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1、UPVC耐热水管配方设计学号：2010231391 姓名：沈宁（新疆工程学院 乌鲁木齐 830091） 摘要：本设计主要介绍了硬PVC管材的配方设计，较详细地说管材明了硬PVC管材的配方设计、挤出生产工艺流程及参数的确定和管材加工条件等方面。充分了解了PVC的性能特点，对助剂，挤出机，机头等型号进行了明确的选择。本次设计的特点是从PVC挤出机工艺生产过程和探讨耐热性质出发。关键词：UPVC，管材，挤出，配方，耐热 引言 PVC塑料是一种多组分塑料，根据不同的用途可加入不同添加剂，因组分同，PVC制品呈现不同的物理力学性能，针对不同场合应用。而PVC塑料管在塑料管中所占的比例较大。 PVC管材分
2、硬软两种，UPVC管是将PVC树脂与稳定剂、润滑剂等助剂混合，经造粒后挤出机成型制得，也可采用粉料一次挤出成型。UPVC管耐化学腐蚀性与绝缘性好，主要输送各种流体，以及用作电线套管等。UPVC管易切割、焊接、粘接、加热可弯曲，因此安装使用非常方便。SPVC管是由PVC树脂加入较大量增塑剂和一定量稳定剂，以及其他助剂，经造粒后挤出成型制造。SPVC管材具有优良的化学稳定性，卓越的电绝缘性和良好的柔软性和着色性，此种管常用来代替橡胶管，用以输送液体及腐蚀性介质，也用作电缆套管及电线绝缘管等。一 UPVC（1）原料选择及配方 硬管生产中树脂应选用聚合度较低的SG-5型树脂，聚合度愈高，其物理力学性能
3、及耐热性愈好，但树脂流动性差，给加工带来一定困难，所以一般选用黏度为（1.71.8）10-3 Pas的SG-5型树脂为宜。硬管一般采用铅系稳定剂，其热稳定性好，常用三盐基性铅，但它本身润滑性较差，通常和润滑性好的铅、钡皂类并用。加工硬管，润滑剂的选择和使用很重要，既要考虑内润滑降低分子间作用力，使熔体黏度下降有利成型，又要考虑外润滑，防止熔体与炽热的金属粘连，使制品表面光亮。内润滑一般用金属皂类，外润滑用低熔点蜡。填充剂主要用碳酸钙和钡（重晶石粉），碳酸钙使管材表面性能好，钡可改善成型性，使管材易定型，两者可降低成本，但用量过多会影响管材性能，压力管和耐腐蚀管最好不加或少加填充剂。（2）工艺流
4、程 UPVC管的成型使用SG-5型PVC树脂，并加入稳定剂、润滑剂、填充剂、颜料等，这些原料经适当的处理后按配方进行捏合，若挤管采用单螺杆挤出机，还应将捏合后的粉料造成粒，再挤出成型：若采用双螺杆挤出机，可直接用粉料成型，UPVC管材工艺流程如图1所示。高速混合低速混合PVC树脂成品切割牵引挤出PVC 树脂 助剂冷却定型 助剂、 另外，在生产中可与上述所示流程不同，即采取粉料直接挤出管材而不进行造粒，但应注意两点：其一，粉料直接挤出成型最好采用双螺杆挤出机，因粉料与粒料相比，少了一次混合剪切塑化工序，故采用双螺杆挤出机可加强剪切塑化，达到预期效果；其二，因粒料比粉料密实，受热及热的传导不良，故
5、粉料的加工温度可比相应粒料的加工温度低10 oC左右为宜。（3）工艺条件及控制 在生产过程中，由于PVC是热敏性材料，即使加入热稳定剂也只能是提高分解温度，延长稳定时间而不可能不出现分解，这就要求PVC的成型加工温度应严格控制。特别是UPVC，因其加工温度与分解温度很接近，往往因为温度控制不当造成分解现象。因此，挤出温度应根据配方、挤出机特性、机头结构、螺杆转速、测温点位置、测温仪器的误差及测温点深度等因素确定。（4）温度控制温度是影响塑化质量和产品质量的重要因素。温度过低，塑化不良，管材外观和力学性能较差，经分流器支架后，熔接痕明显或熔接处强度低。由于PVC热稳定性较差，温度过高会发生分解，
6、产生变色、焦烧，使操作无法进行。具体温度应根据原料配方，挤出机及机头结构，螺杆转速的操作等综合条件加以确定。（5）螺杆冷却 由于UPVC熔体黏度大，流动性差，为防止螺杆因摩擦热过大而升温，引起螺杆黏料分解或使管材内壁毛糙，必须降低螺杆温度，这样可使物料塑化好，管内表面光亮，提高管材内外质量。螺杆温度一般控制在80100 oC之间，若温度过低反压力增加，产量下降，甚至会发生物料挤不出来而损坏螺杆轴承的事故。因此，螺杆冷却应控制出水温度不低于7080 oC。冷却方法是在螺杆内部用通铜管的方法进行水冷却。（6）螺杆转速 螺杆转速的快慢关系到管材的质量和产量。螺杆转速的调节根据挤出机规格和管材规格决定
7、。原则上，大机器挤小管，转速较低：小机器挤大管，转速较高。一般45单螺杆挤出机，螺杆转速为2040 r/min，90单螺杆挤出机，螺杆转速为1020 r/min；双螺杆挤出机1530 r/min。提高螺杆转速虽可一定期程序上提高产量，若过高地追求产量，不改变物料和螺杆结构的情况下，会引起物料塑化不良，管壁粗糙，管材强度下降。所以，生产中螺杆转速的调整，一定要综合各项因素来考虑。(7) 压缩空气 管坯被挤出口模时，温度还很高。为了使管材获得较低的粗糙度、正确的尺寸和几何形状，所以，管坯离开口模时必须立即定径和冷却。UPVC管材一般均采用内压外定径的方法，管内通压缩空气使管材外表面紧贴定径套内壁定
8、型并保持一定圆度，一般压缩空气压力范围在0.020.05Mpa，压力要求稳定，可设置一贮气缸使压缩空气压力稳定。压力过小，管材不圆，压力过大，一是气塞易损坏造成漏气，二是易冷却芯模，影响管材质量，压力忽大忽小，管材形成竹节状。若采用真空法定径，其真空度约为0.0350.070 Mpa。(8) 牵引管材速率 牵引速率直接影响管材生产的产量，同时影响管材壁厚，牵引速率不稳定会使管径出现忽大忽小的现象。牵引速度应与管材的挤出速率密切配合。正常生产时，牵引速率应比挤出线速度稍快1%5%。牵引速率愈慢，管壁愈厚，牵引速率愈快，管壁愈薄，还会使管材纵向收缩率增加，内应力增大，从而影响管材尺寸、合格率及使用
9、效果。生产中调节牵引速率可用以下简单方法，将挤出的管材放于牵引履带内，但履带不夹紧管材，观察履带与管材线速率差，若牵引速率比挤出速率慢，应调节加快到壁厚符合要求为止。261 硬聚氯乙烯耐热水管的配方设计1.1 聚氯乙烯树脂 聚氯乙烯树脂是世界上五大通用合成树脂之一，他可以通过不同的配方和各种加工方法制成一系列从软到硬、性能各异的聚氯乙烯树脂制品，且具有良好的物理、化学、力学和电绝缘性能。由于聚氯乙烯树脂的原料来源广泛，成本低，生产技术成熟，用途广泛，所以发展极为迅速。聚氯乙烯树脂是有氯乙烯单体（VCM）聚合而成的一种热塑性高分子化合物。由石油裂解制得的乙烯经氯化后生成二氯乙烷，然后在加压条件下
10、将其加热裂解，脱去氯化氢后得以氯乙烯。副产品氯化氢可与乙炔反应又制的氯乙烯。在氯乙烯单体中不加、任何介质，只加引发剂引起的直接聚合。此法生产的聚氯乙烯树脂纯度较高，质量较优，其构型规整、孔隙率高而均匀、粒度均一，用时加工性能良好，热稳定性和透明度也较好。由于聚合中不用介质，反应热的倒出和控制较为困难，生成的树脂相对分子量分布要宽些。 1.2 助剂及其作用 助剂是在聚氯乙烯树脂中的各种物料的总称。加入各种助剂的目的是：改善加工性能；提高制品的力学、物理、光、热、电等性能；降低制品的成本。加入的助剂要与树脂的相容性好，助剂就分布均匀，所起的作用就可持久。但必须是对树脂的分子结构无明显影响的物质。加
11、工聚氯乙烯制品需加入助剂的种类，按其功能大致可分为：稳定剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、填充剂、阻燃剂、抗静电剂、防霉剂和紫外线吸收剂等。1.2.1 稳定剂 由于PVC树脂分子结构的热不稳定性，所以在加工过程中产生着降解作用，释放出HCl气体，随着降解程度的加剧，PVC树脂由白色淡黄色黄色橘黄色橘红色棕色黑色。从变黄开始伴有刺鼻的HCl酸味。提高PVC热稳定性可以从两方面入手，一是改进树脂的合成工艺，通过与其它分子共聚改性来减少聚合物分子中的不稳定原子，增加其内在的热稳定性。二是添加适当的热稳定剂。稳定剂应具有的功能:能置换聚氯乙烯分子链上的不稳定氧原子，抑制脱氯化氢反应；能与氯化氢作用并迅速转化
12、成氯化物的形式固着在分子链段。通过多种化学反应阻止聚氯乙烯分子不饱和链的继续生成，抑制聚氯乙烯树脂降解变色。稳定剂本身及其吸收氯化氢后形成的氯化物不影响聚氯乙烯树脂的加工性能及制品的基本物理、力学、电气性能。与聚氯乙烯树脂有良好的相容性，与其他助剂不发生化学反应。无色、无嗅、无毒、廉价、用量少，不改变聚氯乙烯树脂的基本物理性能。1.2.2 稳定剂的选用 钙锌稳定剂的稳定作用较强，有抑制制品早期着色作用，且价格低廉，故应用广泛。在聚氯乙烯硬质品中钙锌稳定剂有以下优点：有长期热稳定剂作用能提高物料的外润滑性。稳定剂与润滑剂配比合理时，可是加工温度范围变宽。不会降低热变形温度1.2.3 填充剂 填充
13、剂又称为填料。是一种能赋予塑料某些优良性能，而不影响其质量，并能降低塑料成本的一种助剂。填充剂的作用： 提高制品的硬度和耐磨性。 提高制品的的热变形温度，降低它的成型收缩率和挤出胀大效应。 改变制品的导电及导热性能。 提高制品热稳定性和耐候性。 降低制品的成本。填料的作用是降低成本。管材配方中填料用量比型材大,应尽量采用超细活性填料(价格较高) ,但用量过大仍会造成抗冲击性和耐压性下降,所以,在化工用管和给水管中,填料用量小于10 份为宜。排水管、冷弯穿线套管中填料用。量可多些,同时增加CPE 的用量来改善冲击性能。对管材性能要求较低的管材和落雨管, 填料用量可大些,但是对双螺杆挤出机磨损较严
14、重。1.2.4 润滑剂 聚氯乙烯树脂在加工过程中，由于导热性能差，会在加工机械的高温表面上，产生粘附现象，导致加工设备载荷增加及熔体缺陷和熔体破裂；另外在树脂内部分子间相互摩擦产生过热会导致PVC树脂分解。为防止上述倾向，降低PVC树脂混合熔体温度和降低摩擦热，保持PVC制品表面光滑，减少加工能耗，提高加工速度，需要加入的一种助剂为润滑剂。润滑剂的选择:PE蜡即相对分子质量为15005000的PE，部分氧化的的低相对分子质量PE称为氧化PE蜡，可作为PVC等的润滑剂，用途广泛。比其他烃类润滑剂的内润滑作用强，适用于挤出和压延成型，能提高加工效率，防止薄膜等黏结，有利于填料或颜料在聚合物基质中的
15、分散。与PE蜡性能相近的还有PP蜡;石蜡主要成分为直链烷烃，含少量支链，广泛用作各种塑料的润滑剂和脱模剂。外润滑作用强，能是制品表面具有光泽。缺点与PVC的相容性差，热稳定性低，易影响制品的透明度。1.2.5 着色剂 使塑料着色的助剂为着色剂。聚氯乙烯片材中常用的着色剂是颜料。着色剂不仅可以美化塑料制品的外观，而且兼有抗氧、耐热耐光和稳定作用。PVC制品用着色剂的一般要求:具有良好的耐热性（达到180）；容易均匀分散PVC在树脂中，但不影响树脂的性质；有较好的气候适应性；不具有迁移和渗出的缺点；抗药性良好，不被溶剂所萃取；无毒、无味、不影响涂装印刷；粒度细，具有较好的着色力；加工性能好，价格低廉。1.2.6 增塑剂1.2.6 增塑剂 通常是一类对热和化学试剂都很稳定的有机物，大多是挥发性的液体，少数是熔点低的固体，而且至少在一定的范围内能与聚合物相容（混
