CN115260674A - 一种高耐磨高韧性耐热pvc塑胶材料 - Google Patents

一种高耐磨高韧性耐热pvc塑胶材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，包括通过无离子水、悬浮剂、单体氯乙烯及引发剂经悬浮聚合反应制成的聚氯乙烯树脂，热稳定剂，改性剂，硬脂酸钙，壳聚糖及邻苯二甲酸二异壬酯；所述PVC塑胶材料采用前述原料进行PVC造粒、螺杆挤出后制得；前述悬浮聚合反应所用聚合釜包括釜体，釜体底端设有出料管，出料管上设置放料阀，釜体内转动设置搅拌轴，搅拌轴上一体设有搅拌叶，搅拌叶设有三片且以搅拌轴的旋转轴线环形阵列布置，搅拌叶其叶片主体与水平面倾斜设置且倾斜角度由下至上逐渐变大，叶片主体上设置通孔。本发明制成的PVC塑胶耐磨耐热，韧性好；PVC制备用聚合釜调节搅拌的动力特性更及时，制得的PVC颗粒形态好、分子量分布均匀。

Description

一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料
技术领域
本发明涉及一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料。
背景技术
PVC是聚氯乙烯的英文简称，是氯乙烯单体(VCM)在过氧化物、偶氮化合物等引发剂或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称之为氯乙烯树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小，玻璃化温度77-90℃，170℃左右开始分解，对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。PVC塑料在生产加工时常会加入抗冲剂，以提高其性能，抗冲击改性剂是一种改善高分子材料的低温脆化，赋予其更高的韧性的化学品，抗冲剂在生产过程中需要通过聚合釜进行聚合反应。目前市面上鲜见高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，另外，在聚合反应中，釜体形状，传热夹套，挡板和搅绊桨等对悬浮聚合过程中单体的剪切分散，物料的循环混合，聚合物颗粒的悬浮以及功率消和传热有效大的情响，目前的聚合釜将釜内物料的流动形态的改变(将切向流转变为径向流和轴向流)均上通过挡板改变，以消除固体回转部和抑制下凹涡旋，以调节搅拌的动力特性，增大被搅拌物料的湍动程度，是釜内的能量分布趋于均匀，但通过挡板的方式是在切向流接触到挡板后才转变为径向流和轴向流，在调节搅拌的动力特性方面不够及时，效果不理想。公开号为CN113842861B的专利：一种PVC塑料抗冲剂生产用聚合釜，包括聚合釜体，所述聚合釜体的底端固定安装有三个加强支撑脚，所述聚合釜体的顶端安装有分料投放机构，所述聚合釜体的圆周外壁两端安装有驱动机构，且聚合釜体的内部设置有双向掺混组件，所述分料投放机构包括开设于聚合釜体顶端的安装口，且安装口的内壁通过密封轴承转动连接有加料斗，所述加料斗的内底部固定安装有半球面凸块，且加料斗的内底部靠近边缘处开设有多个等距离分布的漏料孔，所述加料斗的底端安装有摆动组件，且摆动组件包括多个与漏料孔固定连接的波纹软管，所述波纹软管的另一端均固定连接有加料端管，所述加料斗靠近底部的一端圆周外壁固定安装有多个连接杆架，且连接杆架均呈L形结构，所述连接杆架的底端与相应的加料端管通过铰链相连接，所述加料斗的底端外壁固定安装有推杆电机，且推杆电机的延伸杆端部固定连接有竖直设置的端柱，所述端柱靠近顶端的圆周外壁通过铰链连接有多个推拉杆，且推拉杆的另一端均与相应的加料端管通过铰链相连接，推杆电机8通过电滑环连接有外接电源；利用设置的驱动机构，能够带动聚合釜体内部的双向掺混组件转动，同时利用联动作用，通过设置的推拉杆对端柱的扭力进行传导，进而带动加料斗产生旋转，能够利用设置的分料投放机构实现均匀投料处理。其仅解决投料均匀的问题，未解决调节搅拌的动力特性更及时，增大被搅拌物料的湍动程度更迅速的问题。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，制成的PVC塑胶耐磨耐热，韧性好；PVC制备用聚合釜调节搅拌的动力特性更及时，制得的PVC颗粒形态好、分子量分布均匀。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，包括通过无离子水、悬浮剂、单体氯乙烯及引发剂经悬浮聚合反应制成的聚氯乙烯树脂，热稳定剂，改性剂，硬脂酸钙，壳聚糖及邻苯二甲酸二异壬酯；
所述PVC塑胶材料采用前述原料进行PVC造粒、螺杆挤出后制得；
前述悬浮聚合反应所用聚合釜包括釜体，釜体底端设有出料管，出料管上设置放料阀，釜体内转动设置搅拌轴，搅拌轴上一体设有搅拌叶，搅拌轴其超出釜体顶端部分通过传动机构与驱动机构相连；
釜体内固定设置围绕搅拌叶一圈的内冷挡板，釜体上设置夹套，釜体上设有与夹套相连通的若干个冷却水入口与冷却水出口；
搅拌叶设有三片且以搅拌轴的旋转轴线环形阵列布置，搅拌叶其叶片主体与水平面倾斜设置且倾斜角度由下至上逐渐变大，叶片主体上设置通孔。采用这样的配比组分制成的PVC塑胶耐磨耐热，韧性好；在PVC制备用聚合釜的搅拌叶片上设置沿与物料被搅动流动方向倾斜程度不大的通孔，使得物料被搅动形成切向流时还有部分通过通孔形成了一定的径向流或轴向流，改变以往切向流在遇到水冷挡板后才改变流向变成径向流和轴向流，这样提早实现部分切向流转变成径向流和轴向流，调节搅拌的动力特性更及时，制得的PVC颗粒形态好、分子量分布均匀。
进一步的技术方案是，PVC塑胶材料中各原料的重量组分如下：聚氯乙烯树脂100份、热稳定剂4～6份、改性剂2～4份、硬脂酸钙0.1～1份、壳聚糖1～3份、邻苯二甲酸二异壬酯30～35份。热稳定剂采用稀土稳定剂，稀土元素可与PVC分子中活泼的氯原子发生配位作用，使C-Cl键不易断裂，抑制共轭多烯结构的形成，从而起到长效稳定作用。同时，稀土稳定剂在PVC加工时显现为具有加工助剂以及内润滑的特征，促进树脂塑化，且能增加PVC韧性。PVC塑胶材料中还含有原料硬脂酸锌0.2～1份，硬脂酸钙和硬脂酸锌具有协同作用，起到捕获HCl的作用，而HCl对PVC的分解具有催化作用。邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)，属无毒环氧类增塑剂，是一种性能优良的通用型主增塑剂，DINP可用作乙烯基树脂增塑剂，丁腈橡胶软化剂，硝酸纤维素漆的抗张强度助剂等。DINP与邻苯二甲酸二辛脂(DOP)相比，分子量更大一点，碳链更长一点，所以拥有更好的老化性能，抗迁移性能，抗萃取性能，更高的耐高温性能，相应的，同等条件下，DINP的塑化效果比DOP稍差。DINP比DOP更环保，广泛的应用于电线电缆，薄膜，玩具和护套等各类软质PVC产品。热稳定剂的加入增强了整个改性体系的稳定性，PVC塑胶材料中还含有原料润滑剂1～5份，润滑剂的加入则减少了聚氯乙烯分子将的摩擦力，提高了其整体的滑动性，从而在磨损过程中，减少了阻力，增强了耐磨性。
进一步的技术方案是，聚氯乙烯树脂通过向聚合釜内加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密闭聚合釜，真空脱除釜内空气和溶于物料中的氧，然后加入单体氯乙烯之后聚合釜升温、搅拌，保温保压后降压，汽提后的离心分离，再干燥、过筛后制得。聚合釜的容积为100m3，单体氯乙烯的加入量为40m3；引发剂溶质的加入量为25.5kg，反应温度为50±4℃；在悬浮聚合反应时还在聚合釜中加入分散剂，分散剂采用两种，分别为分散剂A与分散剂B，分散剂A溶质加入量为31.5kg，分散剂B溶质加入量为13.7kg；其中，分散剂A配置为KH-17型聚乙烯醇500Kg、水12000Kg，溶质浓度为4％；分散剂B配置为L-9-78型聚乙烯醇150Kg、LW-200型聚乙烯醇180Kg、LM-10HD型聚乙烯醇20Kg和水6000Kg，溶质浓度为3.8％；为过氧化新癸酸异丙苯酯CNP140kg、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯EHP840kg和水1360kg；反应开始后维持温度在50℃左右，压力0.88～1.22MPa，当转化率达到70％左右开始降压，在压力降至0.13～0.48MPa时即可停止反应；聚合完毕抽出未反应单体，料浆进行汽提，回收氯乙烯单体；汽提后的料浆进行离心分离，使聚氯乙烯含水25％，再进入干燥器干燥至含水0.3％～0.4％，过筛后制得。悬浮聚合反应为现有技术，不赘述。
进一步的技术方案为，PVC造粒工序为将对应的原材料按配方投入高速混合机混合造粒；所述螺杆挤出工序中，双螺杆挤出机的加工温度为125～195℃，主机转速为100～220rpm，挤出压力为80～120Pa；挤出后冷却牵条、风干切粒，即制备本发明所述的高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料。
进一步的技术方案为，将原料按配方进行PVC造粒、螺杆挤出后制得PVC线缆护套；前述PVC线缆护套为护套外壁设有用于增加PVC线缆护套内壁与PVC线缆护套内的屏蔽层间的附着力的断续槽；前述断续槽通过设置在护套机的护套挤出模具上的断续槽形成机构制成。本PVC塑胶的应用包括：将导体通入绝缘层挤出机，在导体外包覆挤出绝缘层后在绝缘层外缠绕包覆镀锡合金作为屏蔽层；再将前述半成品进入护套机的护套挤出模具，挤包出外被体层即制得包含本PVC塑胶外被体层的同轴电缆。同轴电缆的制备为现有技术，不赘述。
进一步的技术方案为，通孔倾斜设置，通孔与叶片主体的连接处的法向与通孔其倾斜方向呈一钝角的夹角。
进一步的技术方案为，通孔其下孔口向上孔口方向为逐渐远离搅拌轴的方向。这样设置后不仅使得通孔有斜向上的倾斜，还有斜向外的倾斜，当然通孔设置有多个，可以全部为均具有斜向上和斜向外的倾斜(这样设置可以使得流经通孔的切向流转化为径向流和轴向流)，也可以部分设置为仅具有斜向上的通孔，部分设置为既具有斜向上和斜向外的倾斜的通孔(这样设置可以合理设置不同形式的通孔，以使得在搅拌叶片上靠近搅拌轴处的通孔更多设置为仅为斜向上的通孔，以使得物料流动流速不高处更多地转变为径向流，而在搅拌叶片上远离搅拌轴处的通孔则设置为既具有斜向上和斜向外的倾斜的通孔，由于此处的物料被搅动后具有较大的惯性，因此流速较靠近搅拌轴处的流速要大，如果再设置为仅为斜向上的通孔会不合适，反而影响物料的流动，这样的设置使得物料在流动时其切向流向径向流和轴向流转化时更柔和和平顺，同时，既具有斜向上和斜向外的倾斜的通孔使得物料流过通孔后形成斜向上及斜向外流动，既具有一定的轴向流，又具有一定的径向流)。
本发明的优点和有益效果在于：制成的PVC塑胶耐磨耐热，韧性好；PVC制备用聚合釜调节搅拌的动力特性更及时，制得的PVC颗粒形态好、分子量分布均匀。制备PVC用聚合釜能够加强釜体内部流体的流动形态，加强搅拌物料的湍动程度，较早地将切向流转变为径向流或轴向流，调节搅拌的动力特性更及时，增大被搅拌物料的湍动程度更迅速。
采用这样的配比组分制成的PVC塑胶耐磨耐热，韧性好；在PVC制备用聚合釜的搅拌叶片上设置沿与物料被搅动流动方向倾斜程度不大的通孔，使得物料被搅动形成切向流时还有部分通过通孔形成了一定的径向流或轴向流，改变以往切向流在遇到水冷挡板后才改变流向变成径向流和轴向流，这样提早实现部分切向流转变成径向流和轴向流，调节搅拌的动力特性更及时，制得的PVC颗粒形态好、分子量分布均匀。
不仅使得通孔有斜向上的倾斜，还有斜向外的倾斜，当然通孔设置有多个，可以全部为均具有斜向上和斜向外的倾斜(这样设置可以使得流经通孔的切向流转化为径向流和轴向流)，也可以部分设置为仅具有斜向上的通孔，部分设置为既具有斜向上和斜向外的倾斜的通孔(这样设置可以合理设置不同形式的通孔，以使得在搅拌叶片上靠近搅拌轴处的通孔更多设置为仅为斜向上的通孔，以使得物料流动流速不高处更多地转变为径向流，而在搅拌叶片上远离搅拌轴处的通孔则设置为既具有斜向上和斜向外的倾斜的通孔，由于此处的物料被搅动后具有较大的惯性，因此流速较靠近搅拌轴处的流速要大，如果再设置为仅为斜向上的通孔会不合适，反而影响物料的流动，这样的设置使得物料在流动时其切向流向径向流和轴向流转化时更柔和和平顺，同时，既具有斜向上和斜向外的倾斜的通孔使得物料流过通孔后形成斜向上及斜向外流动，既具有一定的轴向流，又具有一定的径向流)。
附图说明
图1是本发明一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料的PVC聚合用聚合釜的示意图；
图2是图1中A-A向的剖面图；
图3是图1的B向示意图；
图4是图1的俯视图；
图5是图1中搅拌叶的示意图；
图6是图5的仰视图；
图7是本发明PVC的护套机的示意图；
图8是图7中挤出模具的示意图；
图9是图8的放大示意图。
图中：1、釜体；2、放料阀；3、搅拌轴；4、搅拌叶；5、内冷挡板；6、夹套；7、冷却水入口；8、冷却水出口；9、通孔；10、挤出模具；11、顶块；12、外卷边；13、压簧。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图9所示(为便于图示，图8未示出顶块、外卷边及压簧)，本发明是一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，包括通过无离子水、悬浮剂、单体氯乙烯及引发剂经悬浮聚合反应制成的聚氯乙烯树脂，热稳定剂，改性剂，硬脂酸钙，壳聚糖及邻苯二甲酸二异壬酯；PVC塑胶材料中各原料的重量组分如下：聚氯乙烯树脂100份、热稳定剂4～6份、改性剂2～4份、硬脂酸钙0.1～1份、壳聚糖1～3份、邻苯二甲酸二异壬酯30～35份。所述PVC塑胶材料采用前述原料进行PVC造粒、螺杆挤出后制得；前述悬浮聚合反应所用聚合釜包括釜体1，釜体1底端设有出料管，出料管上设置放料阀2，釜体1内转动设置搅拌轴3，搅拌轴3上一体设有搅拌叶4，搅拌轴3其超出釜体1顶端部分通过传动机构与驱动机构相连，驱动机构包括牌号为DⅡBT4 IP54 V1 F，380V75Kw的电动机以及与电动机相连的减速机，所述传动机构为链条联轴器；釜体顶端设置喷淋阀，釜体底端设置扰流喷嘴(喷淋阀及扰流喷嘴的设置可以加强釜体内部流体的流动形态，加强搅拌物料的湍动程度)；釜体1内固定设置围绕搅拌叶4一圈的内冷挡板5，釜体1上设置夹套6，釜体1上设有与夹套6相连通的若干个冷却水入口7与冷却水出口8；搅拌叶4设有三片且以搅拌轴3的旋转轴线环形阵列布置，搅拌叶4其叶片主体与水平面倾斜设置且倾斜角度由下至上逐渐变大，叶片主体上设置通孔9。通孔可以用于形成轴向流或径向流；或者通孔可以用于加强湍动程度；通孔9倾斜设置，通孔9与叶片主体的连接处的法向与通孔9其倾斜方向呈一钝角的夹角。通孔9其下孔口向上孔口方向为逐渐远离搅拌轴3的方向。聚氯乙烯树脂通过向聚合釜内加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密闭聚合釜，真空脱除釜内空气和溶于物料中的氧，然后加入单体氯乙烯之后聚合釜升温、搅拌，保温保压后降压，汽提后的离心分离，再干燥、过筛后制得。
PVC造粒工序为将对应的原材料按配方投入高速混合机混合造粒；所述螺杆挤出工序中，双螺杆挤出机的加工温度为125～195℃，主机转速为100～220rpm，挤出压力为80～120Pa；挤出后冷却牵条、风干切粒，即制备本发明所述的高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料。将原料按配方进行PVC造粒、螺杆挤出后制得PVC线缆护套；前述PVC线缆护套为护套外壁设有用于增加PVC线缆护套内壁与PVC线缆护套内的屏蔽层间的附着力的断续槽；前述断续槽通过设置在护套机的护套挤出模具10上的断续槽形成机构制成。断续槽形成机构包括设置在护套(环状)挤出模具10内的尺寸上远小于环状挤出模具10尺寸的顶块11，环状挤出模具10其远离环状挤出模具10中心的壁上设置与顶块11适配的开孔，顶块11一部分位于环状挤出模具10的空心环形腔中，一部分位于环状挤出模具10的空心环形腔外，顶块11两端分别设置外卷边12以用于避免顶块11全部进入环状挤出模具10的空心环形腔中或避免顶块11全部脱离环状挤出模具10的空心环形腔，顶块11的侧面固定包覆设置橡胶皮套；顶块11可以设置一圈四至六个；顶块11的位于环状挤出模具10的空心环形腔外部的一端的外卷边12上固定连接压簧13的一端，压簧13的另一端固定连接在护套机其环状挤出模具10的外壁上。
工作原理如下：
护套外壁上的断续槽并不能增加线缆护套内壁与PVC线缆护套内的屏蔽层间的附着力，但由于在环状挤出模具内设置用于改变护套机挤出PVC流速的顶块，使得从护套机挤出的PVC塑胶在原有护套机挤出流速的基础上增速，加强同轴电缆其PVC塑胶外被体层与PVC塑胶外被体层中的半成品(也即已经缠绕包覆镀锡合金及绝缘层的导体)的附着力，如果由于护套机挤出速度增加而使得半成品外的PVC塑胶外被体层厚度不够，可以在后续再安排一个大尺寸的护套机用于在本同轴电缆基础上再挤出一个位于PVC塑胶外被体层外的第二PVC塑胶外被体层。在将半成品进入护套机的护套挤出模具，挤包出外被体层制得包含本PVC塑胶外被体层的同轴电缆的过程中，通过适时挤压顶块使得顶块更多部分进入环状挤出模具的空心环形腔内，以增加环状挤出模具的空心环形腔中的部分的PVC塑胶的流速，而适时断续地顶压顶块可以在护套外壁设置用于增加PVC线缆护套内壁与PVC线缆护套内的屏蔽层间的附着力的断续槽。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，其特征在于，包括通过无离子水、悬浮剂、单体氯乙烯及引发剂经悬浮聚合反应制成的聚氯乙烯树脂，热稳定剂，改性剂，硬脂酸钙，壳聚糖及邻苯二甲酸二异壬酯；
所述PVC塑胶材料采用前述原料进行PVC造粒、螺杆挤出后制得；
前述悬浮聚合反应所用聚合釜包括釜体，釜体底端设有出料管，出料管上设置放料阀，釜体内转动设置搅拌轴，搅拌轴上一体设有搅拌叶，搅拌轴其超出釜体顶端部分通过传动机构与驱动机构相连；
釜体内固定设置围绕搅拌叶一圈的内冷挡板，釜体上设置夹套，釜体上设有与夹套相连通的若干个冷却水入口与冷却水出口；
搅拌叶设有三片且以搅拌轴的旋转轴线环形阵列布置，搅拌叶其叶片主体与水平面倾斜设置且倾斜角度由下至上逐渐变大，叶片主体上设置通孔。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，其特征在于，所述PVC塑胶材料中各原料的重量组分如下：聚氯乙烯树脂100份、热稳定剂4～6份、改性剂2～4份、硬脂酸钙0.1～1份、壳聚糖1～3份、邻苯二甲酸二异壬酯30～35份。
3.根据权利要求2所述的一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，其特征在于，所述聚氯乙烯树脂通过向聚合釜内加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密闭聚合釜，真空脱除釜内空气和溶于物料中的氧，然后加入单体氯乙烯之后聚合釜升温、搅拌，保温保压后降压，汽提后的离心分离，再干燥、过筛后制得。
4.根据权利要求3所述的一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，其特征在于，所述PVC造粒工序为将对应的原材料按配方投入高速混合机混合造粒；所述螺杆挤出工序中，双螺杆挤出机的加工温度为125～195℃，主机转速为100～220rpm，挤出压力为80～120Pa；挤出后冷却牵条、风干切粒，即制备本发明所述的高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料。
5.根据权利要求1或4所述的一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，其特征在于，将原料按配方进行PVC造粒、螺杆挤出后制得PVC线缆护套；前述PVC线缆护套为护套外壁设有用于增加PVC线缆护套内壁与PVC线缆护套内的屏蔽层间的附着力的断续槽；前述断续槽通过设置在护套机的护套挤出模具上的断续槽形成机构制成。
6.根据权利要求1或4所述的一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，其特征在于，所述通孔倾斜设置，通孔与叶片主体的连接处的法向与通孔其倾斜方向呈一钝角的夹角。
7.根据权利要求6所述的一种高耐磨高韧性耐热PVC塑胶材料，其特征在于，所述通孔其下孔口向上孔口方向为逐渐远离搅拌轴的方向。
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