CN1631968A - 氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方及其生产工艺。尤其是用于护套地下高压电力电缆的耐热双壁波纹管的配方及其生产工艺。按重量份计的氯化聚氯乙烯双壁波纹管配方：氯化聚氯乙烯树脂50－80、聚氯乙烯树脂20－50、复合铅盐稳定剂4.5－7.5、硬脂酸0.6－0.8、聚乙烯蜡0.3、石蜡0.3、超细碳酸钙4－10、抗冲ACR 6－8。其生产工艺：将配方物料高速捏合混炼10～13min，达120～135℃即低速冷混搅拌冷却并至45～55℃时放料；最后在170～185℃下挤压塑化并成型。本发明以科学配方和合理的生产工艺连续生产出热变形维卡软化温度≥93℃的双壁波纹管，从而解决当今急需的地下高压电力电缆的护套问题。

Description

氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方及其生产工艺

技术领域

本实发明涉及一种用于输送固、液态物料或用于护套各种地下预埋线的双壁波纹管，特别是一种用于护套易发热预埋地下线，例如护套地下高压电力电缆的耐热双壁波纹管的配方及其生产工艺。

背景技术

现有的用于输送固、液态物料或用于护套地下预埋线的硬聚氯乙烯双壁波纹管，它因具有质地轻、刚度和强度高，且防潮、耐腐蚀等特点而广泛用于护套各种常温下的地下预埋线，以承受预埋线上方的土层、行人、行车等重量，以及来自地面上的冲击力，但它因耐热性能较差、热变形维卡软化温度在80℃以下，它却不能用于护套有热量产生的地下高压电力电缆，故在高压电力电缆产生的热使双壁波纹管温度高于80℃时，双壁波纹管的环刚度大幅下降，以致不能承受其上土层、行人和行车的重量，更不能承受地面上的冲击力，从而丧失对高压电力电缆的护套作用。随着科技发展与人们生活水平的提高对电力的需求，电力工业对能耐热的双壁波纹管的需求量随之大增，因此提高护套管热变形维卡软化温度成为当务之急的问题；人们正努力寻求一种既保持现有硬聚氯乙烯双壁波纹管的优点，又能符合电缆导管产品质量合格标准，即热变形维卡软化温度≥93℃的新材料的双壁波纹管。一种耐热性能好且与硬聚氯乙烯树脂(即PVC树脂)的分子结构相近似的氯化聚氯乙烯树脂(即CPVC树脂)引起人们的关注，但在以CPVC树脂为材料试制时，因出现了以下的问题而难以制成双壁波纹管，其原因是：1)CPVC树脂易吸潮、加工性能非常差，加工时因熔体粘度大、流动性差而需提高加工温度，但由于加工温度与材料的分解温度非常接近，容易引起材料分解，并且分解所产生的气体将对材料的分解起催化作用、引发氯化聚氯乙烯树脂原料进一步分解的连锁反应；2)该物料的预塑性较差，故容易在双壁波纹管模具的狭长流道内出现物料的焦化。其结果都将导致生产过程的中止。如要使生产能持续可靠地进行下去，其急待解决的问题是如何制备以氯化聚氯乙烯树脂为主料的预塑物料，亦即以氯化聚氯乙烯树脂为主料的预塑物料的配方及用该物料制造出耐热性能好的双壁波纹管的生产工艺。

发明内容

本发明是要克服上述现有技术中所存在的问题，提供一种氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方及其生产工艺，以使它具有其配方物料能制造出耐热性能好、富有韧性、质地轻、强度高、能防潮防腐且加工性能好的双壁波纹管产品，其生产工艺合理可靠、能使配方物料连续正常地制造出双壁波纹管等特点。

本发明氯化聚氯乙烯双壁波纹管以重量份表示的配方为：

氯化聚氯乙烯树脂(即CPVC树脂)    50-80

聚氯乙烯树脂(即PVC树脂)         20-50

复合铅盐稳定剂                  4.5-7.5

硬脂酸                          0.6-0.8

聚乙烯蜡                        0.3

石蜡                            0.3

超细碳酸钙                      4-10

抗冲ACR                         6-8

上述的配方中还可含有红颜料0.15重量份。

本发明氯化聚氯乙烯双壁波纹管的生产工艺，依次进行以下的步骤：

1)按配方备料；

2)将上述的备料进行高速捏合混炼，混炼为时间10～13min，混炼后物料温度为120～135℃、经低速冷却搅拌后物料温度为45～55℃；

3)对上述的混炼料进行挤压，挤压工艺的温度为170～185℃，并且该温度自进口至出口分段升高；

4)以上述的挤压料进行模压成型。

本发明氯化聚氯乙烯双壁波纹管生产工艺的挤出模压成型步骤中，其模具的内口模的温度为195～210℃、外口模的温度为200～230℃。

本发明氯化聚氯乙烯双壁波纹管生产工艺中的混炼料挤压工艺而专门设计的锥形双螺杆挤出机，它含有带连接头的料筒、在料筒内安装的两根由转矩分离齿轮带动的锥形螺杆，以及由联轴器连接的减速箱，其特征是：料筒的外壁上的外壁上带有一组温度不同的加热圈。

本发明的有益效果是：1)本发明以科学合理的配方和生产工艺实现了以耐热性能好的氯化聚氯乙烯为材料制成热变形维卡软化温度≥93℃的双壁波纹管，从而解决了当今电力工业发展中所急需的预埋地下高压电力电缆的护套问题，它与现有的双壁波纹管相比较，在同样的试验条件下，即80℃的温度下放置一小时，现有的双壁波纹管会产生变形，无法检测其环刚度指标(即无法承受外压载荷)，而本发明双壁波纹管仍保持一定的强度，其环刚度达6.3kN/m²以上，能满足使用要求；2)本发明以分子结构与PVC树脂相近似的CPCV树脂为主料，并在备料中加入配比合理的热稳定剂、润滑剂、抗冲击的改性剂等，因此能有效排除因故障而停车，确保生产过程的连续性，从而能可靠、高效地生产出氯化聚氯乙烯双壁波纹管；该氯化聚氯乙烯双壁波纹管不仅耐热性能好，而且仍保留了现有同类双壁波纹管的质地轻、刚度和强度高，及防潮、防腐蚀、制造成本较低的特点；3)本发明的生产工艺还可以延用现有的加工设备，而无须另外添置新的机械设备，故在生产中可根据市场的需要去更换不同性能的双壁波纹管产品，既方便又经济合理。

附图说明

图1是本发明氯化聚氯乙烯双壁波纹管产品的结构图；

图2是图1中的节点I放大图；

图3是制造本发明氯化聚氯乙烯双壁波纹管所用的挤压机的主剖视图；

图4是制造本发明氯化聚氯乙烯双壁波纹管所用的履带式成型机的主剖视图。

图中的标号说明：1-氯化聚氯乙烯双壁波纹管；1a-双壁波纹管的外壁；1b-双壁波纹管内壁；2-锥形双螺杆挤出机；2a-锥形螺杆；2b-料筒；2c-连接头；2d-转矩分离齿轮；2e-止推轴承座；2f-联轴器；2g-减速箱；2h-加热圈；3-履带式成型机；3a-连接体；3b-进料口；3c-分配头；3d-进水口；3e-出水口；3f-压缩空气进口；3g-成型模块；3h-模头；3i-冷却定型水套；3j-与抽真空系统连接的孔道。

具体实施方式

实施例  本实施例的氯化聚氯乙烯双壁波纹管的结构可以从图1和图2中看到，它含有外壁1a和内壁1b，且内、外壁之间留有在成型过程中进入该空间的空气。

本实施例的氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方(各组分以重量份表示)如下：氯化聚氯乙烯树脂(即CPVC树脂)50-80；聚氯乙烯树脂(即PVC树脂)20-50；复合铅盐稳定剂4.5-7.5；硬脂酸0.6-0.8；聚乙烯蜡0.3；石蜡0.3；超细碳酸钙4-10；抗冲ACR 6-8。

上述配方中的CPVC树脂与PVC树脂的分子结构相近似、相容性好，它们能以任何一种比例混合以改善物料的加工流动性能，但该配比的大小将直接影响到产品的热变形维卡软化温度。CPVC树脂与PVC树脂配比的大小取决于CPVC树脂的氯含量及PVC树脂的分子量分布和加工稳定性。如果CPVC树脂的氯含量高，则配比中CPVC树脂的含量相对减少；如果PVC树脂的分子量分布较宽，则配比中PVC树脂的含量相对减少。通过大量的试验，采用上述的配比，即CPVC树脂为50-80重量份、PVC树脂为20-50，这样既能提高物料的加工性能、使生产持续正常地进行，又确保产品热变形维卡软化温度≥93℃以符合电缆导管产品的质量标准。

上述备料中的热稳定剂，虽可以采用三盐或二盐的热稳定剂，但其用量较大，且需添加大量的内、外润滑剂；因此在本实施例中选用一种自身具有润滑作用的复合铅盐稳定剂FY-103，它从杭州油脂化工厂购得。

上述配方中的硬脂酸、聚乙烯蜡(即O-PE)和石蜡均为润滑剂，其中是硬脂酸以内润滑为主，聚乙烯蜡和石蜡以外润滑为主。外润滑剂虽与物料不相容，但它可消除物料在挤出过程中极易粘附在加工设备上的粘附现象，保证物料的顺畅流动，不发生滞流现象。硬脂酸是一种与CPVC树脂相容的内润滑剂，它可减轻CPVC分子间的相互摩擦、减少因摩擦而产生的不利于成型加工的摩擦热。

硬脂酸、聚乙烯蜡和石蜡在配方中所选的配比是兼顾配方物料在加工中的流动性、防粘性及塑化速率，并且使内、外润滑的作用平衡，能保证生产连续、经济合理。

上述配方中的抗冲ACR是外购的LS-21(由山东瑞丰高分子材料股份有限公司生产)，它是一种抗冲击的改性剂，用于改善因CPVC树脂中的氯含量较高、极性较大而带来的产品的脆性。虽然常用的抗冲击的改性剂如CPE、MBS、ABS等均可用于CPVC树脂，但它们有以下的缺点而没被选用：CPE会降低热变形维卡软化温度、影响产品的最终使用效果，MBS和ABS的耐候性差、易老化，从而影响到产品的使用寿命；而抗冲ACR虽价格较贵但它因不含不饱和双键，故耐候性好、抗冲击性也好，且还有利于物料的塑化、降低加工的温度。

上述配方中的超细碳酸钙作为填料加入。

本实施例氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方，可用下表1中所列的I、II、III、IV、V、五组配方(各组分的单位为重量份)进行试验均可取得较好的效果：产品的抗冲击性能和环向刚度高、热变形维卡软化温度明显提高；物料在加工中的分解机率明显地降低，基本杜绝了CPVC树脂的分解现象，且它还因具有优良的塑化性能、流动性，故能确保双壁波纹管的生产持续可靠地进行。

表1

上述配方中还可加入重量份为0.15的红颜料，使产品成为红色。以红色作为代表色，可使护套高压电力电缆的双壁波纹管区别于其它用途的双壁波纹管。

本实施例的氯化聚氯乙烯双壁波纹管的制造工艺依次包括以下的步骤：

1)按上述的氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方备料；

2)将上述的备料放入高速捏合机，高速捏合混炼10～13min，使物料温度升至120～135℃，然后放入低速冷混机中搅拌冷却，并在温度达45～55℃时放料。

3)将上述混炼料挤压，即把混炼料加入螺杆转速与成型机成型速度相匹配的双螺杆挤出机挤压，挤压料的温度从进口的170℃沿挤出机的轴向逐段上升至出口时的185℃；混炼料在挤压时的不同温度有利于促进物料的塑化和小分子物质的挥发，从而能降低诱发CPCV树脂分解的机率，确保生产正常连续地进行；

4)上述的挤压料成型，亦即将挤压物料引入一台波纹管成型机中定型牵引出氯化聚氯乙烯双壁波纹管管材；

5)成型后的双壁波纹管材经切割机切割，并在扩口机上对其一端扩口即可检验入库。双壁波纹管的扩口端可方便各双壁波纹管在使用中的安装连接。

上述成型过程中的挤出模具的内口模的温度设定为195～210℃、外口模的温度设定为200～230℃。外口模的温度稍高于内口模的温度可提高产品外观的光泽度，减少瘪筋和内壁破裂，从而提高成材率。

本实施例生产工艺中混炼料挤压所采用挤出机是锥形双螺杆挤出机，其转速与其后的成型机速度相匹配；它的结构可从图3中看到，锥形双螺杆挤出机2含有在料筒2b内安装的且由转矩分离齿轮2d带动的两个锥形螺杆2a；转矩分离齿轮2d通过联轴器2f连接减速箱2g、从外接动力源(图3中未予以表示)上传入动力与运动。工作时，混炼料从料筒的加料口进入，经锥形双螺杆2a的挤压，从料筒右端连接头2c上出来；如果这时连接头与挤出模具连为一体，则挤出料即可进入挤出模具。挤压过程中在锥形螺杆2a上产生的轴向力由机架上的止推轴承座2e内的推力轴承平衡。本实施例锥形双螺杆挤出机在料筒2b的外周壁上带有四组加热圈2h，自左至右各加热圈的温度范围分别为170～175℃、170～175℃、175～180℃、180～185℃。

本实施例生产工艺中波纹管成型所用的成型机是履带式成型机3，其结构可从图4中看到，这时挤出料从挤出机连接头3a的进料口3b进入挤出模具3g，然后在连接体3a、分配头3c内按实线箭头所指方向在环形通道中向右前进，并在分配头3c处分叉、分别从内外两个环形通道内继续向右前进，其中内环形通道中的挤出料进入成型模块3g与冷却定型水套3i之间，以形成氯化聚氯乙烯双壁波纹管的内壁1b，而外环形通道中的挤出料进入成型模块3g内、以形成氯化聚氯乙烯双壁波纹管的外壁1a；在双壁波纹管的内壁1b和外壁1a的成型过程中，从分配头3c的压缩空气进口3f进入的压缩空气吹入成型模块3g内(图4中以分配头气道中的实线箭号表示压缩空气的流向)，利用压缩空气的气压，将从外环形通道中挤出的处于热熔状态的物料紧贴在成型模块3g的内凹壁上，成型模块3g上的与抽真空系统连接的孔道3j加大该物料向成型模块内凹壁的紧贴作用、形成外壁1a，并在冷却定型后，外壁的形状即可与模块3g的内凹形状完全一致；与此同时，由挤出模挤出的内、外层物料料坯的叠加厚度大于波纹管成型模块与成型冷却水套间的间隙而产生挤压力，使处于热熔状态的两层物料紧紧粘合在一起，并在冷却定型后形成波谷。产品通过成型机成型模块的移动，从右端被牵引出成型机。氯化聚氯乙烯双壁波纹管的整个定型牵引过程中，成型模块3g由机架的外轨进入内轨，并在冷却定型水套3h处合拢开始成型，成型完毕，则从内轨回到外轨(模块3g旁边的实线箭号表示其在工作和返程中的循环运动的方向)；冷却水则从分配头3c的进水口3d进入冷却定型水套3h，在移出内壁1b的热量后即从水套中出来，并从出水口3e流出机外(图4中在水通道中以实线箭号表示水的流向)。

Claims (5)

1、一种氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方，其特征是：它含有以下的组分：

氯化聚氯乙烯树脂              50-80重量份

聚氯乙烯树脂                  20-50重量份

复合铅盐稳定剂                4.5-7.5重量份

硬脂酸                        0.6-0.8重量份

聚乙烯蜡                      0.3重量份

石蜡                          0.3重量份

超细碳酸钙                    4-10重量份

抗冲ACR                       6-8重量份

2、根据权利要求1所述的氯化聚氯乙烯双壁波纹管的配方，其特征是：它还可含有红颜料0.15重量份。

3、一种根据权利要求1所述配方生产氯化聚氯乙烯双壁波纹管的生产工艺，其特征是它包含以下的步骤：

1)按权利要求1所述配方备料；

2)将上述的备料进行高速捏合混炼，混炼为时间10～13min，混炼后物料温度为120～135℃、经低速冷却搅拌后物料温度为45～55℃；

3)对上述的混炼料进行挤压，挤压工艺温度为170～185℃，并且该温度自加料口至出口分段升高；

4)以上述的挤压料进行模压成型。

4、根据权利要求3所述氯化聚氯乙烯双壁波纹管的生产工艺，其特征是模压成型步骤中分别设定模具的内口模的温度为195～210℃、外口模的温度为200～230℃。

5、一种为实施权利要求3所述氯化聚氯乙烯双壁波纹管生产工艺中的混炼料挤压工艺而专门设计的锥形双螺杆挤出机，它含有带连接头(2c)的料筒(2b)、在料筒内安装的两根由转矩分离齿轮(2d)带动的锥形螺杆(2a)，以及由联轴器(2f)连接的减速箱(2g)，其特征是：料筒(2b)的外壁上带有一组温度不同的加热圈(2h)。

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