本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙軸取向聚氯乙烯管材及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)和科學(xué)的發(fā)展，人們對材料性能的需求日益提高，產(chǎn)品具有性能多樣化、功能化及優(yōu)質(zhì)化也是我們所追求的目標(biāo)。雙軸取向聚氯乙烯PVC-O管材與普通的PVC-U管材比較，PVC-O給水管較PVC-U給水管可減少壁厚35％-40％，大大節(jié)約了材料，降低了成本。PVC-O卓越在結(jié)合了高強(qiáng)度和高韌性，與M管相比，M管雖有了高韌度但強(qiáng)度沒有增加。PVC-O取向加工產(chǎn)生了薄片分層結(jié)構(gòu)，這點(diǎn)是高韌度的關(guān)鍵，如果由于缺陷和點(diǎn)負(fù)載產(chǎn)生了裂紋，分層結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙裂紋在材料中通過，從而減少裂紋擴(kuò)展，被有效的抑制。PVC-O管材還有非常好的抗疲勞損壞性能，特別適用在預(yù)計(jì)有壓力周期變化的場合，讓設(shè)計(jì)者更加放心。同時(shí)PVC-O管有非常好的抗水錘性能，完全能夠承受比額定工作壓力大兩倍的瞬間壓力。而且由于其突出的韌性和強(qiáng)度，管的設(shè)計(jì)應(yīng)力可高達(dá)28和32MPa。

PVC-O作為一種新型管材，具有性能好、成本低、管材質(zhì)量輕、搬運(yùn)和鋪設(shè)容易等優(yōu)點(diǎn)，超強(qiáng)的性能使其可以應(yīng)用到較高的壓力和更惡劣的環(huán)境中。但現(xiàn)有技術(shù)中雙軸取向PVC-O管材的存在著擴(kuò)口階段被雙向拉伸取向的分子重新回復(fù)至原來的無規(guī)則卷曲狀態(tài)、取向結(jié)構(gòu)難以固定，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)度和韌度方面達(dá)不到使用要求的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，對制備管材的原料進(jìn)行合理選擇和預(yù)處理以及制備工藝的改進(jìn)，提供一種取向結(jié)構(gòu)固定，并具有高強(qiáng)度和高韌度的雙軸取向聚氯乙烯管材及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種雙軸取向聚氯乙烯管材，包括如下重量份的原料組分：PVC樹脂80-90份，鈣鋅穩(wěn)定劑4-6份，氯化聚乙烯2-4份，石蠟2-4份，高分子蠟1-3份，輕鈣6-8份，芳砜綸纖維3-5份，甜菜堿3-5份。

優(yōu)選地，所述芳砜綸纖維由纖維長度6-10μm和纖維長度15-32μm兩種長度芳砜綸纖維組成，兩種長度芳砜綸纖維的重量比為4∶3-5。

一種上述雙軸取向聚氯乙烯管材的制備方法，包括以下步驟：

(1)原料預(yù)處理：將上述各組分按比例稱重備用，將PVC樹脂、甜菜堿、石蠟加入到反應(yīng)釜中，加熱溫度為40-45℃，攪拌速度為3000-3500r/min，反應(yīng)時(shí)間為30-40min，然后將物料轉(zhuǎn)移到膠體磨中，保持研磨速度為8000-10000r/min，研磨8-10分鐘，噴霧干燥得顆粒；

(2)混料：將其余各組分與步驟(1)得到的混合物料混合，在90-110℃下用高速混合機(jī)混合12-18分鐘，冷卻至40-50℃，出料，得到預(yù)混料；

(3)擠出管坯：將第(2)步得到的預(yù)混料送入雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為10-15r/min，料筒和機(jī)頭溫度為160-180℃，擠出定型，水冷處理，得到管坯；

(4)初步雙向拉伸：經(jīng)真空定徑套和冷卻噴淋箱冷卻定型，然后經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到指定溫度，并強(qiáng)行塞入第一擴(kuò)展芯模，管材經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體段后被徑向拉伸，同時(shí)經(jīng)后置牽引機(jī)的強(qiáng)力牽引而被軸向拉伸，后經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱驟冷定型，得到完成初步雙軸取向的管材；

(5)二次雙向拉伸：將步驟(4)得到的管材經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到指定溫度，并強(qiáng)行塞入第二擴(kuò)展芯模，后經(jīng)第二擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱驟冷定型，完成管材的雙軸取向成型；

(6)切割、擴(kuò)口成型：將步驟(5)中的管材定長切割，采用擴(kuò)口機(jī)進(jìn)行擴(kuò)口，管材被擴(kuò)口部分的兩個(gè)軸向末端固定，對兩個(gè)固定點(diǎn)之間的管段進(jìn)行加熱，然后借助加熱段內(nèi)部的流體壓力或外側(cè)真空或內(nèi)部模塊進(jìn)行擴(kuò)張，最后進(jìn)行冷卻定型，即得雙軸取向聚氯乙烯管材。

進(jìn)一步地，所述第一擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑與第二擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑比為1∶1.2-1.5。

進(jìn)一步地，步驟(4)和步驟(5)中所述的指定溫度為85-90℃。步驟(4)和步驟(5)中所述的驟冷定型溫度為-4℃～4℃。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

(1)通過甜菜堿和石蠟對PVC樹脂進(jìn)行預(yù)處理，提高了管材的耐老化性能，延長管材的使用壽命；

(2)通過兩步雙向拉伸工藝實(shí)現(xiàn)管材的雙軸取向，以及芳砜綸纖維長度的級配，使管材在擴(kuò)口階段被雙向拉伸取向的分子不會(huì)重新回復(fù)至原來的無規(guī)則卷曲狀態(tài)，使管材中PVC長鏈分子在雙軸向規(guī)整排列，取向結(jié)構(gòu)相對固定，進(jìn)而增加管材的強(qiáng)度、韌性等性能，提高了管材的整體使用性能。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述和說明：

實(shí)施例1

一種雙軸取向聚氯乙烯管材，包括如下重量份的原料組分：PVC樹脂80份，鈣鋅穩(wěn)定劑6份，氯化聚乙烯2份，石蠟4份，高分子蠟1份，輕鈣8份，芳砜綸纖維3份，甜菜堿5份。其中，所述芳砜綸纖維由纖維長度6μm和纖維長度32μm兩種芳砜綸纖維組成，兩種芳砜綸的重量比為4∶3。

該管材的制備方法為：

(1)原料預(yù)處理：將上述各組分按比例稱重備用，將PVC樹脂、甜菜堿、石蠟加入到反應(yīng)釜中，加熱溫度為45℃，攪拌速度為3000r/min，反應(yīng)時(shí)間為40min，然后將物料轉(zhuǎn)移到膠體磨中，保持研磨速度為8000r/min，研磨10分鐘，噴霧干燥得顆粒；

(2)混料：將其余各組分與步驟(1)得到的混合物料混合，在90℃下用高速混合機(jī)混合18分鐘，冷卻至40℃，出料，得到預(yù)混料；

(3)擠出管坯：將第(2)步得到的預(yù)混料送入雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為15r/min，料筒和機(jī)頭溫度為160℃，擠出定型，水冷處理，得到管坯；

(4)初步雙向拉伸：經(jīng)真空定徑套和冷卻噴淋箱冷卻定型，然后經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到90℃，并強(qiáng)行塞入第一擴(kuò)展芯模，管材經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體段后被徑向拉伸，同時(shí)經(jīng)后置牽引機(jī)的強(qiáng)力牽引而被軸向拉伸，后經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱，在-4℃驟冷定型，得到完成初步雙軸取向的管材；

(5)二次雙向拉伸：將步驟(4)得到的管材經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到85℃，并強(qiáng)行塞入第二擴(kuò)展芯模，后經(jīng)第二擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱，在4℃驟冷定型，完成管材的雙軸取向成型；其中，第一擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑與第二擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑比為1∶1.2；

(6)切割、擴(kuò)口成型：將步驟(5)中的管材定長切割，采用擴(kuò)口機(jī)進(jìn)行擴(kuò)口，管材被擴(kuò)口部分的兩個(gè)軸向末端固定，對兩個(gè)固定點(diǎn)之間的管段進(jìn)行加熱，然后借助加熱段內(nèi)部的流體壓力或外側(cè)真空或內(nèi)部模塊進(jìn)行擴(kuò)張，最后進(jìn)行冷卻定型，即得雙軸取向聚氯乙烯管材。

實(shí)施例2

一種雙軸取向聚氯乙烯管材，包括如下重量份的原料組分：PVC樹脂90份，鈣鋅穩(wěn)定劑4份，氯化聚乙烯4份，石蠟2份，高分子蠟3份，輕鈣6份，芳砜綸纖維5份，甜菜堿3份。其中，所述芳砜綸纖維由纖維長度10μm和纖維長度15μm兩種芳砜綸纖維組成，兩種芳砜綸的重量比為4∶5。

該管材的制備方法為：

(1)原料預(yù)處理：將上述各組分按比例稱重備用，將PVC樹脂、甜菜堿、石蠟加入到反應(yīng)釜中，加熱溫度為40℃，攪拌速度為3500r/min，反應(yīng)時(shí)間為30min，然后將物料轉(zhuǎn)移到膠體磨中，保持研磨速度為10000r/min，研磨8分鐘，噴霧干燥得顆粒；

(2)混料：將其余各組分與步驟(1)得到的混合物料混合，在110℃下用高速混合機(jī)混合12分鐘，冷卻至50℃，出料，得到預(yù)混料；

(3)擠出管坯：將第(2)步得到的預(yù)混料送入雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為10r/min，料筒和機(jī)頭溫度為180℃，擠出定型，水冷處理，得到管坯；

(4)初步雙向拉伸：經(jīng)真空定徑套和冷卻噴淋箱冷卻定型，然后經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到85℃，并強(qiáng)行塞入第一擴(kuò)展芯模，管材經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體段后被徑向拉伸，同時(shí)經(jīng)后置牽引機(jī)的強(qiáng)力牽引而被軸向拉伸，后經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱，在4℃驟冷定型，得到完成初步雙軸取向的管材；

(5)二次雙向拉伸：將步驟(4)得到的管材經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到90℃，并強(qiáng)行塞入第二擴(kuò)展芯模，后經(jīng)第二擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱，在-4℃驟冷定型，完成管材的雙軸取向成型；其中，第一擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑與第二擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑比為1∶1.5；

(6)切割、擴(kuò)口成型：將步驟(5)中的管材定長切割，采用擴(kuò)口機(jī)進(jìn)行擴(kuò)口，管材被擴(kuò)口部分的兩個(gè)軸向末端固定，對兩個(gè)固定點(diǎn)之間的管段進(jìn)行加熱，然后借助加熱段內(nèi)部的流體壓力或外側(cè)真空或內(nèi)部模塊進(jìn)行擴(kuò)張，最后進(jìn)行冷卻定型，即得雙軸取向聚氯乙烯管材。

實(shí)施例3

一種雙軸取向聚氯乙烯管材，包括如下重量份的原料組分：PVC樹脂85份，鈣鋅穩(wěn)定劑5份，氯化聚乙烯3份，石蠟3份，高分子蠟2份，輕鈣7份，芳砜綸纖維4份，甜菜堿4份。其中，所述芳砜綸纖維由纖維長度8μm和纖維長度23μm兩種芳砜綸纖維組成，兩種芳砜綸的重量比為1∶1。

該管材的制備方法為：

(1)原料預(yù)處理：將上述各組分按比例稱重備用，將PVC樹脂、甜菜堿、石蠟加入到反應(yīng)釜中，加熱溫度為43℃，攪拌速度為3200r/min，反應(yīng)時(shí)間為35min，然后將物料轉(zhuǎn)移到膠體磨中，保持研磨速度為9000r/min，研磨9分鐘，噴霧干燥得顆粒；

(2)混料：將其余各組分與步驟(1)得到的混合物料混合，在100℃下用高速混合機(jī)混合15分鐘，冷卻至45℃，出料，得到預(yù)混料；

(3)擠出管坯：將第(2)步得到的預(yù)混料送入雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為12r/min，料筒和機(jī)頭溫度為170℃，擠出定型，水冷處理，得到管坯；

(4)初步雙向拉伸：經(jīng)真空定徑套和冷卻噴淋箱冷卻定型，然后經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到87℃，并強(qiáng)行塞入第一擴(kuò)展芯模，管材經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體段后被徑向拉伸，同時(shí)經(jīng)后置牽引機(jī)的強(qiáng)力牽引而被軸向拉伸，后經(jīng)擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱，在2℃驟冷定型，得到完成初步雙軸取向的管材；

(5)二次雙向拉伸：將步驟(4)得到的管材經(jīng)前置牽引裝置進(jìn)入加熱區(qū)加熱到88℃，并強(qiáng)行塞入第二擴(kuò)展芯模，后經(jīng)第二擴(kuò)展芯模圓錐體連續(xù)的平直圓柱，在0℃驟冷定型，完成管材的雙軸取向成型；其中，第一擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑與第二擴(kuò)展芯模的平直圓柱的直徑比為1∶1.3；

(6)切割、擴(kuò)口成型：將步驟(5)中的管材定長切割，采用擴(kuò)口機(jī)進(jìn)行擴(kuò)口，管材被擴(kuò)口部分的兩個(gè)軸向末端固定，對兩個(gè)固定點(diǎn)之間的管段進(jìn)行加熱，然后借助加熱段內(nèi)部的流體壓力或外側(cè)真空或內(nèi)部模塊進(jìn)行擴(kuò)張，最后進(jìn)行冷卻定型，即得雙軸取向聚氯乙烯管材。

對比例1

一種雙軸取向聚氯乙烯管材，所用原料和制備方法同實(shí)施例3，區(qū)別在于芳砜綸纖維不經(jīng)過級配，為普通商購芳砜綸纖維。

對比例2

一種雙軸取向聚氯乙烯管材，所用原料同實(shí)施例3，區(qū)別在于制備方法采用一次雙向拉伸工藝，其它步驟同實(shí)施例3。

對比例3

一種雙軸取向聚氯乙烯管材，所用原料同實(shí)施例3，區(qū)別在于制備管材時(shí)，不經(jīng)過原料預(yù)處理步驟，直接將原料混合，噴霧干燥得到預(yù)混料，其它步驟同實(shí)施例3。

上述實(shí)施例中沒有特別說明的，所用原料或設(shè)備都是本領(lǐng)域的常規(guī)材料或設(shè)備。以下是實(shí)施例1-3和對比例1-3中所制備管材的主要性能指標(biāo)檢測結(jié)果：

測試方法：

表1中拉伸性能按GB/T1040-1992測試，真實(shí)沖擊率按GB/T 14152-2001測試。

表1雙軸取向聚氯乙烯管材的主要性能指標(biāo)檢測結(jié)果

從上述測試結(jié)果中可以看出，與通過芳砜綸纖維的級配、PVC樹脂的預(yù)處理、以及二次拉伸成型工藝，本發(fā)明提供的雙軸取向聚氯乙烯管材的耐候性、強(qiáng)度和韌性等性能。實(shí)施例1-實(shí)施例3的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和真實(shí)沖擊率均比普通對比例管材高，其力學(xué)性能更好，特別是產(chǎn)品的延展性更高，脆性得到控制，機(jī)械物理性能更好，其中，實(shí)施例3的力學(xué)性能最優(yōu)。