一种实壁螺旋管及其制备方法
技术领域
本发明属于PVC管材生产技术领域，具体为一种实壁螺旋管及其制备方法。
背景技术
我国PVC管材发展较快，每年增长率达到8％，而每年需求增长率2％。在塑料管材中，PVC管材用量一直遥遥领先，它被广泛的应用于给排水管道中。目前PVC管材生产，大多沿用90年代生产方法，所用于制造塑料管的材料分为两种，一种是用PVC加上普通碳酸钙为主要原料制成，制造出来的管材成本高，其它性能如强度、韧性、耐腐蚀性，耐热性等物理化学性能一般；另一种就是利用回收的PVC加上碳酸钙为主要原料制成，虽然制造出来的管材成本较低，但生产出的PVC管材色泽不白，内外光洁度粗糙，在强度、韧性、耐腐蚀性、耐热性等物理化学性能较差，而且在抗冲击力，以及防冻、耐高温等方面性能都比较差。
有鉴于此，确有必要提供一种新的改性PVC实壁螺旋管，来实现对管材韧性的提高，将实壁管的断裂延长率、拉伸强度、纵向回缩率得到改善。
发明内容
针对现有的技术方案存在的问题，本发明的目的在于提供一种实壁螺旋管及其制备方法，提高管材断裂延长率、拉伸强度，增强韧性，将纵向回缩率大大减小。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种实壁螺旋管,该实壁螺旋管是由下列重量份配比的原料组成：PVC树脂450-500份、羧基丁腈胶粉30-45份、轻质碳酸钙350-375份、800目重质碳酸钙240-250份、多元醇二缩醛-氧化铝接枝物0.5-0.8份、经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维0.1-0.3份、硬脂酸3.0-3.5份、托蜡4.0-4.5份、CPE25-30份、铅盐稳定剂20-22.5份、钛白粉5.5-7.5份、增白剂25-30份。
进一步的，该实壁螺旋管是由下列重量份配比的原料组成：PVC树脂500份、羧基丁腈胶粉45份、轻质碳酸钙375份、800目重质碳酸钙250份、多元醇二缩醛-氧化铝接枝物0.5份、经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维0.1份、硬脂酸3.5份、托蜡4.5份、CPE30份、铅盐稳定剂20份、钛白粉7.5份、增白剂30份。
进一步的，所述羧基丁腈胶粉呈核壳结构，其中核为丁腈橡胶，壳为塑性羧基不饱和烃聚合物。
进一步的，所述羧基丁腈胶粉的制备方法为：将丁二烯和丙烯腈通过乳液共聚的方法进行共聚，然后再加入含羧基的不饱和烃，通过悬浮接枝的方法接枝成粉，然后洗涤、干燥、粉碎即得；其中，所述含羧基的不饱和烃为丙烯酸、丁烯酸和异丁烯酸中的至少一种。
进一步的，经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维制备方法为：先将硅烷偶联剂与甲醇、水混合，配制成混合溶液A，之后向混合溶液A中加入乙酸得混合溶液B，之后将预处理过的普通玻璃纤维放入混合溶液B中，超声波震荡35-40分钟，之后再静置10-20分钟，取出，用丙酮冲洗后在135-140℃干燥3-8小时。
进一步的，所述硅烷偶联剂为N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷。
进一步的，玻璃纤维的长度为5μm-60μm，直径为100nm-5μm。
进一步的，所述增白剂为2,2-(4,4-二苯乙烯基)双苯并恶唑。
一种如上述实壁螺旋管的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：原料混合，按照所述配比量称取原料，并将原料置入高低温混合机的料缸内，先进行高温混合，当混合料在热缸内的温度达到110℃-130℃度时，将高温混合料取出放入进入冷缸中，当混合料在冷缸内温度降到40℃-50℃时，将混合后的料排出，制成混合料待用；
步骤二：塑化造粒，将步骤一中排出的混合料置入造粒机内，造粒机的主机转速为30转/分，造粒机料筒区的温度为180℃-190℃，造粒模具的温度为200℃-210℃，制成粒径为1.5mm的颗粒料；
步骤三：管材坯料挤出，取步骤二制备的颗粒料，当粒料温度降到40℃-50℃时送入双螺杆挤出机内，挤出螺杆转速25转/分，加料螺杆转速为55转/分，挤出区温度为160-190℃，螺杆的扭距为43N·m，挤出管材坯料；
步骤四：管材真空冷却成型，管材坯料被挤出模具时立即定径和冷却，将挤出的管材坯料置入真空定型冷却箱中，采用内压外定径的方法，使坯料定型，制成成型的实壁螺旋管。
本发明选用上述原料进行组合，可使各原料功效产生协同作用，从而能够有效地提高产品的拉伸强度、硬度、抗冲击性、断裂延长率，各原料的功能作用分别为：
PVC-树脂：树脂是兼具抗冲击改性和加工改性双重功能的塑料助剂，由于其具有核/壳结构，使其PVC制品具有优良的抗冲击性、低温韧性、与PVC相容性、耐候性、稳定性、加工性，且性能与价格比适中，可明显改善PVC熔体流动性、热变形性,促进塑化、制品表面光洁美观。
钛白粉：应用在PVC排水管材行业中，可以有效提高PVC管材的耐热性、耐光性、耐候性，使PVC管材的物理化学性质得到改善，增强PVC管材的色泽，延长其使用寿命。
碳酸钙：是一种填充剂，应用在PVC排水管材行业中，可使管材表面性能好，改善其成型性，并使管材易定型，而且可降低成本。
铅盐稳定剂和增白剂均属于现有的添加剂，其分别对PVC材料的稳定性和外观加以完善。
硬脂酸和托蜡作为内外润滑剂。氯化聚乙烯(CPE)：抗冲击改性剂，也是弹性体吸音材料。
上述原料均属于现有的完善技术，本发明在上述原料的基础上增加了如下配方原料，其功能和作用：
羧基丁腈胶粉呈核壳结构，其中核为丁腈橡胶，壳为塑性羧基不饱和烃聚合物。
具有核壳结构的羧基丁腈胶粉的界面效应显著，活性表面较强烈地吸附PVC基体的分子链，通常一个粒子表面上连结有几条分子链，形成链间的物理交联。吸附了分子链的这种粒子能起到均匀分布负荷的作用，降低了聚合物发生断裂的可能性。另一方面，PVC树脂在微观上具有微相分离结构，硬段分子之间强烈缔合在一起形成许多微区而分散在软段相基质中，软段相提供弹性，硬段相起到增强填充和交联作用。PVC是VCM单体多数以头-尾结构相联的线形聚合物，羧基丁腈胶粉粒子“壳”上带的-COOH就可能和PVC基团形成更多的氢键，增加了粒子与基体的结合力。加入少量羧基丁腈胶粉时，这些纳米级粒子就充当硬段，作为一部分物理交联点，有效增加分子链间的联系，当有外力作用时，作为应力集中物，诱发大量的银纹和剪切带，吸收能量，胶粉粒子和剪切带控制和终止银纹发展，使银纹不至于形成破坏性裂纹，从而实现了增强增韧。
但是，羧基丁腈胶粉粒子比表面积很大，胶粉的团聚和分布不均匀还容易作为缺陷引发裂纹，导致材料破坏。玻璃纤维则可以起到类似橡胶粒子的阻止裂纹扩展的作用，而且，经硅烷偶联剂改性的玻璃纤维还可以吸附羧基丁腈胶粉粒子，从而分散羧基丁腈胶粉粒子，防止其团聚。也就是说，羧基丁腈胶粉粒子和玻璃纤维之间能够起到很好的协同作用，此外，玻璃纤维的抗拉强度高，能够提升材料的抗拉强度。
多元醇二缩醛-氧化铝接枝物能够促进结晶，其在聚合物的结晶过程中能够起到晶核的作用，加快结晶速度，形成细小致密的球晶颗粒，使分子链在较高温度下具有很快的结晶速度，这不但有利于提高产品的抗冲击强度、屈服强度，还能提高其加工性能，使得该材料具有良好加工性。
按照上述原料配制而成的管材，具有优良的化学稳定性，有效地提高产品的拉伸强度、硬度、抗冲击性、断裂延长率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的实壁螺旋管将具有核壳结构的羧基丁腈胶粉和PVC树脂进行物理交联，有效增加分子链间的联系，提高了材料的韧性，将实壁管的断裂延长率提高到110％，拉伸强度提高到45Mpa，纵向回缩率降低到2.5％。具有较强的耐热冲击性和较低的热变形率，相对现有市面的管材具有优良的化学稳定性，有效地提高产品的拉伸强度、硬度、抗冲击性、断裂延长率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例中硅烷偶联剂为N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷，铅盐稳定剂选自炜林纳铅盐稳定剂。增白剂选用2,2-(4,4-二苯乙烯基)双苯并恶唑。
实施例1
本实施例提供的一种实壁螺旋管。
其制备工艺步骤是：
步骤一，原料配制，
按如下用量配制：
PVC树脂450kg、羧基丁腈胶粉30kg、轻质碳酸钙350kg、800目重质碳酸钙240kg、多元醇二缩醛-氧化铝接枝物0.5kg、经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维0.1kg、硬脂酸3.0kg、托蜡4.0kg、CPE25kg、铅盐稳定剂20kg、钛白粉5.5kg、增白剂25kg。
步骤二，将上述配制好的原料放入高速加热混合机(型号GRH-3000)中进行高速捏合，使原料温度上升到120℃；将上述经过热混捏合的原料放入冷却混合机(型号LH-500B)中冷却，使原料温度下降到40℃以下，出料待用；
步骤三，塑化造粒，将步骤二中排出的混合料置入造粒机内，造粒机的主机转速为30转/分，造粒机料筒区的温度为180℃-190℃，造粒模具的温度为200℃-210℃，制成粒径为1.5mm的颗粒料；
步骤四，挤出：
将上面已经冷却造粒的原料投入DAT-85等径双螺杆挤出机(韩国DAE-AMACHINERYCO.LTD)中挤出，熔体由皮层进料口9进入Φ110×3.2mm复合模头形成内、外皮层，其工艺条件是：
料筒温度：1区190±3℃
%202区180±3℃
%203区170±3℃
%204区170±3℃
%205区160±3℃
主机转速：25rpm，辅机转速：34rpm，螺杆的扭距为43N·m；
步骤五，将上述得到的半软管进行冷却真空定型；
步骤六，喷码印刷；
步骤七，牵引；
步骤八，切割；
步骤九，检验后即得成品。
实施例2
称取下列重量配比的原料：PVC树脂500kg、羧基丁腈胶粉45kg、轻质碳酸钙375kg、800目重质碳酸钙250kg、多元醇二缩醛-氧化铝接枝物0.8kg、经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维0.3kg、硬脂酸3.5kg、托蜡4.5kg、CPE30%20kg、铅盐稳定剂22.5kg、钛白粉7.5kg、增白剂30kg。该PVC-U排水管材的制备方法与实施例1相同。
实施例3
称取下列重量配比的原料：PVC树脂500kg、羧基丁腈胶粉45kg、轻质碳酸钙375kg、800目重质碳酸钙250kg、多元醇二缩醛-氧化铝接枝物0.5kg、经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维0.1kg、硬脂酸3.5kg、托蜡4.5kg、CPE30%20kg、铅盐稳定剂20kg、钛白粉7.5kg、增白剂30kg。该PVC-U排水管材的制备方法与实施例1相同。
对比例1
本实施例称取下列重量配比的原料：PVC树脂500kg、轻质碳酸钙375kg、800目重质碳酸钙250kg、硬脂酸3.5kg、托蜡4.5kg、CPE30%20kg、铅盐稳定剂20kg、钛白粉7.5kg、增白剂30kg。制备方法为与实施例1基本相同，唯一区别在于，本实施例取消了添加剂羧基丁腈胶粉，同时将和羧基丁腈胶粉协同作用的多元醇二缩醛-氧化铝接枝物、经硅烷偶联剂处理的玻璃纤维去除。
对实施例1-3制得的实壁螺旋管进行物理性能测试，所得结果见表1，作为对比，将对比例的实壁螺旋管做同样的测试。
表1：实施例1至3和对比例实壁螺旋管的物理性能测试结果：
通过性能测试，本发明的实壁螺旋管将具有核壳结构的羧基丁腈胶粉和PVC树脂进行物理交联，有效增加分子链间的联系，提高了材料的韧性，将实壁管的断裂延长率提高到110％，拉伸强度提高到45Mpa，纵向回缩率降低到2.5％。
对实施例1至3的材料和对比例的材料进行撞击和老化测试，老化测试具体的，将这些材料置于空气烘箱中进行老化，老化温度为135℃，老花时间为168h，然后测试其机械性能：低温弯曲性能(温度为-40℃，时间为16h)、耐热冲击性能(温度为150℃，时间为1h)和热变形性能(150℃)，所得结果见表2:
表2：实施例1至3和对比例材料的老化性能测试结果：
由此可知，本发明具有高抗张性能(大于40MPa)，高撕裂强度(大于500N/m)，热变形量小(小于2％)，具有较强的耐热冲击性和较低的热变形率，相对现有市面的管材具有优良的化学稳定性，有效地提高产品的拉伸强度、硬度、抗冲击性、断裂延长率，而且不易出现裂纹，硬度、抗冲击性均高于现有的管材，使用寿命长。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，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，只要不偏离本发明的结构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。
