[摘要]針對(duì)DN1600大口徑PVC給水管材的生產(chǎn)特性，考察了有機(jī)錫穩(wěn)定劑、沖擊改性劑、納米碳酸鈣的適宜用量，并對(duì)適宜的加工溫度和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了研究，制得的產(chǎn)品達(dá)到GB/T 10002 · 1一2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC一U）管材》和《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料衛(wèi)生安全評(píng)價(jià)規(guī)范》（2001）的要求。
[關(guān)鍵詞] PVC；給水管材；大口徑；加工工藝；流變性能
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隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，城市人口越來(lái)越多，城市供水量急劇增加，從水源地到城市的輸水管道的口徑越來(lái)越大。目前，我國(guó)使用的大口徑輸水管材主要有鋼管（SP）、預(yù)應(yīng)力砼管（PCP）、預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管（PCCP）、玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂加砂管（RPM）、球墨鑄鐵管等[ 1一2 ]。由于這些管材在耐壓能力、衛(wèi)生性、耐腐蝕性、接口方式、施工及管內(nèi)壁粗糙度等方面存在多種問(wèn)題，制約了我國(guó)大口徑輸水管材的應(yīng)用。
塑料管材具有衛(wèi)生性能好、密度小、耐腐蝕、連接可靠、內(nèi)壁光滑、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，小口徑（DN630及以下）給水管材已在我國(guó)獲得廣泛應(yīng)用。對(duì)于大口徑塑料給水管材，從成本和加工性能兩方面來(lái)考慮 ， 較適宜的材質(zhì)為PE和PVCO由于PE的價(jià)格PVC貴得多，且由于大口徑給水管材的壁厚較大，需要采用耐熔垂級(jí)PE材料，其目前國(guó)內(nèi)尚不能大規(guī)模生產(chǎn)，因此pvc更適合用于生產(chǎn)大口徑給水管材[ 3 ]，進(jìn)行大口徑PVC給水管材的研制具有比較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1試驗(yàn)部分
1.1主要原料
PVC一SG5、有機(jī)錫穩(wěn)定劑、增韌劑、加工改性劑ACR、潤(rùn)滑劑、納米碳酸鈣、炭黑、鈦白粉，均為市售。
1.2主要儀器與設(shè)備
高速混合機(jī)，10L一A，張家港市帆源降解塑膠機(jī)械廠(chǎng)；轉(zhuǎn)矩流變儀，RM一200，哈爾濱哈普電氣有限公司；錐形雙螺桿擠出機(jī)，92/ 188，上海金湖擠出設(shè)備有限公司；靜液壓試驗(yàn)機(jī)，JJHBT一11016，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；熱變形溫度、維卡軟化溫度測(cè)定儀,HDT/V一2203，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，XCB一300，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，UTM一1351，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司。
1.3試驗(yàn)配方
PVC樹(shù)脂，100份；有機(jī)錫穩(wěn)定劑，B或c份；碳酸鈣，6份；內(nèi)潤(rùn)滑劑，1份；外潤(rùn)滑劑，1 · 2份；其他助劑，2份。
1·4試驗(yàn)流程
試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。
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圖1試驗(yàn)流程
2.結(jié)果與討論
2·1有機(jī)錫穩(wěn)定劑的用量
大口徑PVC給水管材的成型設(shè)備大，物料在設(shè)備中的停留時(shí)間長(zhǎng)，因此要求物料的熱穩(wěn)定性較好，塑化速率既不能過(guò)快也不能過(guò)慢。有機(jī)錫穩(wěn)定劑的用量（A< B < c）對(duì)PVC物料流變性能的影響如圖 2所示。由圖2可以看出：當(dāng)有機(jī)錫穩(wěn)定劑的用量為份時(shí)，PVC物料塑化速率過(guò)快，穩(wěn)定時(shí)間較短，熔體溫度也不穩(wěn)定；當(dāng)有機(jī)錫穩(wěn)定劑用量為B份時(shí)，PVC物料的塑化速率適中，穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，熔體溫度相對(duì)穩(wěn)定；當(dāng)有機(jī)錫穩(wěn)定劑的用量為c份時(shí)， PVC物料出現(xiàn)不塑化的狀況，說(shuō)明有機(jī)錫穩(wěn)定劑的用量過(guò)多。
圖2 有機(jī)錫穩(wěn)定劑的用量對(duì)PVC物料流變性能的影響?
2 · 2加工工藝
2 · 2 · 1加工溫度
圖3為有機(jī)錫穩(wěn)定劑用量為B份時(shí)，相同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩流變儀溫度對(duì)PVC物料流變性能的影響。
圖3 轉(zhuǎn)矩流變儀溫度對(duì)PVC物料流變性能的影響?
由圖3可知：當(dāng)轉(zhuǎn)矩流變儀溫度為180 ℃時(shí)，雖然PVC物料的穩(wěn)定時(shí)間最長(zhǎng)，但塑化速率過(guò)慢，表明加工溫度偏低；當(dāng)轉(zhuǎn)矩流變儀溫度為185 ℃時(shí)， PVC物料的塑化速率適中，同時(shí)穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，平衡扭矩較低，表明加工溫度適宜；當(dāng)轉(zhuǎn)矩流變儀溫度為190 ℃時(shí)，塑化速率過(guò)快，穩(wěn)定時(shí)間大幅縮短，表明轉(zhuǎn)矩流變儀溫度過(guò)高。
2 · 2 · 2轉(zhuǎn)速
圖4為有機(jī)錫穩(wěn)定劑用量為B份，轉(zhuǎn)矩流變儀溫度為185 ℃時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)PVC物料流變性能的影響。由圖4可知：不同轉(zhuǎn)速下PVC物料的后期流變性能相差不大；當(dāng)轉(zhuǎn)速為35 rimin時(shí), pvc物料具有適中的塑化速率。
?圖4 轉(zhuǎn)速對(duì)PVC物料流變性能的影響
2 · 3沖擊改性劑用量
MBS是甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯的共聚物，由于組分中含有甲基丙烯酸甲酯，因此該材料與PVC的相容性較好[ 4 ]；同時(shí)，丁二烯、苯乙烯可以賦予PVC材料良好的沖擊性能和光澤度。MBS用量對(duì)PVC材料沖擊性能和拉伸性能的影響如圖5、圖7所示。
圖5 MBS用量對(duì)PVC材料沖擊強(qiáng)度的影響
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圖6 MBS用量對(duì)PVC拉伸強(qiáng)度的影響
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圖7 MBS用量對(duì)PVC斷裂伸長(zhǎng)率的影響
由圖5、圖7可以看出：當(dāng)MBS用量為2、4 份時(shí)，PVC材料的沖擊強(qiáng)度變化不明顯；隨著MBS 用量的繼續(xù)增加，PVC材料的沖擊強(qiáng)度明顯提高；當(dāng)MBS用量為12份時(shí)，PVC材料的沖擊強(qiáng)度是純 PVC的22倍，此時(shí)，PVC材料的斷裂伸長(zhǎng)率也大幅提高，是純PVC的7 · 7倍，但拉伸強(qiáng)度略微下降（約14 · 6％）。
2 · 4填料的用量
PVC的塑化是PVC粒子殼層破碎后初級(jí)粒子重新熔合的過(guò)程。納米碳酸鈣加人后，由于納米碳酸鈣與PVC之間的相互作用，必然會(huì)影響到材料的塑化效果。納米碳酸鈣的用量對(duì)PVC物料流變性能的影響見(jiàn)圖8。
圖8納米碳酸鈣的用量對(duì)PVC流變性能的影響
由圖8可以看出：當(dāng)納米碳酸鈣的用量為5、8 份時(shí)，PVC物料的塑化時(shí)間較短，比未加人納米碳酸鈣時(shí)縮短了約200 so這是因?yàn)榧{米碳酸鈣粒子對(duì)提高體系的內(nèi)摩擦具有促進(jìn)作用，使PVC粒子殼層破碎加速，促進(jìn)了PVC塑化[ 5 ]。此外，當(dāng)納米碳酸鈣的用量為8份時(shí)，PVC物料的穩(wěn)定時(shí)間最長(zhǎng)，表明納米碳酸鈣還具有提高熱穩(wěn)定性的作用。
2 · 5擠出工藝
筆者采用錐形雙螺桿擠出機(jī)來(lái)生產(chǎn)大口徑 PVC給水管材，這是因?yàn)殄F形雙螺桿擠出機(jī)的輸送能力強(qiáng)，能壓實(shí)PVC物料，有利于熱傳遞和擠出機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，使物料塑化均勻，凝膠化程度高；此外，筆者還采用了特殊的混合元件，能促進(jìn)物料進(jìn)一步的凝膠化和均化。錐形雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)定非常重要，可按馬鞍型設(shè)置：O擠出機(jī)前段設(shè)定溫度較高，使物料達(dá)到半塑化狀態(tài)，有利于揮發(fā)分變?yōu)闅怏w，抽真空時(shí)物料吸出少；2擠出機(jī)后段設(shè)定溫度較低，可防止物料降解，提高其穩(wěn)定性；．模體部分溫度再逐漸升高，可讓熔體達(dá)到比較合適的凝膠化度，保證管材的綜合性能。
為了縮短PVC物料在擠出機(jī)和模具中的停留時(shí)間，筆者采用了2臺(tái)擠出機(jī)為模具供料的共擠生產(chǎn)工藝，這樣可以大大縮短物料的停留時(shí)間，提高擠出速度，提高生產(chǎn)效率。
2 · 6產(chǎn)品性能
筆者研制的DN1600大口徑PVC給水管材的照片見(jiàn)圖9；經(jīng)國(guó)家建筑材料工業(yè)建筑圍護(hù)材料及管道產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心按GB/T 10002 · 1一2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC (U)管材》檢測(cè)，其物理性能均達(dá)標(biāo)，如表1所示。
圖9 DN1600大口徑PVC給水管材
表1 DN1600大口徑PVC給水管材的物理性能
①4N表示試樣的斜面破壞百分?jǐn)?shù)和斜面圓周方向破壞百分?jǐn)?shù)均在0％、25％；②TIR為真實(shí)沖擊率，即整批產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，沖擊破壞總數(shù)除以沖擊總數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示。
此外，筆者還將該管材送到山東省疾病控制中心對(duì)其衛(wèi)生性能進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明：該管材的衛(wèi)生性能完全符合《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料衛(wèi)生安全評(píng)價(jià)規(guī)范》（2001）對(duì)飲用水輸配設(shè)備的要求。
3.結(jié)語(yǔ)
筆者通過(guò)對(duì)有機(jī)錫穩(wěn)定劑、沖擊改性劑、納米碳酸鈣等用量的優(yōu)化，以及擠出工藝的研究，生產(chǎn)出了 DNI 600大口徑PVC給水管材，其物理性能滿(mǎn)足 GB/T 10002 · 1一2006的要求，衛(wèi)生性能符合《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料衛(wèi)生安全評(píng)價(jià)規(guī)范》（2001）的要求。目前，山東東信塑膠有限公司的 DN1600大口徑PVC給水管材已經(jīng)批量化生產(chǎn)，投人市場(chǎng)后為用戶(hù)遠(yuǎn)距離、大流量輸水提供了更加完善的解決方案，并以其便利的施工方式、高效的輸水效率、優(yōu)異的連接密封性、良好的衛(wèi)生性能得到了用戶(hù)的認(rèn)可。隨著城市建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)和南水北調(diào)的進(jìn)一步實(shí)施，市場(chǎng)對(duì)大口徑PVC管材的需求將越來(lái)越大，對(duì)其的要求也將越來(lái)越高，開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度、高耐壓的大口徑PVC管材將成為筆者下一步的工作方向。
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