大口径无压埋地排水排污PVC-U管材的研制.pdf

12【加工与应用Aug.20232023年8 月Polyvinyl ChlorideVol.51,No.8第51卷第8 期聚氯乙烯大口径无压埋地排水排污PVC-U管材的研制胡亮亮1*，黄剑锋，孙华丽（1.公元管道（安徽）有限公司，安徽广德2 42 2 0 0；2.公元股份有限公司，浙江台州318 0 2 0）【关键词】PVC-U；大口径管材；排水管材；排污管材；配方设计；加工工艺【摘要】从配方设计、加工工艺、产品性能、管材连接等方面阐述了大直径无压埋地排水污水PVC-U管材的研制。中图分类号TQ325.3文献标志码 B文章编号10 0 9-7 937（2 0 2 3)0 8-0 0 12-0 4Development of large-diameter pressureless PVC-U pipesfor underground drainage and sewage dischargeHU Liangliang,HUANG Jianfeng,SUN Huali?(1.ERA Piping（A n h u i）C o.,Lt d.,G u a n g d e 2 42 2 0 0,C h i n a;2.ERACo.,Ltd.，T a iz h o u 318 0 2 0,C h in a)Key words:PVC-U;large-diameter pipes;drainage pipes;sewage discharge pipes;formuladesign;processing technologyAbstract:The development of large-diameter pressureless PVC-U pipes for underground drainageand sewage discharge was elaborated from the aspects of formula design,processing technology,productperformance,and pipe connection.随着我国城市化进程的稳步推进，海绵城市建设以及地下管廊的升级改造，以及城镇化率和人口集中越来越大，生活辅助的排水排污领域所需的管道资源急剧增加。塑料管道具有质轻、耐腐蚀、连接可靠、内壁光滑、施工方便等优点，小口径管道在我国已经应用广泛而成熟，大口径管道从成本和加工难易程度考虑，较适宜的材质一般主要以PE和PVC为主1。由于PE的价格比PVC价格高很多，且弯曲模量也较低，同等环刚度等级下壁厚要厚很多，且随着口径的增大，PE材质对抗熔垂要求更高，不具备成本优势，因此开发大口径无压埋地排水排污PVC-U管材具有比较明显的社会效益和经济效益。GB/T202212006无压埋地排污、排水用硬聚氯乙烯PVC-U管材中管材规格最大为DN100024.5（S D R41，环刚度等级SN4），实际应用工程中越来越多地会选择环刚度等级更高的管材，比如SN8（按照尺寸比推算，公称壁厚需达到2 9.5mm）。为了满足市场对大口径无压埋地排水排污产品的需求，公元管道（安徽）有限公司利用自身在PVC管材加工制造领域生产技术优势成功开发内置一体成型钢骨架胶圈的10 0 0 2 9.5大口径管材。1试验部分1.1主要原料PVC一SG5型树脂、钙/锌复合稳定剂、有机锡稳定剂、加工改性剂ACR、冲击改性剂CPE、单甘脂、OPE、聚乙烯蜡、轻质碳酸钙、钛白粉，均为市售。1.2主要仪器和设备高速混合机，SHR一10，江苏联冠科技有限公收稿日期2 0 2 3-0 4-2 0*【作者简介】胡亮亮（198 4一），男，安徽建筑大学高分子材料科学与工程专业，主要从事塑料管道配方、工艺及技术管理工作。12第8 期胡亮亮等：大口径无压埋地排水排污PVC一U管材的开发加工与应用司;转矩流变仪，RM-200C,哈尔滨哈普电气技术有限责任公司；锥形双螺杆挤出机，SJZ110/2 2 0，上海巨远塑料机械有限公司；热变形温度、维卡软化温度测定仪，RV-300W，承德精密试验机有限公司；环刚度试验机，JRST-1422，承德市金建检测仪器有限公司；塑料管材落锤冲击实验机，JFWI-222，承德市金建检测仪器有限公司；热风循环烘箱，DY-881-3，吴江市东远电热设备有限公司。1.3试验配方大口径PVC-U管材模具物料熔程与停留时间较长，对于物料的塑化、热稳定性以及流动性要求更高，单一使用钙/锌稳定剂难以满足热稳定性要求。铅盐类和有机锡类稳定剂热稳定效果较突出，是挤出加工PVC-U管材优良的热稳定剂2 ,但铅盐类稳定剂并不符合环保要求，近年来逐步被环保钙/锌稳定剂所取代。综合考虑，在参照小口径成熟生产配方基础上，笔者采用钙/锌稳定剂与有机锡类稳定剂互配的复合热稳定体系设计大口径管材的配方，兼顾原料选择和配方设计，以达到稳定性与流动性平衡的目的，配方见表1。2结果与讨论2.1配方体系选择与设计GB/T20221一2 0 0 6 中规定管材密度1.55g/cm,所以非PVC树脂类的粉体填充剂一般不能超过2 5份（PVC树脂以10 0 份计），考虑到大口径对热稳定性及流动性的特殊要求，笔者设计了10份、2 2 份以及2 5份的配方填充体系（见表1），并分别进行了流变性能试验，考察了相互间的加工性与稳定性，结果见图2。表1配方设计Table 1Formula design原料型号配方/份配方B/份配方/份PVC-USG5100100100钙/锌稳定剂Ca-Zn1.0 1.51.0 1.51.0 2.0有机锡稳定剂甲基硫醇锡1.5 2.01.0 1.51.5 2.0碳酸钙轻质10.022.025.0加工助剂HK-80A1.0 2.01.02.01.02.0冲击改性剂CPE,135A2.04.002.04.0润滑剂单甘脂，OPE,聚乙烯蜡0.51.50.31.01.01.5钛白粉金红石适量适量适量1.4试验流程试验流程如图1所示。流变性能测试PVC、助剂高速混合低速混合塑化挤出喷印牵引冷却定型模具成型钢骨架一体定长切割成品性能测试成型扩口图1试验流程Fig.1Testprocess flow6012105410994898842877(N)/36766a./655配方A5441843312322配方62110配方10000:00:00 00:00:48 00:01:36 00:02:24 00:03:12 00:04:00 00:04:48 00:05:36 00:06:24 00:07:12 00:08:00时间/（h：m：8）图2扭矩一温度一时间流变曲线Fig.2Rheological curves of torque,temperature and time从图2 看出，配方A扭矩较大，塑化相对较快；配方C塑化明显偏慢；配方B扭矩相对较小，塑化比较适宜。采用锥形双螺杆挤出机110/2 2 0，大口径管材不同于中小口径管材，一般不能采用过高的1420233年聚氯乙烯加工与应用扭矩进行生产，且模具较大，塑化要控制适中，因此综合考虑采用配方B体系作为大口径无压埋地管材的试验方案。2.2加工工艺在配方体系科学的情况下，应当合理设计大口径管材的捏合工艺及挤出工艺，并加以严格控制3。DN1000模具型腔容料量大，初步估算其体积在1.7 m左右，按照现有挤出工艺产能，物料在模具中的停留时间会达到1.5h左右，这对材料热稳定性和挤出工艺提出了极高的要求。为了保证挤出顺畅，笔者把清洗料和生产料两者组分比例设计成不同组合，分步骤添加至挤出机中进行塑化，使混合料逐步从清洗料平稳过渡到生产料，物料逐步熔融塑化通过模具不同段体，在保证塑化度满足的前提下，兼顾热稳定性和流动性，防止管材端面出现夹层发黄、分解现象。为了实现物料塑化适中，熔体有足够的熔体压力的状态，挤出工艺采用马鞍形设置：挤出机输送、压缩段设定温度较高，使物料达到半塑化状态，有利于挥发分变为气体，抽真空时物料吸出少；挤出机后端设定温度较低，可防止物料降解，提高其稳定性；模体部分温度再逐渐升高，可让熔体达到比较合适的凝胶化度，保证管材的综合性能；主机采用低扭矩，一般控制在6 0%6 5%，熔体压力在5.06.0MPa；模具平直段尤其是口模部分，温度不宜过高，过高会导致助剂中小分子物质析出，在口模处形成“挂料”，管材表面形成划痕，部分严重的甚至会在定径套中形成长期的积淀物，对定径套以及管材产生损伤，口模温度一般设置在17 0 18 0，根据管材圆周部位设置不同加热区段和不同温度范围，以便更好地控制管材外观以及壁厚均匀度。2.3管材连接长期以来，很多PVC管道系统采用以弹性密封圈承插为主的连接方式，这种方式快捷便利，密封性良好，但传统的非增强胶圈当插口插人承口时容易发生扭曲移位，最终会影响接口处的密封性能4），特别是对于大口径管道，这种不利影响会明显增大。近年来，PVC压力管道领域采用一体成型钢骨架胶圈连接得到成功应用，这种增强胶圈结构以及特殊扩口成型的方式能够有效确保连接可靠性，经过笔者不断摸索、实践，将这种连接方式成功“嫁接”到大口径无压管道领域，以10 0 0 2 9.5口径为例，比较成熟的扩口工艺为：加热温度18 0 18 5，加热时长2 40 0 2 50 0 s，钢骨架胶圈真空负压时间1202 0 0 s，管材冷却时间2 0 0 30 0 s。一体成型钢骨架胶圈、扩口模具、大口径管道及连接密封图示见图3图4和图5、图6。图3一体成型钢骨架扩口模具Fig.3Expansion diefor integrated steel skeleton图4一体成型钢骨架胶圈Fig.4Rubber gasket for integrated steel skeleton图5大口径无压埋地排水排污管材Fig.5Large-diameter pressureless undergrounddrainage and sewage discharge pipes15编辑：杜桂敏门加工与应用U管材的开发第8 期胡亮亮等：径无压理地排水排污PVC图6 管材连接密封试验Fig.6Experiment on pipe joint seal2.4产品性能管材主要物理力学性能按照GB/T20221一2006规定的项目进行检验，测试的各项性能均能达到或超过标准的技术要求，扁平试验指标甚至优于GB/T136642006低压输水灌溉用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材标准要求5,具体测试结果见表2，管材扁平试验图片如图7 所示表2DN100029.5无压埋地排水排污管材物理性能Table 2Physical properties of pressureless undergrounddrainage and sewage discharge pipe DN 1 000 29.5序号检验项目技术指标检测结果1密度/（g/cm3）1.551.52332环刚度/(kN/m)89.53落锤冲击(TIR)/%1054维卡软化温度/79825纵向回缩率/%5%，管材表面应无气泡和裂纹1.256二氯甲烷浸渍表面无变化表面无变化7扁平试验（压缩至外径6 0%）无破裂无破裂T I R为真实冲击率，即整批产品进行试验时，其冲击破坏总数除以冲击总数，以百分数表示；GB/T202212006对扁平试验及指标未做规定，笔者参照GB/T136642006扁平试验方法测试。图7管材扁平试验Fig.7Experiment of pipe flattening3结语大口径无压埋地排水排污管材的研制是一项系统性工程，它需要在原料配方设计、加工工艺、管材连接等诸多方面加以综合考虑，并不断优化，产品的质量性能和应用性能才能得到保障。目前埋地排水排污管道领域市场前景广阔，大口径管材的需求必然稳步上升，做好产品应用服务、推广、持续性开发完善等是下一步的工作重点。参考文献1王全龙，王太雷，潘福渠.DN1600大口径PVC给水管材的研制J.加工与应用,2 0 15,43（12）：2 8-31.2叶荣龙.铅盐与有机锡稳定剂在硬PVC管材挤出加工中的应用比较J.塑料加工应用，1994（2）：14-16.3】李广达.浅谈PVC-U大口径给水管材壁厚偏差的控制J.中国水利,2 0 0 1（11）：7 7.4袁本海，朱瑞霞，贾金金.PVC管道连接：北美一体成型的钢骨架密封圈结构及其在在国内的应用J.特种结构,2 0 17,2 4(13);50-54.5】中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T136642006低压输水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材S.北京：中国标准出版社，2 0 0 6.巴西对涉华非外科乳胶和PVC手套发起反倾销调查2023年7 月31日，巴西发展、工业、贸易和服务部外贸秘书处发布2 0 2 3年第2 7 号公告称，应巴西国内企业TargaMedicalS.A.于2 0 2 2 年4月2 7 日提交的申请，对原产于中国、马来西亚和泰国的非外科乳胶和PVC手套发起反倾销调查。涉案产品为医疗、牙科或兽医用手套，由乳胶（天然、合成或二者的混合物）或聚氯乙烯制成。涉及南共市税号40 15.12.0 0（乳胶手套，曾用码40 15.19.0 0）、392 6.2 0.0 0（聚氯乙烯手套）项下的产品。本案倾销调查期为2 0 2 2 年1月一2 0 2 2 年12 月，损害调查期为2 0 18 年1月一2 0 2 2 年12 月。公告自发布之日起生效。(来源：htp:/