[摘要]針對DN1600大口徑PVC給水管材的生產(chǎn)特性，考察了有機錫穩(wěn)定劑、沖擊改性劑、納米碳酸鈣的適宜用量，并對適宜的加工溫度和轉速進行了研究，制得的產(chǎn)品達到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備及防護材料衛(wèi)生安全評價規(guī)范》（2001）的要求。
[關鍵詞] PVC；給水管材；大口徑；加工工藝；流變性能
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隨著我國城市化進程的穩(wěn)步推進，城市人口越來越多，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越大。目前，我國使用的大口徑輸水管材主要有鋼管（SP）、預應力砼管（PCP）、預應力鋼筒砼管（PCCP）、玻璃纖維纏繞增強熱固性樹脂加砂管（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題，制約了我國大口徑輸水管材的應用。
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，小口徑（DN630及以下）給水管材已在我國獲得廣泛應用。對于大口徑塑料給水管材，從成本和加工性能兩方面來考慮 ， 較適宜的材質為PE和PVCO由于PE的價格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PE材料，其目前國內(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 ]，進行大口徑PVC給水管材的研制具有比較明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
1試驗部分
1.1主要原料
PVC一SG5、有機錫穩(wěn)定劑、增韌劑、加工改性劑ACR、潤滑劑、納米碳酸鈣、炭黑、鈦白粉，均為市售。
1.2主要儀器與設備
高速混合機，10L一A，張家港市帆源降解塑膠機械廠；轉矩流變儀，RM一200，哈爾濱哈普電氣有限公司；錐形雙螺桿擠出機，92/ 188，上海金湖擠出設備有限公司；靜液壓試驗機，JJHBT一11016，承德市金建檢測儀器有限公司；熱變形溫度、維卡軟化溫度測定儀,HDT/V一2203，承德市金建檢測儀器有限公司；電熱鼓風干燥箱，XCB一300，承德市金建檢測儀器有限公司；電子萬能試驗機，UTM一1351，承德市金建檢測儀器有限公司。
1.3試驗配方
PVC樹脂，100份；有機錫穩(wěn)定劑，B或c份；碳酸鈣，6份；內(nèi)潤滑劑，1份；外潤滑劑，1 · 2份；其他助劑，2份。
1·4試驗流程
試驗流程見圖1。
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圖1試驗流程
2.結果與討論
2·1有機錫穩(wěn)定劑的用量
大口徑PVC給水管材的成型設備大，物料在設備中的停留時間長，因此要求物料的熱穩(wěn)定性較好，塑化速率既不能過快也不能過慢。有機錫穩(wěn)定劑的用量（A< B < c）對PVC物料流變性能的影響如圖 2所示。由圖2可以看出：當有機錫穩(wěn)定劑的用量為份時，PVC物料塑化速率過快，穩(wěn)定時間較短，熔體溫度也不穩(wěn)定；當有機錫穩(wěn)定劑用量為B份時，PVC物料的塑化速率適中，穩(wěn)定時間較長，熔體溫度相對穩(wěn)定；當有機錫穩(wěn)定劑的用量為c份時， PVC物料出現(xiàn)不塑化的狀況，說明有機錫穩(wěn)定劑的用量過多。
圖2 有機錫穩(wěn)定劑的用量對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為有機錫穩(wěn)定劑用量為B份時，相同轉速下轉矩流變儀溫度對PVC物料流變性能的影響。
圖3 轉矩流變儀溫度對PVC物料流變性能的影響?
由圖3可知：當轉矩流變儀溫度為180 ℃時，雖然PVC物料的穩(wěn)定時間最長，但塑化速率過慢，表明加工溫度偏低；當轉矩流變儀溫度為185 ℃時， PVC物料的塑化速率適中，同時穩(wěn)定時間較長，平衡扭矩較低，表明加工溫度適宜；當轉矩流變儀溫度為190 ℃時，塑化速率過快，穩(wěn)定時間大幅縮短，表明轉矩流變儀溫度過高。
2 · 2 · 2轉速
圖4為有機錫穩(wěn)定劑用量為B份，轉矩流變儀溫度為185 ℃時，轉速對PVC物料流變性能的影響。由圖4可知：不同轉速下PVC物料的后期流變性能相差不大；當轉速為35 rimin時, pvc物料具有適中的塑化速率。
?圖4 轉速對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，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PVC材料沖擊強度的影響
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圖6 MBS用量對PVC拉伸強度的影響
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圖7 MBS用量對PVC斷裂伸長率的影響
由圖5、圖7可以看出：當MBS用量為2、4 份時，PVC材料的沖擊強度變化不明顯；隨著MBS 用量的繼續(xù)增加，PVC材料的沖擊強度明顯提高；當MBS用量為12份時，PVC材料的沖擊強度是純 PVC的22倍，此時，PVC材料的斷裂伸長率也大幅提高，是純PVC的7 · 7倍，但拉伸強度略微下降（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粒子重新熔合的過程。納米碳酸鈣加人后，由于納米碳酸鈣與PVC之間的相互作用，必然會影響到材料的塑化效果。納米碳酸鈣的用量對PVC物料流變性能的影響見圖8。
圖8納米碳酸鈣的用量對PVC流變性能的影響
由圖8可以看出：當納米碳酸鈣的用量為5、8 份時，PVC物料的塑化時間較短，比未加人納米碳酸鈣時縮短了約200 so這是因為納米碳酸鈣粒子對提高體系的內(nèi)摩擦具有促進作用，使PVC粒子殼層破碎加速，促進了PVC塑化[ 5 ]。此外，當納米碳酸鈣的用量為8份時，PVC物料的穩(wěn)定時間最長，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來生產(chǎn)大口徑 PVC給水管材，這是因為錐形雙螺桿擠出機的輸送能力強，能壓實PVC物料，有利于熱傳遞和擠出機的穩(wěn)定運行，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，能促進物料進一步的凝膠化和均化。錐形雙螺桿擠出機的溫度設定非常重要，可按馬鞍型設置：O擠出機前段設定溫度較高，使物料達到半塑化狀態(tài)，有利于揮發(fā)分變?yōu)闅怏w，抽真空時物料吸出少；2擠出機后段設定溫度較低，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物料在擠出機和模具中的停留時間，筆者采用了2臺擠出機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給水管材的照片見圖9；經(jīng)國家建筑材料工業(yè)建筑圍護材料及管道產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗測試中心按GB/T 10002 · 1一2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC (U)管材》檢測，其物理性能均達標，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數(shù)和斜面圓周方向破壞百分數(shù)均在0％、25％；②TIR為真實沖擊率，即整批產(chǎn)品進行試驗時，沖擊破壞總數(shù)除以沖擊總數(shù)，以百分數(shù)表示。
此外，筆者還將該管材送到山東省疾病控制中心對其衛(wèi)生性能進行了檢測，結果表明：該管材的衛(wèi)生性能完全符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛(wèi)生安全評價規(guī)范》（2001）對飲用水輸配設備的要求。
3.結語
筆者通過對有機錫穩(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備及防護材料衛(wèi)生安全評價規(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)，投人市場后為用戶遠距離、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)生性能得到了用戶的認可。隨著城市建設的穩(wěn)步推進和南水北調(diào)的進一步實施，市場對大口徑PVC管材的需求將越來越大，對其的要求也將越來越高，開發(fā)高強度、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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