UPVC塑料管材生产工艺的探讨

GDGM-QR-03-077-A/1Guangdong College of Industry & Commerce毕业综合实践报告Graduation synthesis practice reportUPVC 塑料管材生产工艺的探讨The Discussion of UPVC plastic pipe production technology系 别 ： 机 械 工 程 系 班 级 ： 11 高 分 子 材 料 学 生 姓 名 ： 全 益 民 学 号 ： 1132211 指 导 老 师 ： 邓 小 艳 完 成 日 期 ： 2014.5.10 毕业论文任务书ii内 容 提 要摘 要：本文讲述了我国 UPVC 管材工业生产技术的发展进程和目前状况，包括 PVC 管材生产配方分析、工艺流程、成型工艺参数等。UPVC 排水管工艺过程中需要注意的问题，包括质量影响因素，工艺条件及生产中会出现的问题，对工艺过程进行详细的叙述。UPVC 又称硬 PVC，它是氯乙烯单体经聚合反应而制成的无定形热塑性树脂加一定的添加剂（如稳定剂、润滑剂、填充剂等）组成。硬质 UPVC 管是以 PVC 树脂为主要原料，添加稳定剂、润滑剂等后加热，在制管机中挤压而成的不同压力等级、各种规格型号的硬质管材。UPVC 管材属热塑性塑料制品，由 PVC 加热成熔融状态(150200)，含 56左右特有阻燃元素氯(Cl)，故氧指数高，属难燃材料，化学性质稳定，耐磨性很好。由于其具有重量轻、耐腐蚀、强度较高等优点，因而在供水管道工程的应用方面具有广阔的前景。关键词: UPVC管材 工艺流程 生产工艺 影响因素广东工贸职业技术学院毕业论文iv目 录毕业设计（论文）任务书 .iiUPVC 塑料管材生产工艺的探讨 .ii内 容 提 要 .iv目 录 .v一、 UPVC 管材概述 .1（一）UPVC 主要特点 .2（二）UPVC 管材几种常见问题 .2（三）UPVC 管的应用领域 .3二、UPVC 管材生产配方分析、工艺流程、成型工艺参数 .3（一）UPVC 配料 .3（二）工艺设定原则 .5（三）UPVC 管材的成型工艺参 数 .10（三）UPVC 管材的加工条件 .11三、温度对 UPVC 塑料管材的影响 .13（一）混料 .13（二）挤出 .14（三）定径 .15（四）扩口 .15四、管材产品质量标准 .16五、UPVC 排水管在生产中会出现的问题 .19（一）UPVC 给水管生产过程中常见质量问题及解决办法 .19（二）UPVC 排水管材系列工艺异常处理方法 .20六、UPVC 管材现状及发展前景 .22（一）UPVC 型材发展的历史回顾 .22（二）UPVC 型材行业的现状 .22（三）UPVC 管材的发展前景 .23参考文献 .25致 谢 .26广东工贸职业技术学院毕业论文1UPVC 塑料管材生产工艺的探讨一、 UPVC 管材概述图 1 UPVC 管UPVC 又称硬 PVC,中文全称叫硬聚氯乙烯。它是氯乙烯单体经聚合反应而制成的无定形热塑性树脂加一定的添加剂（如稳定剂、润滑剂、填充剂等）组成。UPVC 管以聚氯乙烯树脂为载体，在减弱树脂分子链间的引力时具有感温准确、定时熔融、迅速吸收添加剂的有效 成分等优良特性，同时，采用世界名优钙锌复合型热稳定剂 ，在树脂受到高温与熔融的过程中可捕捉、抑制、吸收中和氯化氢的脱出，与聚烯结构进行双键加成反应，置换分子中活泼和不稳定的氯原子。从而有效科学的控制树脂在熔融状态下的催化降解和氧化分解。UPVC 管道是以卫生级聚氯乙烯(PVC)树脂为重要原料，加入适量的稳定剂、润滑剂、填充剂、增色剂等经塑料挤出机挤出成型和注塑机注塑成型，通过冷却、固化、定型、检验、包装等工序以完成管材、管件的生产。UPVC 管道和传统的管道相比，具有重量轻、耐腐蚀、水流阻力小、节约能源、安装迅捷、造价低等优点，受到大力推广应用，效益显著。我国从上个世纪 80 年代开始，在市政工程及建筑工程中试点应用 UPVC 管道，经过 10 多年的推广，UPVC 管道得到长足发展，但人均消费量仍不足美、日、西欧等发达国家和地区的 115。随着国家建设部等五部门联合发出“大力发展化学建材”的通知，加大了对 UPVC 塑料管道的推广应用步伐，卫生、环保型 UPVC 给水管道已不断取代高能耗、高污染、高造价、低卫生指标的传统管广东工贸职业技术学院毕业论文2道。广泛应用于：城镇自来水输水供水工程、建筑内外供水工程、工矿企业供水工程、地埋消防供水工程、农田水利输水灌溉工程、园林园艺绿化供水工程、水产养殖业供水排水工程等，并取得良好的经济效益和社会效益。（一）UPVC 主要特点 1、轻便：UPVC 材料的比重只有铸铁的 1/10，运输，安装简易，降低成本。 2、抗化学性优越：UPVC 具有优良的抗酸碱性能，除接近饱和点强酸碱。3、不导电：UPVC 材料不能导电，也不受电解，电流的腐蚀，应此无需二次加工。 4、不能燃烧，也不助燃，没有消防顾虑。 5、安装简易，成本低廉：切割及联接都很简易，使用 PVC 胶水联接实践证明可靠安全，操作简便，成本低廉。 6、耐用：抗候性优良，也不能被细菌及菌类所腐化。 7、阻力小，流率高：内壁光滑，流体流动性损耗小，加以污垢不易附着在平滑管壁，保养较为简易，保养费用较低。 UPVC 管的抗冻和耐热能力都不好，所以很难用作热水管，由于其强度不能适用于水管的承压要求，所以冷水管也很少使用。大部分情况下，UPVC 管适用于电线管道和排污管道。另外，近年内科技界发现，能使 PVC 变得更为柔软的化学添加剂酞，对人体内肾、肝、睾丸影响甚大，会导致癌症、肾损坏，破坏人体功能再造系统，影响发育。所以建议大家不要购买。（二）UPVC 管材几种常见问题 UPVC 排水管在我国塑料管行业产量占到 50左右，是我国应用最为广泛，应用较早，用户最为熟悉的塑料管材。然而在检测中我们发现，正是 UPVC 排水管存在着诸多的问题。这是因为 PVC 树脂性能较差，加工范围较窄，成型条件极为苟刻，所以对 UPVC 管生产企业来说，寻找最佳助剂（如稳定剂、改性剂、润滑剂、填充剂等），研究最优配比和合理工艺，是保证管材质量的前提，现介绍几种常见问题。1、抗冲击较差。按 GBT5836.192 标准检测落锤冲击试验，多年检测发现，一次通过率仅为不足 50%，许多产品甚至 10 次冲击，全部破裂。广东工贸职业技术学院毕业论文32、拉伸强度及韧性较差。好的 UPVC 管其拉伸强度曲线应具有明显屈服，延伸率较大，而差的管材常常表现为脆性，延伸率低而易断裂。3、软化温度较低，易于遇热变形。表现在试验性能上，即是维卡软化温度较低（小于79），有些厂家为提高软化温度，简单地在配料时加大填料量，这样做的确可提高软化温度，但却使管材其它性能，尤其是抗冲击性，拉伸强度、韧性大大降低，因此要提高软化温度，而不降低或很少降低其它性能，就应在助剂选择、原料配比、生产工艺、及生产机械上下工夫，不可轻率对待。（三）UPVC 管的应用领域1、自来水配管工程（包括室内供水和室外市政水管），由于 UPVC 塑料管具有耐酸碱、耐腐蚀、不生锈、不结垢、保护水质、避免水质受到二次污染的优点，在大力提倡生产环保产品的今天，作为一种保护人类健康的理想“绿色建材”，已被全国乃至全球广泛推广应用。 2、节水灌溉配管工程，UPVC 喷滴灌溉系统的使用与普通灌溉相比，可节水 50%70%，同时可节约肥料和农药用量，农作物产量可提高 30%80%。在我国水资源缺乏、农业生产灌溉方式落后的今天，这对促进我国节水农业生产发展有着极大的社会效益。 3、建筑用配管工程。 4、UPVC 塑料管具有优异的绝缘能力，还广泛用作邮电通讯电缆导管。 5、UPVC 塑料管耐酸碱、耐腐蚀，许多化工厂用作输液配管。其他还用于凿井工程、医药配管工程、矿物盐水输送配管工程、电气配管工程等。二、UPVC 管材生产配方分析、工艺流程、成型工艺参数（一）UPVC 配料PVC 管材的配方是要是根据管材的不同用途而变得不同，其配方之中的各种原辅料之间的配比也是不同的。总的来说，PVC 管材管材的配方就是以 PVC 粉末（主要是 PVC SG-5）为主，在配以热稳定剂、润滑剂、加工改性剂，填料等等通过一定的配比配合而成。再根据管材的使用环境和所需要的各种不同的性能，再加入于各种不同的助剂，设计配料的原则是根据使用要广东工贸职业技术学院毕业论文4求，根据我国已经制定了各类管材标准进行，管材配包含：PVC 树脂，抗冲击改性剂，稳定剂，加工改性剂，填充剂、色料及外润滑剂等成分。1、PVC 树脂为了获得迅速与均匀的塑化，应该采用悬浮法疏松型树脂、树脂的型号多为 SG5（相当于旧型号 XS4）用于双壁波纹管的树脂，特别应具有良好分子量分布和杂质量，以减少管材中的“鱼眼” ，避免管材波纹的塌陷和管壁的破裂。用于给水管的树脂，应属“卫生级” ，树脂中残留氯乙烯在 lmgkg 以内。为了保证管材的质量，减少次品率，树脂的来源要稳定。 2、 稳定剂目前国内采用的主要热稳定剂为：三碱式硫酸铅与二碱式铅盐,金属皂类并用、复合铅盐稳定剂、稀土复合稳定剂、有机锡稳定剂含重金属的稳定剂（如含 Pb，Ba，Cd）对人体健康有害，这些稳定剂在给水管配方中的用量有限制.。单螺杆挤出流程，物料受热历史较双螺杆挤出流程要长，稳定剂用量前者较后者要增加 25以上。双壁波纹管的机头温度较高，物料在机头内停留时间较长，配方中稳定剂的用量比普通管配方要多。 3、 填料填料的作用是可降低成本。尽量采用超细活性的填料,(价格较高).管材用量比型材大.填料用量过大会造成抗冲击性降低和管耐压性下降，所以，在化工用管和给水管中，填料用量在10 份以内。排水管，冷弯穿线套管中填料用量可多些，同时加大 CPE 的用量来改变冲击性能的下降。对管材性能要求较低的管材，和落雨管，填料量可很大，但是对双螺杆挤出机磨损较严重。4、改性剂 加工改性剂：普通管材可以少用或不用；波纹管和薄壁管多用. 冲击改性剂：比型材用量少, 两方面原因:1.性能,耐低温,拉伸强度 2.成本 其他助剂：颜色： 钛白用量,型材作为耐老化剂来使用,必须用.硬 PVC 管的配方中主要是色素，主要是钛白粉或炭黑，可依管材外观要求选用。广东工贸职业技术学院毕业论文55、外润滑剂与稳定剂的匹配设计。 根据稳定剂选择与之匹配的外润滑剂a. 有机锡稳定剂。有机锡稳定剂与 PVC 树脂有较好的相容性，有严重的粘附金属壁的倾向，与之匹配的最便宜的外润滑剂是以石蜡为主的石蜡-硬脂酸钙体系。b. 铅盐稳定剂。铅盐稳定剂与 PVC 树脂相容性差，仅附在 PVC 粒子表面，阻碍了 PVC 粒子间的融合，通常采用硬脂酸铅-硬脂酸钙外润滑剂与之匹配。 外润滑剂的用量。如果调整外润滑剂用量仍不能满足物料加工的要求，则可以考虑添加少量的内润滑剂。当使用抗冲击增韧改性剂时，由于熔体粘度大，粘附到金属表面的可能性就大，往往需要增加外润滑剂的用量；用同一种设备挤出的薄壁管比同一规格的厚壁管所需的外润滑剂要多。当加工温度高时，熔体粘附金属表面的倾向大，所加入的外润滑剂就多。表 1 ：UPVC 给水管配方例子原料 名称 单位（份）树脂 PVC(SG4 或 SG3) 100增塑剂 DOP 12稳定剂 东锡-181 甲基硫醇锡 12润滑剂 石蜡或硬脂酸皂 0.30.5加工助 AMS 10填料 偶联剂处理过的轻质 CaCO3 8颜料 钛白粉 2增白剂 Uvitex OB 0.1抗冲剂 MBS 4-5（二）工艺设定原则硬质 PVC 管材生产工艺流程见下图：PVC 树脂助剂高速混合 低速混合挤出切割 牵引 冷却定型成品广东工贸职业技术学院毕业论文61、混合工艺在高速混合时，助剂渗入 PVC 树脂的空隙，使助剂在树脂中均匀分散，考虑到温度在1000C 以上有利于物料中水蒸气蒸出，所以一般热混机的温度设在 100120 0C。为了让助剂充分地与 PVC 微粒接触，减少填充剂对助剂的吸附作用，应该在加入 PVC 树脂后即启动热混机，再按如下顺序投料：稳定剂、各种加工助剂、色料、填充剂。在实际生产中，大都是将原辅料全都投入后再启动热混机。热混机放出的混合料温度很高，需立即进行冷却，若散热不及时会引起物料分解和助剂挥发。冷混一般控制在料温 400C 左右时出料。2、挤出成型工艺 挤出机螺杆分 3 个区段：加料段（送料段） 、熔化段（压缩段） 、计量段（均化段） ，三段相应的对物料组成了 3 个功能区：固体输送区、物料塑化区、熔体输送区。图 2（温度控制台）固体输送区的料筒温度一般控制在 100140 0C 。若加料温度过低，使固体输送区延长，减少了塑化区和熔体输送区的长度，会引起塑化不良，影响产品质量。物料塑化区的温度控制在 170190 0C。控制该段的真空度是一个重要的工艺指标，若真空广东工贸职业技术学院毕业论文7度较低，会影响排气效果，导致管材中存有气泡，严重降低了管材的力学性能。为了使物料内部的气体容易逸出，应控制物料在该段塑化程度不能过高，同时还要经常清理排气管路以免阻塞。料筒真空度一般为 0.080.09MPa。熔体输送区的温度应略低一些，一般为 160180 0C。在该段提高螺杆转速、减小机头阻力及在塑化区提高压力都有利于输送速率的提高，对于 PVC 这样的热敏塑料，不应在此段停留时间过长，螺杆转速一般为 2030r