PVC-O管材的生产和它的优缺点.doc

PVC-O管材的生产和它的优缺点 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势之一。1、 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(PVC-O)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(玻璃化温度)、Tf=160(粘流温度)、Td=200(分解温度)，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。2、 PVC-O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。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。3、 PVCO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：扩张取向示意图），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，但却降低了管材径向(即环向)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） 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）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。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