CN114672111B - 一种高强度防爆耐磨pvc复合管材的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，属于高分子材料技术领域，包括如下步骤：将PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、抗冲击改性剂、耐热添加剂和增强填料混合分散，得到混合料；然后进行挤出造粒、塑化，得到一种高强度防爆耐磨PVC复合管材，其中注塑机的机筒设置温度为170‑200℃，模具设置温度为40‑50℃；在制备复合管材的过程中加入了自制的抗冲击改性剂，制备抗冲击改性剂的过程中引入了全氟己基乙基醇，全氟己基乙基醇中含有极性强的氟原子降低了抗冲击改性剂的表面能，对于抗冲击改性剂的热稳定性改善作用，对抗冲击改性剂的低温抗冲击性能和耐候性具有促进作用。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体地，涉及一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺。
背景技术
PVC是(Polyvinylchlorid)的简称，其主要成分为聚氯乙烯，加入其他成分来增强其耐热性、韧性、延展性的一种材料；PVC管是由聚氯乙烯树脂与稳定剂、润滑剂等配合后用热压法挤压成型的塑料管材,一般用于排水,废水,化学品,加热液和冷却液的输送,食品,超纯液体,泥浆,气体,压缩空气和真空系统的传输，其存在如下缺点，热稳定性较差，当温度高于150℃时易发生分解，释放出HCl,使产品变色，不宜用于热水管道,可作生活用水供水管,但不宜作为直接饮用水供水管；另一个明显的缺点是耐寒性较差，低温时，材料变硬变脆，受冲击时易脆裂。
对于很多特殊环境如低温环境下，低温油品或气体如低温成品油、液化天然气、环氧乙烷、液态二氧化碳及压缩天然气等在储藏和使用过程中都要求使用耐低温的PVC材料，最低温度也只能达到-30℃，无法满足需求。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，包括如下步骤：
按照各原料组分混合后，加入高速热混料机中进行混合分散，当温度达到110-115℃时，转入冷混料机中搅拌冷却，得到混合料：将混合料加入双螺杆挤出机造粒，挤出机简温度设置为140-200℃：将造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，得到一种高强度防爆耐磨PVC复合管材，注塑机的机筒设置温度为170-200℃，模具设置温度为40-50℃。
进一步地，PVC复合管材包括如下重量份原料：PVC树脂100-105份、热稳定剂1-5份、润滑剂0.5-6份、抗冲击改性剂20-30份、耐热添加剂15-25份、增强填料10-12份；
进一步地，抗冲击改性剂通过如下步骤制备：
在氮气保护条件下，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇加入甲苯二异氰酸酯和催化剂的混合物中，然后加入二元醇，升温至70℃，保温2h，然后加入全氟己基乙基醇，降温，得到抗冲击改性剂。
进一步地，催化剂为辛酸亚锡、二丁基二月桂酸中的一种，催化剂的添加量为聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇质量的0.5％。
进一步地，二元醇为1,3-丙二醇、1,4-丁二醇中的一种。
进一步地，按重量份计，聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇20-30份、甲苯二异氰酸酯40-50份、二元醇10-20份和全氟己基乙基醇2-4份。
抗冲击改性剂属于聚酯型聚氨酯，将抗冲击改性剂分布在聚氯乙烯基体中时，可有与聚氯乙烯形成连续的网状结构，在管材受到冲击时，抗冲击改性剂所形成的网状结构可有吸收冲击能量，对管材形成保护，提高管材的韧性，此外，聚酯型聚氨酯中的含有软段聚酯对，聚氯乙烯管材具有增塑作用，且相对于小分子增塑剂，本发明制得的抗冲击改性剂不容易析出，尤其当管材应用于低温环境时，保证了管材的力学强度，改善管材的耐低温性能，改善其低温脆性。
进一步地，所述增强填料为改性石墨烯和纳米粒子按照质量比2：1.2混合而成。
进一步地，纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种。
进一步地，改性石墨烯通过如下步骤制备：
步骤S11、在氮气保护条件下，将季戊四醇、35％的2，2-双羟基甲基丙酸和35％的对甲苯磺酸混合，140℃条件下反应2h，然后加入剩余2，2-双羟基甲基丙酸和对甲苯磺酸，在温度为140℃条件下，继续反应2h，得到端羟基支化单体；
步骤S12、将端羟基支化单体、对甲苯磺酸和甲苯混合，然后加入N,N-二甲基甲酰胺和6-氨基己酸，升温至140℃搅拌5h，反应结束后，除去溶剂得到改性剂；
其中，步骤S11中季戊四醇、2，2-双羟基甲基丙酸和对甲苯磺酸的用量比为0.015mol：0.18mol：0.12g。
步骤S12中端羟基支化单体、对甲苯磺酸和6-氨基己酸的用量质量比为5：0.1：7.6；
步骤S13、将氧化石墨烯、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑加入N,N-二甲基甲酰胺中，在温度为25℃条件下，加入改性剂，加完后保持温度不变，继续搅拌24h，得到改性石墨烯。氧化石墨烯、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的用量质量比为5：0.5：0.4。
氧化石墨烯含有含氧基团，与改性剂中的氨基反应，氧化石墨烯为片状结构，利用该片状结构，改性石墨烯、耐热添加剂和基体材料之间形成三维结构，提高管材的耐热性，此外，增强填料中包括了纳米二氧化硅，利用了纳米粒子的高表面能限制分子运动，配合改性石墨烯提高耐热性。利用改性剂中的支化结构提升氧化石墨烯之间的排斥作用，不易团聚，分散稳定性好。
进一步地，润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种。
进一步地，所述热稳定剂为钙锌稳定剂。
进一步地，所述耐热添加剂为N-取代马来酰亚胺共聚物、α-甲基苯乙烯共聚物、马来酸酐共聚物中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述PVC树脂的绝对粘度为10-18mm2/s。
本发明的有益效果：
为解决现有技术中存在的问题，发明制备了一种高强度防爆耐磨PVC复合管材，并在制备复合管材的过程中加入了自制的抗冲击改性剂，制备抗冲击改性剂的过程中引入了全氟己基乙基醇，全氟己基乙基醇中含有极性强的氟原子降低了抗冲击改性剂的表面能，对于抗冲击改性剂的热稳定性改善作用，对抗冲击改性剂的低温抗冲击性能和耐候性具有促进作用。
本发明中的生产工艺中还加入了增强填料，增强填料包括改性石墨烯和纳米粒子，利用了改性填料中的改性石墨烯片状结构与耐热添加剂和基体材料之间形成三维结构，提高管材的耐热性，利用改性剂中的支化结构提升氧化石墨烯之间的排斥作用，不易团聚，分散稳定性好。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备改性石墨烯：
步骤S11、在氮气保护条件下，将季戊四醇、35％的2，2-双羟基甲基丙酸和35％的对甲苯磺酸混合，140℃条件下反应2h，然后加入剩余2，2-双羟基甲基丙酸和对甲苯磺酸，在温度为140℃条件下，继续反应2h，得到端羟基支化单体；季戊四醇、2，2-双羟基甲基丙酸和对甲苯磺酸的用量比为0.015mol：0.18mol：0.12g；
步骤S12、将端羟基支化单体、对甲苯磺酸和甲苯混合，然后加入N,N-二甲基甲酰胺和6-氨基己酸，升温至140℃搅拌5h，反应结束后，除去溶剂得到改性剂；端羟基支化单体、对甲苯磺酸和6-氨基己酸的用量质量比为5：0.1：7.6；
步骤S13、将氧化石墨烯、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑加入N,N-二甲基甲酰胺中，在温度为25℃条件下，加入改性剂，加完后保持温度不变，继续搅拌24h，得到改性石墨烯。氧化石墨烯、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑的用量质量比为5：0.5：0.4。
实施例2
制备抗冲击改性剂通过如下步骤制备：
在氮气保护条件下，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇加入甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡的混合物中，然后加入1,3-丙二醇，升温至70℃，保温2h，然后加入全氟己基乙基醇，降温，得到抗冲击改性剂。
辛酸亚锡的添加量为聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇质量的0.5％。按重量份计，聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇20份、甲苯二异氰酸酯40份、1,3-丙二醇10份和全氟己基乙基醇2份。
实施例3
制备抗冲击改性剂通过如下步骤制备：
在氮气保护条件下，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇加入甲苯二异氰酸酯和二丁基二月桂酸的混合物中，然后加入1,4-丁二醇，升温至70℃，保温2h，然后加入全氟己基乙基醇，降温，得到抗冲击改性剂。二丁基二月桂酸的添加量为聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇质量的0.5％。按重量份计，聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇30份、甲苯二异氰酸酯50份、二元醇20份和全氟己基乙基醇4份。
实施例4
一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，包括如下步骤：
按照各原料组分混合后，加入高速热混料机中进行混合分散，当温度达到110℃时，转入冷混料机中搅拌冷却，得到混合料：将混合料加入双螺杆挤出机造粒，挤出机简温度设置为140℃：将造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，得到一种高强度防爆耐磨PVC复合管材，其中所述注塑机的机筒设置温度为170℃，模具设置温度为40℃。
其中，PVC复合管材包括如下重量份原料：PVC树脂100份、热稳定剂1份、润滑剂0.5份、实施例2制备的抗冲击改性剂20份、耐热添加剂15份、增强填料10份；
增强填料为实施例1制备的改性石墨烯和纳米粒子按照质量比2：1.2混合而成。纳米粒子为纳米二氧化硅。润滑剂为聚乙烯蜡。热稳定剂为钙锌稳定剂。耐热添加剂为N-取代马来酰亚胺共聚物。PVC树脂的绝对粘度为10-18mm2/s。
实施例5
一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，包括如下步骤：
按照各原料组分混合后，加入高速热混料机中进行混合分散，当温度达到110℃时，转入冷混料机中搅拌冷却，得到混合料：将混合料加入双螺杆挤出机造粒，挤出机简温度设置为160℃：将造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，得到一种高强度防爆耐磨PVC复合管材，其中所述注塑机的机筒设置温度为180℃，模具设置温度为50℃。
其中，PVC复合管材包括如下重量份原料：PVC树脂102份、热稳定剂3份、润滑剂3份、实施例2制备的抗冲击改性剂25份、耐热添加剂20份、增强填料11份；
增强填料为实施例1制备的改性石墨烯和纳米粒子按照质量比2：1.2混合而成。纳米粒子为纳米二氧化硅。润滑剂为氧化聚乙烯蜡。热稳定剂为钙锌稳定剂。耐热添加剂为α-甲基苯乙烯共聚物。PVC树脂的绝对粘度为10-18mm2/s。
实施例6
一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，包括如下步骤：
按照各原料组分混合后，加入高速热混料机中进行混合分散，当温度达到115℃时，转入冷混料机中搅拌冷却，得到混合料：将混合料加入双螺杆挤出机造粒，挤出机简温度设置为200℃：将造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，得到一种高强度防爆耐磨PVC复合管材，其中所述注塑机的机筒设置温度为200℃，模具设置温度为50℃。
其中，PVC复合管材包括如下重量份原料：PVC树脂105份、热稳定剂5份、润滑剂6份、实施例3制备的抗冲击改性剂30份、耐热添加剂25份、增强填料12份；
增强填料为实施例1制备的改性石墨烯和纳米粒子按照质量比2：1.2混合而成。纳米粒子为纳米二氧化钛。润滑剂为氧化聚乙烯蜡。热稳定剂为钙锌稳定剂。耐热添加剂为马来酸酐共聚物。PVC树脂的绝对粘度为10-18mm2/s。
对比例1
与实施例5中的抗冲击改性剂换成TPU高鼎功能型TPUNX-60A，其余原料及制备过程保持不变。
对比例2
将实施例5中改性石墨烯换成氧化石墨烯，其余原料及制备过程保持不变。
对实施例4-6和对比例1-2所制备的管材进行测试；
按照GB/T2843-2008标准，采用简支梁冲击试验机测试样品的低温冲击强度。样品尺寸为：长度80mm,宽度10mm,厚度约为2mm。先将样品放入液氨中浸泡5min,然后取出放在冲击试验机上进行冲击试验，从取出试样到开始冲击间隔为10s。
按照GB/T5470-2008标准，采用橡塑低温脆性试验机进行脆性温度的测定。脆性温度是在一定的条件下，一定数量的试样不被破坏的最低温度。
维卡软化点按照GB/T5836.2-2006进行测定。
表1
| 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | 对比例2 | |
| <![CDATA[低温冲击强度/KJ/m<sup>-2</sup>]]> | 28.6 | 28.7 | 28.7 | 24.2 | 26.1 |
| 脆性温度/℃ | 48.8 | 48.9 | 48.9 | 38.1 | 42.5 |
| 维卡软化点 | 101 | 102 | 101 | 91 | 87 |
从上表1可知本发明制备的样品具有好的耐高低温性能，抗冲击性好。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
将PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、抗冲击改性剂、耐热添加剂和增强填料混合分散，得到混合料；然后进行挤出造粒，造好的粒料加入到注塑机中进行塑化，得到一种高强度防爆耐磨PVC复合管材，注塑机的机筒设置温度为170-200℃，模具设置温度为40-50℃；
所述抗冲击改性剂通过如下步骤制备：
在氮气保护条件下，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇加入甲苯二异氰酸酯和催化剂的混合物中，然后加入二元醇，升温至70℃，保温2h，然后加入全氟己基乙基醇，降温，得到抗冲击改性剂；
所述增强填料为改性石墨烯和纳米粒子按照质量比2：1.2混合而成；
所述改性石墨烯通过如下步骤制备：
步骤S11、在氮气保护条件下，将季戊四醇、35%的2，2-双羟基甲基丙酸和35%的对甲苯磺酸混合，140℃条件下反应2h，然后加入剩余2，2-双羟基甲基丙酸和对甲苯磺酸，在温度为140℃条件下，继续反应2h，得到端羟基支化单体；
步骤S12、将端羟基支化单体、对甲苯磺酸和甲苯混合，然后加入N,N-二甲基甲酰胺和6-氨基己酸，升温至140℃搅拌5h，反应结束后，除去溶剂得到改性剂；
步骤S13、将氧化石墨烯、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑加入N,N-二甲基甲酰胺中，在温度为25℃条件下，加入改性剂，加完后保持温度不变，继续搅拌24h，得到改性石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，按重量份计，PVC树脂100-105份、热稳定剂1-5份、润滑剂0.5-6份、抗冲击改性剂20-30份、耐热添加剂15-25份、增强填料10-12份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，催化剂为辛酸亚锡，催化剂的添加量为聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇质量的0.5%。
4.根据权利要求1所述的一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，二元醇为1,3-丙二醇、1,4-丁二醇中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，按重量份计，聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇20-30份、甲苯二异氰酸酯40-50份、二元醇10-20份和全氟己基乙基醇2-4份。
6.根据权利要求1所述的一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种高强度防爆耐磨PVC复合管材的生产工艺，其特征在于，所述耐热添加剂为N-取代马来酰亚胺共聚物、α-甲基苯乙烯共聚物、马来酸酐共聚物中的一种或几种的混合物。
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Denomination of invention: Production process of a high-strength explosion-proof and wear-resistant PVC composite pipe Effective date of registration: 20231012 Granted publication date: 20230407 Pledgee: Fuyang Zhejiang rural commercial bank Limited by Share Ltd. the Fuchun River branch Pledgor: Hangzhou Taide electromechanical Co.,Ltd. Registration number: Y2023980060730 |
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