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PVC管材塑化度判断

比较硬质PVC管材塑化度与力学性能的关系,得出硬质PVC管材塑化度的最佳范围为60%~70%。分析配方、混料、工艺条件对塑化度的影响,以指导生产过程,并将塑化度调整到最佳塑化范围。

在加工过程中,硬质PVC的粒子结构将发生很大变化,在较低加工温度下,由于热和剪切力的作用,颗粒分解成初级粒子;随着温度的升高,初级粒子部分被粉碎;当加工更高时,初级粒子可全部粉碎,晶体熔化,边界消失,形成二维网络,这一过程称为熔融或凝胶化,一般成为塑化。塑化度正是制品结晶程度与PVC初级粒子熔化程度的反映,塑化度可用流变法测量。

PVC塑化后在制品中形成了贯穿的结晶网络,这种结构的变化,必然引起力学性能的改变,进而影响制品的性能。因此,在硬质PVC加工过程中,控制好塑化度,使制品各部分塑化均一,对保证硬质PVC管材质量非常重要。国家技术监督局发布的GB/T10002.1-1996中,用增加二氯甲烷浸渍试验来反映管材塑化的情况。

1、硬质PVC管材的最佳塑化度

硬质PVC未塑化或塑化度低时,PVC初级粒子未解体或解体很少,粒子间还未融合;塑化度100%时,所有初级粒子融合,制品冷却后,可形成均匀分布,贯穿整个制品的结晶网络,晶网会限制分子链的运动。这两种结构的管材冲击强度较低,与管材韧性有关的指标(如落锤冲击性能)不易达标,这两种塑化度的管材都不是我们希望的。

大量研究和测试结果表明:硬质PVC管材的综合性能最佳值是在塑化度为60%~70%时得到的。因此,我们应选择适当的条件,使塑化度均匀并控制在此范围内。

2、塑化度的调整

塑化度的调整应从配方、混料、加工条件等方面综合考虑。

(1)PVC树脂

用悬浮法生产的PVC树脂有疏松型和紧密型。疏松型树脂表皮较薄、内部疏松、亚粉粒体积较大且大小均匀,易于破碎,释放初级粒子。这样的树脂经混合,可使助剂分布均匀,经过挤出加工后,易获得塑化均一的管材。

除PVC树脂的形态外,树脂的相对分子量也影响塑化,相同配方和加工条件下,分子量越大,虽然管材韧性好,但塑化度降低。

(2)稳定剂

目前,国内采用的主要热稳定剂为铅系稳定剂(主要为三碱式硫酸铅,硬脂酸铅等)。固体铅盐稳定剂分散性差,难塑化易造成大的应力集中,要求所用铅盐越细越好,最好经过研磨。另外,铅盐对人体健康有害,这些稳定剂在给水管配方中用量有限制,如含铅稳定剂用量不能超过3份。

(3)润滑剂

外润滑性强的配方使PVC受到较小的剪切力,低的剪切力水平可提高初级粒子“存活”的温度或延长其“寿命”,所以在相同的加工条件下,润滑性强的配方,可使管材塑化度降低。为了使管材塑化度保持一定,就要增加加工设备的剪切能力(如提高螺杆转速)或提高加工温度,或延长物料在设备中停留的时间(提高机台阻力既可延长“停留时间”,又可增加剪切强度)。

(4)改性剂对塑化的影响

使用抗冲击改性剂时,物料粘附金属倾向增强,剪切摩擦热增加,往往会促进塑化,故应适当增加润滑剂用量,以适当推迟塑化,获得最佳塑化度。

但选择CPE作改性剂时,相对分子量低的外润滑剂如石蜡易溶于CPE中,降低润滑效果,还会影响增韧效果,应选用与改性剂相容性差,相对分子量或熔点较高的润滑剂,如聚乙烯蜡、高级脂肪酸及其它皂类润滑剂。具有核——壳结构的改性剂,其极性很强的壳会阻碍润滑剂进入软芯,因此对润滑剂的选择不很严格。

3、混合的调整

混合是指降低组分料非均匀性的过程。因此,混料质量好坏将影响塑化是否均一。实际加工中遇到的许多问题,如挤出过程中混料脉动,塑化不均等均与混料有关。

硬质PVC管材混料多采用高速混合机进行,冷混机冷却。

混料中应注意以下问题:

(1)混合机加料量选择

物料体积为高速混合机空容积50%以下时,摩擦热小,达到混合温度(120℃)需15min以上;加料量50%~70%,达到混料温度仅为8min~10min;加料量在70%以上混合效果变差,物料的物性不均一,导致管材塑化不均。因此,我们应将加料量控制在混合室空容积的50%~70%。

(2)高速混合温度的选择

料温在50℃以下时,PVC树脂颗粒在强力搅拌下,其粉粒和亚粉粒被击碎,干粉料的表观密度变化不大。

料温在80℃以上到120℃左右时,树脂颗粒胀大,颗粒尺寸趋于均匀,颗粒的平均尺寸与原始状态相近,同时,干混料密度迅速增加。料温在120℃以上,树脂颗粒尺寸减少而干混料表观密度仍在提高。

树脂颗粒变大并均匀地在干粉料中流动,使输送量均匀,再考虑到100℃以上时对排出干燥物料中的水汽有益处,所以一般高速混合温度在100℃~120℃。

对于普通单螺杆挤出机,直接用粉料生产时,为了使管材有高的塑化度,往往将热混温度提高到140℃以上,但是不宜超过150℃。这是因为固体稳定剂仅粘附于树脂颗粒表面,对内部的PVC起不到稳定作用,热混温度太高会使树脂分解变色。而冷混温度在40℃左右即可。

(3)高速混合时的加料顺序

硬质PVC配方的加料顺序应有利于助剂作用的发挥,避免助剂的不良协同效应,并有利于提高分散程度和速度。

稳定剂与树脂同时加入到热混机中,以便及早发挥稳定作用。

皂类和内润滑剂随后加入,以便充分渗入树脂内部。蜡类外润滑剂宜在料温接近出料温度时再加,以免蜡类干扰其它助剂的分散。

填料对助剂有吸收作用,宜最后加入。以便助剂先在树脂中得以分散。

加工改性剂宜在蜡类加入之前,稳定剂加入之后加入,对于具有防止热分解倾向的改性剂,如CPE,可与树脂一并加入。如果考虑冲击改性剂吸收润滑剂的倾向强于PVC树脂,为避免润滑剂被吸收后物料加工性的明显变化,及吸收润滑剂后改性效果的降低,也可在最后加入。易结团的冲击改性剂,为了使其分散良好,宜最后加入。

总之,助剂的加料顺序应避免助剂间的相克相消,提高相辅相成的效果,使助剂在PVC树脂中得以充分分散。

典型的加料顺序如下:

①低速下,将PVC树脂加到混合室中;

②在60℃于高转速下,将稳定剂及皂类加入到树脂中;

③在80℃左右,于高转速下,将加工改性剂、内润滑剂、颜料及抗冲击改性剂加到料中;

④100℃左右,高转速下,加入蜡类;

⑤110℃高转速下加填料;

⑥在110℃~120℃低转速下排出物料,送入转动着的冷混机中;

⑦冷混到40℃排出,过筛使用。

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国内PVC管材发展趋势分析

我国PVC管材近年内发展较快,每年增长率达到8%,而每年增长需求率2%。在塑料管材中,PVC管材用量仍遥遥领先,其次是PE、PP。但近年来,PE管作为城市供水管和燃气管发展很快,增长速度远远超过PVC。我国塑料管生产应用中存在的问题。

一、原材料方面

(1)原材料品种少、尤其是专用料品种更少,导致燃气管用聚乙烯(PE)原料、交联聚乙烯(PE-X)原料、三型聚丙烯(PPR)原料基本上靠进口。

(2)原材料质量不稳定,如PVC原料,颗粒规整度差,残留氯乙烯单体(VCM)含量高。

(3)原材料价格偏高,且波动较大。

二、塑料管生产方面

(1)管材管件生产能力配比不合理。目前管材与管件生产能力配比约为20∶1,与正常应用的配比8∶1相差甚远,并且管件的品种少。

(2)企业生产规模不合理。目前我国塑料管生产企业数量较多,达到近1000家,但企业规模普遍偏小,万吨级企业只有30余家,绝大多数企业的生产能力在3000吨/年以下,达不到经济生产规模(国外塑料管经济生产规模一般在20000t/a以上)。

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射阳PVC管材施工案例

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PVC给水管材夏季施工注意事项

PVC给水管材夏季施工注意事项
随着夏日温度提升的到来,若施工时操作不当极易导致管材变形甚至会在试压过程中出现破管现象导致施工出现问题。根据时雨塑胶公司多年施工经验现将注意事项说明如下:
1、夏季在存放管材时,高温炎热的天气容易使管材发生变形,所以管材摆放高度不得超过1.5米,且承口要交错置放。
2、若短时间不进行施工,为防止阳光长时间照射PVC管材,使塑料管材发生老化现象,应及时用遮光网覆盖PVC管材阳光容易晒到的地方。
3、夏季PVC管材TS(承插)管施工时,要特别注意粘合剂的用量及涂抹的均匀程度。若在封闭的空间内并且夏季粘合剂挥发比较快,涂敷完毕后应立即插接,插接完毕后应固定30s后方可移动,TS管材连接过程中每间隔50米建议添加一个伸缩节或活套头。粘合剂使用完毕后应将瓶盖及时盖好,防止气温较高导致PVC胶水的挥发,再次使用时影响粘合效果。
4、夏季PVC活套管(R口管材)施工时,因PVC管材具有热胀冷缩之特性,所以在活套管连接过程中必须要有一定的预留空隙(Φ63mm以下约为10mm、Φ75mm-Φ110mm之间约为15mm、Φ140mm-Φ160mm之间约为20mm、Φ200mm以上约为25mm)。
5、夏季小动物活动比较频繁,当管线安装完毕后要特别注意管口处的覆盖,防止小动物进入管线内部影响管线施压及以后正常通水。
6、夏季雨水较多,当施工完毕后应及时回填,防止出现管沟塌陷影响正常施工及损伤管体,带来不必要的麻烦。
7、夏季回填时,由于雨水比较多在回填过程中须夯实,防止管沟内出现空洞现象,使管体在承压过程中受力不均而影响管材抗压能力。
8、管线试压前,应在管线始端、末端及最高点安装排气阀,试压长度以500m为宜。试压时要缓慢增加压力且需不断排气,当达到所需之静水压时,需静止持压1小时。试水压力为工作压力的1.5倍。