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1、.PVC-OPVC-O 管材的生产和它的优缺点管材的生产和它的优缺点傅松平傅松平随着社会的发展以及城镇化步伐的加快,给水,排水,排污,以及天然气输送等都需要应用大量管材。这给管道行业提供了一个很好的机遇。由于我国生产的PVC 是以煤化、电石为原料反应聚合而成。这使得聚氯乙烯产品有着很强的竞争优势。在相同条件下,从制造成本上考虑,生产聚氯乙烯管材的成本最低。价格优势最为明显。PVC 也有着很好化学性能物理机械性能,在相同的壁厚条件下其制品的强度要比 PE、PP 塑料的强度要好的多 PVC 排水管除外。同样在壁厚条件下 PVC 的承压强度要比 PE 和 PP-R 也要高出很多。它的阻燃性也是它的优
2、势之一。一、高分子材料的拉伸取向机理和温度控制区间一、高分子材料的拉伸取向机理和温度控制区间高分子聚合物有个特性,就是在外力的作用下对产品进行拉伸时,分子能够有序的重新规整和排列,并可以明显地提高它的物理性能,如：拉伸强度、落锤冲击强度和承压能力。高分子材料制品的拉伸取向会给产品带来优良的性能,双轴取向聚氯乙烯管材就是通过双向拉伸工艺生产的管材,这一加工工艺是采用高分子物理原理,拉1 / 10.伸取向机理的方法完成的,对 PVC 管材进行纵向拉伸和横向拉伸扩张,使管材中的 PVC 分子在外力的作用下重新有序的排列,使 PVC 分子能够均一的承受一定的力,从而形成合力,使强度、韧性、抗冲击性和抗
3、疲劳性得到加强 ,避免了分子单一受力的现象。 PVCO 管材就是通过这一原理生产而成的,由于 PVC-O 管的产品性能要优于 PVC-U 管材,所以扩大了它的使用范围,具有明显的经济效益和社会效益。高分子材料的拉伸取向过程是在 Tg 与 Tf 之间,一般是在高弹态区间的温度条件下,温度控制在 80160之间,对管材进行拉伸和扩张,使高分子材料在外力的作用下分子从无序排列到有序排列的过程。由图可知高分子材料有三种物理状态,即： 玻璃态、 高弹态和黏流态,其转变温度分别为： Tg=80、Tf=160、Td=200,根据配方中稳定体系、稳定剂用量与搭配,分解温度有所提高或降低,所以从理论上讲成型硬质
4、 PVC 管材时机筒各段温度的控制应有所不同,为获得高质量、高产量,各段温度需反复调节,准确控制。在拉伸过程中,由于高分子实现了有序的排列、 PVCO 管材的高分子沿分子取向力的方向,强度得到了极大提高,而垂直于拉伸方向的强度大大减小。也就是说材料通过拉伸取向,将垂直于拉伸方向的强度,通过外力的拉伸取向,移动到了沿分子取向方向的强度上去了。 双轴拉伸取向的优点,就是通过纵向拉伸和横向拉伸,将卷曲的分子链拉2 / 10.直并沿拉伸力的方向排列。适当增加拉伸比率,则分子取向程度加大,材料的强度也同时加大。但不能过分加大拉伸比率,拉伸比太大会导致高分子材料的破坏,将高分子材料的分子链被拉断,管材局部
5、会出现白化现象,壁厚减小,此时应力会阶梯式的下降,高分子材料已受到了永久的破坏。如果在拉伸过程中物料温度控制过高,在黏流态 160200时,拉伸速度又过低,冷却太慢,分子链在拉伸的过程中会产生松弛现象,即在拉伸的过程中分子链产生蠕动,由于温度过高 PVC 分子有足够的时间和能力,使分子逐渐回复至原来的卷曲状态,使取向程度降低。拉伸没有起到相应的效果,因此要获得较为理想的拉伸取向,应当制定合理的拉伸温度、拉伸速率、一定的冷却时间。及时的将拉伸后的管材温度降到其玻璃化温度以下。使高分子链及时的冷却定型。在拉伸过程中温度控制过低,在玻璃态 Tg80,分子链处于冻结状态,在这个温度条件下进行拉伸,会造
6、成材料受强迫拉伸而破坏了它原有的应力。拉伸的不均匀现象增加。机械受力严重。在拉伸过程中温度最好控制在高弹态Tf=120-160左右,因为在此时PVC的温度高于玻璃态区间,有利于拉伸和扩张。但温度又低于黏流态区间,PVC 分子相对固定,不会产生分子间的蠕变和移动,PVC 分子没有足够的时间和能力回复至原来的卷曲状态,物料也不会产生局部过热现象,在此区间拉伸和扩张较为理想。3 / 10.二、二、PVC-OPVC-O 管材的生产加工方法管材的生产加工方法PVC-O 管材的生产分为一步法和二步法。二步法分为布袋法和高压水扩张法。1、PVCO 管一步法生产流程图示意流程图在一步法生产中,当管胚从挤出机中
7、挤出时,在管胚中有二个固定的橡胶塞,分为一级和二级,二级塞为可膨胀塞。并且在一、二级管胚中的型体内要能够充入一定量的气压。一级橡胶塞和二级可膨胀橡胶塞相互用钢丝绳牵引连接,难点就是要控制好二次加热温度和加热时间,并且与主机挤出速度和温度之间的工艺配合。 它的主要流程生产4 / 10.工艺为,先拉伸、后扩张。在一步法生产PVCO管时,当管胚从挤出机中挤出时,只要适当的调节牵引速度就可以实现管材的拉伸取向,但这种拉伸太大时就破坏了环向取向应力,当在对管材进行扩张时就会出现管材破裂的现象。2、二步法生产流程图示意流程图利用布管法对管材进行扩张,先将布管引入在预热好的管坯内,经牵引,通过充气装置向布管
8、内通入一定压力的气体布管被快速并充分胀开,外面的管坯同时受内压被扩胀,冷却后就得到拉伸取向管。二步法也称为离线工艺法,就是将生产好的 PVCO 管胚料进行二次加热、扩张、拉伸。此种生产方法生产速度很慢效率很低,废品率较高。它的主要生产流程工艺为,先扩张、同时拉伸。二步法生产 PVCO 管材生产效率比较低,管胚加热装置及加热的均匀度很难控制。在膨胀过程中壁厚的均匀程度及公差也很难控制。废品率较高。生产出的PVCO 管材其取向度很难保证。 PVCO 管在生产中如若只扩张,不拉伸,或者只拉伸,不扩张,只能算是扩张管或拉伸管材,这种生产的管材根本达不到应有的标准,只会给以后的安装和使用留下很多的隐患。
9、 PVCO 管它不仅要有纵向的取向度,还有横向的取向度。取向度是衡量 PVC-O 管材的一个特定的标准。当高分材料在拉伸时,高分子才会呈现出大分子链沿着作用力方5 / 10.向有序的排列。从而使得高分子材料在力的取向方向上获得较高的力学强度性能。三、三、PVCPVCO O 管材的优点和缺点管材的优点和缺点现在生产 PVC 管材的厂家都在开发研究PVCO 管材,认为这是代表了一个厂的实力和技术水平,其实 PVCO 管也有很多缺点和不足,但是很多报道只说好的一方面,实质性的问题很多消费者都无从知晓。希望厂家在生产和研究过程中能加以克服。由于 PVC 的多功能性和配方的多变性,而 PVC-O 作为一
10、种新型管材,具备了以上有的特点,它的拉伸强度、抗冲击性、抗疲劳性,综合性能强,运输、安装、维护、维修方便,铺设容易等优点,超强的性能使其可以应用到较高的压力和更恶劣的环境之中。 PVCO 管材在没有扩张和拉伸前,高分子物呈杂乱无序化状态,如图 1：未取向示意图所示,当对 PVCO 管进行加热并施加以外力,将其拉伸,高分子材料通过力的取向、将卷曲的分子链拉直并沿拉伸的方向排列、形成统一合力的方向。适当增加拉伸,则分子取向程度加大,材料的强度也同时加大,它能够极大的提高拉伸强度、提高抗冲击性能和抗疲劳性能。如若 PVC-O 管在生产中首先扩张,然后再进行拉伸。高分子会向着环方向扩张的方向,如图2：
11、扩张取向示意6 / 10.图,高分子就会沿着环方向的应力取向 ,使 PVC-O 管材的承压能力增强,可有效的提高抗冲击性、抗疲劳性。所以PVC-O 管材的扩张倍率是一个十分重要的参数。但扩张倍率、拉伸倍率过高,会带来材料柔性变差,拉伸倍率和扩张倍率越大,管材的刚性则越强。耐压强度越大,管材的性能会逐渐由韧性变为脆性。断裂伸长率会逐渐变小,拉伸强度会逐渐加强。PVC-O 管材在成型过程中很容易进行单向拉伸,即轴向拉伸取向,只要增加管材牵引和挤出的速比即可实现这种取向。但这种轴向拉伸取向对管材的综合性能来讲是毫无意义的,有时还会起到反作用,因为它虽然通过拉伸取向增强了管材轴向取向的强度,但却降低了
12、管材径向的分子力的强度,这对于塑料管材,尤其是给水管材来说,是十分有害的,因为它会大大降低管材的液压强度。这只是一种拉伸管材,这种管材在轴向的强度很好,但在环方向强7 / 10.度却不是太好。当它在受力或承压时容易产生爆管。 如图 4：只拉伸未扩张示意图8 / 10.我们要求的 PVCO 管材,即要有在拉伸方向的分子取向,又要有扩张方向的分子取向,这样会使高分子沿着轴向有着一定的分子排向,又有着环方向排列的分子取向, 如图 3：扩张后拉伸取向示意图这样的管材即有拉伸强度,又有扩张强度,使管材的承压能力得到极大的增强。四、高分子材料的应力松弛功能即回复记意功能四、高分子材料的应力松弛功能即回复记
13、意功能高分子材料有应力取向性,相反的它也有应力松弛性 即高分子材料的应力回复记意功能,当已生产好的 PVCO管材处于一定温度的时候,由于大分子链内摩擦力较小,较容易自由运动,当受到一定应力产生形变后,很快就松弛掉了。那么PVCO 管材的内应力就会随着时间的增加而逐渐减少。管材的强度、承压能力也会随着下降,管材的外径和长度也会随之产生形变,因为这是高分子材料无法改变的一个特性。所以生产 PVCO 管材应严把质量关,因为任何产品都有使用区间,PVC-O 主要应用在给水管道、 矿山管道、 非开挖铺设和修复用管道、燃气管网等领域。饮水管网中PVC-O 的应用在逐步扩大,成为 PVC-U 的替代品。但
14、PVCO 管不能用于热源管道,不能在户外存放和户外使用。它不能在日光下暴晒,不能离热源太近的地方使用。因为这是它的分子结构和分子性能决定的。这也是它的一大缺点。温度的升高会使PVCO 管材产生蠕变,高分子材料回复原有记意功能,产生形变。9 / 10.但在生产 PVC-O 的时,我要在此反复提醒要慎重、要稳妥。如果没有严密的生产标准和完善的工艺生产检测手段,盲目草率地生产所谓的 PVC-O 管,可能给用户、给社会带来重大损害,同时给生产企业造成重大损失。PVCO 管材并非是完美无暇,十分完善的一种管材。也并非是所有生产 PVC 的厂家都可以生产 PVCO 管材。由于 PVCO 管材的生产工艺和生产过程都存在着很多有待完善的过程 ,在生产过程中,合格率太低,造成生产成本较高,管材壁厚难以控制。拉伸倍率和扩张倍率要求较高。二次扩张和拉伸中管材预热均匀性的问题和扩张时偏心造成壁厚误差的问题,都需要认真的解决,所以在生产和研发过程中要慎重。在高分子这个大家庭中,综合性能指标能够达到 PVCO 管材的生产材料有很多。在不增加生产设备的情况下,其生产工艺和生产方法比生产 PVCO 管材要简单、方便、快捷的多,这种管材就是高强度 PVC-SG3型管材。付松平2015/7/2010 / 10
