聚氯乙烯及聚烯烴管材的配方課件

概論

1、塑料管材的性能及用途管材是擠出成型法加工的主要產(chǎn)品之一。塑料管材的突出優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)密度小，相當(dāng)于金屬的1/4-1/7；電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良；安裝、施工方便，維修容易；單位能耗低廉。但與金屬相比，它的力學(xué)性能較低，使用溫度范圍較窄，膨脹收縮變形較大。概論1、塑料管材的性能及用途12塑料管材的種類塑料管材的用途是輸送液體、固體、氣體，并可以作為電線電纜護(hù)套和結(jié)構(gòu)材料。主要應(yīng)用范圍是：建筑給水管、建筑排水管、埋地排水管、燃?xì)夤?、護(hù)套管、農(nóng)業(yè)用管、工業(yè)用管。住宅建設(shè)，環(huán)境保護(hù)與治理，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉，交通、通訊、水利、能源等基礎(chǔ)建設(shè)工程使得塑料管材有著非常廣闊的市場2塑料管材的種類塑料管材的用途是輸送液體、固體、氣體，并可以23.管材配方設(shè)計(jì)的原則塑料管材的種類很多，按照所用原料的不同，管材性能與結(jié)構(gòu)的不同，工藝不同考慮。如原料為管材專用牌號(hào)的樹脂，且成型后能夠滿足管材性能指標(biāo)要求的，可采用直接擠出工藝,聚烯烴樹脂的牌號(hào)對(duì)最終性能影響極大。若現(xiàn)有牌號(hào)樹脂不能滿足產(chǎn)品性能或加工過程要求，在成型管材之前應(yīng)先設(shè)計(jì)配方。設(shè)計(jì)配方的原則是根據(jù)使用要求，根據(jù)我國已經(jīng)制定了各類管材標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行3.管材配方設(shè)計(jì)的原則塑料管材的種類很多，按照所用原料的不3PVC管材

PVC給水管PVC排水管PVC埋地排污管密度:1.350-1.460-≤1.5拉伸強(qiáng)度Mpa≥40斷裂伸長率%≥80維卡軟化溫度℃≥80≥79≥79落錘沖擊≤5%9/109/10縱向回縮率≤9%≤5%≤5%公稱壓力

2.0∮401.0Mpa扁平實(shí)驗(yàn)50%無裂環(huán)剛度5%變形2,4,8kP二氯甲烷浸漬無變化無變化PVC管材PVC給水管PVC排水管PVC4PVC給水管公稱壓力

2.0∮401.0Mpa2.0∮500.8Mpa2.0∮630.6Mpa是對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度,剛性的要求影響材料的拉伸強(qiáng)度,剛性的因素:樹脂:聚合度;雜質(zhì);降解助劑:都有影響,其中CPE,增塑劑,填料影響最大加工:混合均勻程度,塑化質(zhì)量模具:機(jī)頭壓力冷卻狀態(tài)PVC給水管公稱壓力2.0∮401.0Mpa5PVC排水管拉伸強(qiáng)度Mpa≥40斷裂伸長率%≥80維卡軟化溫度℃≥79扁平實(shí)驗(yàn)50%無裂是對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度,韌性的要求影響材料的拉伸強(qiáng)度,韌性的因素:樹脂:聚合度;雜質(zhì);降解助劑:都有影響,其中CPE,填料影響最大加工:混合均勻程度,塑化質(zhì)量模具:機(jī)頭結(jié)構(gòu),壓力冷卻狀態(tài)PVC排水管拉伸強(qiáng)度Mpa6PVC埋地排污管環(huán)剛度5%變形2,4,8kP落錘沖擊

9/10是對(duì)材料的剛性的要求影響材料的剛性的因素:樹脂:聚合度;雜質(zhì);降解助劑:CPE,填料影響最大加工:混合均勻程度,塑化質(zhì)量模具:機(jī)頭壓力冷卻狀態(tài)PVC埋地排污管環(huán)剛度5%變形2,4,87提高韌性的方法1.改變分子的聚集狀態(tài)控制結(jié)晶度,晶形.2.提高分子鏈段的運(yùn)動(dòng)能力減少分子間作用力,.3.增加柔順鏈段增加改性劑提高韌性的方法1.改變分子的聚集狀態(tài)8提高剛性的方法1.改變分子的聚集狀態(tài)增加結(jié)晶度,晶形2.增加分子間作用力交聯(lián),偶聯(lián),擴(kuò)鏈3.增加剛性助劑填料,增強(qiáng)纖維.提高剛性的方法1.改變分子的聚集狀態(tài)9聚氯乙烯管材配方設(shè)計(jì)原則聚氯乙烯管材配方設(shè)計(jì)原則10二.聚氯乙烯下水管材配方設(shè)計(jì)1.聚氯乙烯下水管材與聚氯乙烯異型材標(biāo)準(zhǔn)測試項(xiàng)目及指標(biāo)的差別二.聚氯乙烯下水管材配方設(shè)計(jì)1.聚氯乙烯下水管材與聚氯乙烯異11下水管材異型材

測試指標(biāo)拉伸強(qiáng)度Mpa434037拉伸伸長率%80100維卡軟化溫度℃7983落錘沖擊20℃0℃-10℃扁平實(shí)驗(yàn)∨-加熱尺寸變化率-∨彎曲彈性模量-∨

下水管材異型材

測試指標(biāo)122.管材的配方管材配方中包含：PVC樹脂，抗沖擊改性劑，穩(wěn)定劑，加工改性劑，填充劑、色料及外潤滑劑等成分

2.管材的配方管材配方中包含：131)．PVC樹脂為了獲得迅速與均勻的塑化，應(yīng)該采用懸浮法疏松型樹脂、樹脂的型號(hào)多為:SG—5;SG-4

用于雙壁波紋管的樹脂，特別應(yīng)具有良好分子量分布和雜質(zhì)量，以減少管材中的“魚眼”，避免管材波紋的塌陷和管壁的破裂。用于給水管的樹脂，應(yīng)屬“衛(wèi)生級(jí)”，樹脂中殘留氯乙烯在lmg／kg以內(nèi)。為了保證管材的質(zhì)量，減少次品率，樹脂的來源要穩(wěn)定。

1)．PVC樹脂為了獲得迅速與均勻的塑化，應(yīng)該采用懸浮法疏松142)．穩(wěn)定劑目前國內(nèi)采用的主要熱穩(wěn)定劑為三堿式硫酸鉛與二堿式鉛鹽,金屬皂類并用復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑稀土復(fù)合穩(wěn)定劑有機(jī)錫穩(wěn)定劑含重金屬的穩(wěn)定劑（如含Pb，Ba，Cd）對(duì)人體健康有害，這些穩(wěn)定劑在給水管配方中的用量有限制.。2)．穩(wěn)定劑目前國內(nèi)采用的主要熱穩(wěn)定劑為15穩(wěn)定劑用量單螺桿擠出流程，物料受熱歷史較雙螺桿擠出流程要長，穩(wěn)定劑用量前者較后者要增加25％以上。雙壁波紋管的機(jī)頭溫度較高，物料在機(jī)頭內(nèi)停留時(shí)間較長，配方中穩(wěn)定劑的用量比普通管配方要多。穩(wěn)定劑用量單螺桿擠出流程，物料受熱歷史較雙螺桿擠出流程要長，164).填料填料的作用是可降低成本。盡量采用超細(xì)活性的填料,(價(jià)格較高).管材用量比型材大.填料用量過大會(huì)造成抗沖擊性降低和管耐壓性下降，所以，在化工用管和給水管中，填料用量在10份以內(nèi)。

排水管，冷彎穿線套管中填料用量可多些，同時(shí)加大CPE的用量來改變沖擊性能的下降。對(duì)管材性能要求較低的管材，和落雨管，填料量可很大，但是對(duì)雙螺桿擠出機(jī)磨損較嚴(yán)重。4).填料填料的作用是可降低成本。盡量采用超細(xì)活性的填料,(17改性劑加工改性劑:普通管材可以少用或不用,波紋管和薄壁管多用.沖擊改性劑:比型材用量少,兩方面原因:1.性能,耐低溫,拉伸強(qiáng)度2.成本改性劑加工改性劑:18其它助劑顏色:鈦白用量,型材作為耐老化劑來使用,必須用.硬PVC管的配方中主要是色素，主要是鈦白粉或炭黑，可依管材外觀要求選用。其它助劑顏色:19潤滑劑:管材配方中的潤滑劑用量可以大些,雙螺桿生產(chǎn)中配方的潤滑劑用量比單螺桿擠出機(jī)略大些,穩(wěn)定劑少一些.注意:金屬皂類穩(wěn)定劑的潤滑作用.潤滑劑:管材配方中的潤滑劑用量可以大些,20配方例1上水管材配方:PVCSG-5(無毒)100T-175穩(wěn)定劑1-3Ca/Zi復(fù)合穩(wěn)定劑1-2Caco38-15鈦白1-2石蠟

0.5-1配方例1上水管材配方:21配方例2下水管材配方:PVCSG-5100復(fù)合鉛穩(wěn)定劑3-5Caco310-30鈦白(碳黑)1-2(0.1-0.3)石蠟0.5-1H-st0.5-1CPE4-8拉伸強(qiáng)度Mpa434037拉伸伸長率%80100維卡軟化溫度℃7983落錘沖擊20℃0℃-10℃扁平實(shí)驗(yàn)∨-加熱尺寸變化率-∨彎曲彈性模量-∨配方例2下水管材配方:PVCSG-522配方例3冷彎穿線管材配方:PVCSG-4-5100復(fù)合鉛穩(wěn)定劑3-5Caco320-40鈦白1-2石蠟0.5-1H-st0.5-1CPE4-8增塑劑4-6配方例3冷彎穿線管材配方:23配方例4波紋管材配方:PVCSG-6-8100復(fù)合鉛穩(wěn)定劑3-5Caco310-30鈦白(顏色)1-2(適量)石蠟0.5-1H-st0.5-1CPE4-8ACR1-2配方例4波紋管材配方:24配方例5停車配方:PVCSG-5100復(fù)合鉛穩(wěn)定劑10-15Caco330-50石蠟1-5H-st1-5配方例5停車配方:25二.交聯(lián)聚乙烯管配方設(shè)計(jì)1.交聯(lián)聚乙烯管廣泛用于飲用水、熱水和食品工業(yè)。石油化工工業(yè)中的流體輸送，其特點(diǎn)為：具有良好的強(qiáng)度、耐熱性。耐熱老化性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性、電絕緣性、耐芳烴、抗蠕變等性能。交聯(lián)聚乙烯管一般采用高密度聚乙烯，交聯(lián)的方法可以是物理方法或化學(xué)方法。物理方法是利用高能輻射鉆源或電子加速器射線交聯(lián)?；瘜W(xué)方法是采用化學(xué)引發(fā)劑使聚乙烯大分子之間產(chǎn)生交聯(lián)鍵。聚乙烯原來的線形結(jié)構(gòu)，經(jīng)交聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得性能發(fā)生變化。二.交聯(lián)聚乙烯管配方設(shè)計(jì)1.交聯(lián)聚乙烯管廣泛用于飲用水、熱26硅烷交聯(lián)聚乙烯管工藝。1．硅烷交聯(lián)聚乙烯原理引發(fā)劑在受熱情況下，生成自由基①接觸PE鏈后攝取鏈段上的H，使PE鏈引發(fā)成帶自由基的活性鏈②硅烷交聯(lián)聚乙烯管工藝。1．硅烷交聯(lián)聚乙烯原理27

PE活性鏈與帶活性官能團(tuán)（含不飽和鍵）的硅烷進(jìn)行反應(yīng)，使硅烷中的。鍵打開，按上硅烷生成硅烷接枝PE③PE活性鏈與帶活性官能團(tuán)（含不飽和鍵）的硅烷進(jìn)行反應(yīng)，使硅28接枝后的PE鏈上的硅氧乙基在催化劑作用下快速水解，換出乙醇，并形成硅羥基⑤。硅羥基之間經(jīng)進(jìn)一步結(jié)合，在大分子之間形成三維一O－－Si—O－一鍵而達(dá)到交聯(lián)接枝后的PE鏈上的硅氧乙基在催化劑作用下快速水解，換出乙醇292．硅烷交聯(lián)聚乙烯管生產(chǎn)工藝1）兩步法這種方法是將聚乙烯和硅烷引發(fā)劑在反應(yīng)型混合機(jī)中進(jìn)行接技反應(yīng)，使硅烷接枝到聚乙烯鏈側(cè)端，經(jīng)擠出造粒而制得接枝共聚物A料；再將聚乙烯加入交聯(lián)催化劑及其他助劑混合擠出造粒，制得催化劑母粒B料，在應(yīng)用時(shí)按一定比例混合A、B料擠出成型制品，經(jīng)溫水交聯(lián)后成交聯(lián)聚乙烯管。兩步法工藝流程示意如下：2．硅烷交聯(lián)聚乙烯管生產(chǎn)工藝1）兩步法這種方法是將聚乙烯和30聚氯乙烯及聚烯烴管材的配方課件31（2）一步法一步法是將聚乙烯與硅烷交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑等一起混合，將接技聚合與成型、交聯(lián)各步驟一次完成的生產(chǎn)過程。其工藝流程如:（2）一步法一步法是將聚乙烯與硅烷交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑等一32聚氯乙烯及聚烯烴管材的配方課件33兩方法區(qū)別:兩步法優(yōu)點(diǎn):可以控制較低的溫度接枝,避免交聯(lián)反應(yīng).擠出歷程長,接枝率高.付反應(yīng)小.投入大,成本高一步法優(yōu)點(diǎn):省設(shè)備,省工藝,成本低.專用設(shè)備控制難,接枝率低.付反應(yīng)大兩方法區(qū)別:兩步法優(yōu)點(diǎn):34配方樹脂:高密度聚乙烯以選擇管材專用料為宜，密度約為0．95g／cm3,熔體流動(dòng)速率6—8g／10min。接枝單體:可以是乙烯基三甲基丙烯酰氧基硅烷（VTMS）、乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）或3一甲基丙烯酰酸氧基三甲氧基硅烷（VMMS）。引發(fā)劑:可以是過氧化二異丙苯（DCP）或過氧化苯甲酰（BPO）。配方中還應(yīng)含有催化劑、抗氧劑、流動(dòng)改性劑等。配方樹脂:高密度聚乙烯以選擇管材專用料為宜，密度約為0．9535配方例配方例36注意點(diǎn)(1)引發(fā)劑:過氧化二異丙苯（DCP）過氧化苯甲酰（BPO）交聯(lián)引發(fā)劑的選擇主要考慮有機(jī)過氧化物在樹脂適宜的加工溫度下的半衰期。半衰期是特定溫度下有機(jī)過氧化物分解速率的指標(biāo)，用濃度減少到初始濃度一半的時(shí)間來表示。半衰期隨溫度的升高而減小。注意點(diǎn)(1)引發(fā)劑:過氧化二異丙苯（DCP）37聚氯乙烯及聚烯烴管材的配方課件38（2）有機(jī)過氧化物在一定的溫度條件下發(fā)生熱分解，引發(fā)PE交聯(lián)。（2）有機(jī)過氧化物在一定的溫度條件下發(fā)生熱分解，引發(fā)PE交聯(lián)39（3）擠出溫度擠出機(jī)各段溫度的設(shè)定與樹脂的熔融溫度和接技引發(fā)劑的分解溫度、分解速度有關(guān)，進(jìn)而影響接枝反應(yīng)速率。過氧化二異丙苯（DCP）的分解半衰期與溫度的關(guān)系如圖所示。溫度升高有利于接枝反應(yīng)速率,同時(shí)也加大PE自身的交聯(lián)（3）擠出溫度擠出機(jī)各段溫度的設(shè)定與樹脂的熔融溫度和接技引發(fā)40物料應(yīng)在料筒中的停留時(shí)間當(dāng)選擇的加工溫度不同時(shí)，物料應(yīng)在料筒中有不同的停留時(shí)間，以保證DCP分解，引發(fā)接枝。生產(chǎn)中將物料在擠出機(jī)中的平均停留時(shí)間控制在DCP分解半衰期的5—10倍。物料在擠出機(jī)中的停留時(shí)間是非常重要的工藝操作因素，若停留時(shí)間不足，會(huì)造成最終管材的交聯(lián)度不夠，但若停留時(shí)間過長，會(huì)造成在擠出機(jī)中提早發(fā)生交聯(lián)，使得擠出成型困難，更嚴(yán)重的是管材的性能和使用壽命大大降低。物料應(yīng)在料筒中的停留時(shí)間當(dāng)選擇的加工溫度不同時(shí)，物料應(yīng)在料筒41水解縮合交聯(lián)的溫度及時(shí)間水解縮合交聯(lián)的過程需要適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，交?lián)反應(yīng)需要充足的時(shí)間，管材壁越厚，徹底交聯(lián)的反應(yīng)時(shí)間越長水解縮合交聯(lián)的溫度及時(shí)間水解縮合交聯(lián)的過程需要適當(dāng)?shù)臏囟群?2生產(chǎn)工藝參數(shù)舉例（1）兩步法硅烷交聯(lián)聚乙烯管①接枝A料及含催化劑B料的造粒工藝。造粒選用平行同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿直徑為58mm。料簡各段溫度控制如表,螺桿轉(zhuǎn)速為35r／min生產(chǎn)工藝參數(shù)舉例（1）兩步法硅烷交聯(lián)聚乙烯管43②管材成型采用單螺桿擠出機(jī)成型管材，料筒、機(jī)頭溫度.為190—230℃，螺桿轉(zhuǎn)速30—40r／min冷卻水槽冷卻機(jī)頭為直通式結(jié)構(gòu)，擠出的管坯用真空定型裝置定型，噴淋式②管材成型采用單螺桿擠出機(jī)成型管材，料筒、機(jī)頭溫度.44③交聯(lián)反應(yīng)管材在沸水中浸泡8—10h，完成水解縮合反應(yīng)，成為交聯(lián)管。③交聯(lián)反應(yīng)管材在沸水中浸泡8