下降。
参照表4，添加过2-乙基丙烯酸和石墨烯纤维的UPVC管在高温下变形所需的作用力大小明显高于对比例1-2，本申请中的各实施例相较于对比例的耐热性均有明显的提高，其中实施例12中的UPVC管的耐热性达到了最佳，对比例1和对比例2的变形能力均随温度的升高而出现明显的下降，各实施例的变形能力均受温度的影响较小。
参照表3和表4，UPVC管的性能随着透明粉目数的增大而增强，目数越大的透明粉与UPVC管的相容性越好，1500目-2000目的透明粉随着目数的增大UPVC管的性能均有提升，1500目以下的透明粉随着目数的减小，UPVC管的性能有明显的下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种透明UPVC管材，其特征在于，包括以下重量份的原料组分：
聚氯乙烯 90-110份；
交联剂 10-20份 ；
填充剂 50-70份 ；
稳定剂 5-8份 ；
耐热填料 20-40份 ；
加强剂 6-10份 ；
相容剂 10-40份；
其中耐热填料包括石墨烯纤维和聚碳酸酯，且所述石墨烯纤维和聚碳酸酯的重量比为(5-7):(2-4)；所述交联剂为2-乙基丙烯酸；所述加强剂为蒙脱土和滑石粉；所述填充剂为透明粉，所述透明粉的目数为1500-2000目。
2.根据权利要求1所述的一种透明UPVC管材，其特征在于：所述相容剂选自三氯乙烯和醋酸乙酯中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种透明UPVC管材，其特征在于：所述稳定剂选自磷脂酸和环氧乙烷中的一种或两种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种透明UPVC管材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
改性：90-110份聚氯乙烯、5-8份稳定剂、10-20份交联剂掺拌，并加热到170-180℃，在170-180℃的环境采用紫外光进行辐射照射，冷却后得到改性聚氯乙烯；
混料：将100-130份改性聚氯乙烯、50-70份填充剂、20-40份耐热填料、6-10份加强剂和10-40份相容剂进行混匀掺拌，并进行挤出造粒，得到母粒；
铸管：将母粒放入到挤出机内，挤出温度设为180-200℃，挤出机将熔融的母粒挤出到铸管的模具内得到热UPVC管，将热UPVC管通过水冷进行逐级冷却得到UPVC管。
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