无增塑阻燃pvc冷弯穿线管的研究

无增塑阻燃pvc冷弯穿线管的研究

随着我国塑料工业的发展，高科技塑料材料的含量不断提高。硬质聚氯乙烯(PVC)管作为建筑用塑料制品发展得很快,尤其在一些工业发达国家中,其总消耗量已占塑料管材的80%以上,其中建筑用PVC冷弯穿线管已达90%以上。我国的建筑穿线管目前普遍采用聚乙烯(PE)管、硬质PVC管和PVC波纹管,但PE管不阻燃、弯曲回弹;硬质PVC管不能弯曲;PVC波纹管虽能弯曲,但内壁的波纹又会造成施工穿线困难,这三种建筑穿线管都难以满足建筑业的要求。无增塑阻燃PVC冷弯穿线管(以下简称冷弯穿线管)在建筑业的应用,克服了上述穿线管的不足,同时还具有优良的理化性能,深受建筑业的喜爱。1冷弯穿线管生产工艺的确定1.1产品配方设计应符合以下要求冷弯穿线管是以PVC树脂为主,其它改性剂为辅,经过混合造粒、挤出而成的管材制品。在配方设计时,应满足以下要求:(1)可冷弯、不断裂;(2)产品冷弯后,不出现回弹现象;(3)阻燃性能好;(4)电绝缘性能好;(5)低温性能好,适于常年应用。1.2东宁塑料工厂塑料挤出机组:SJ-65/20,山东济宁塑料机械厂;塑料造粒机组:SZL-55,山东塑料机械厂;高速混合机:GHJ-100Q,山东塑料机械厂。1.3冷弯穿线管的材料制备冷弯穿线管材料配方见表1。1.4冷弯穿线管生产工艺流程生产硬质PVC管材,一般采用造粒后再用单螺杆挤出机挤出成型的工艺路线。由于单螺杆挤出机组直接应用粉状料挤出管材,产品表面常因混炼较差,易出现管壁厚度不均匀、光滑度较差、管材内壁粗糙、强度低等缺陷,而采用双螺杆挤出机挤出成型,虽物料塑炼较好,管材密实,但设备投资较大,制品表面光滑度也不及造粒后挤出制品。因此,冷弯穿线管生产易采用先造粒后挤出成型工艺。生产冷弯穿线管的工艺流程示意图如图1所示。根据物料的状况,生产Ø16mm×1.2mm冷弯穿线管的挤出成型工艺条件为:料筒温度一段145～160℃,二段170～175℃,三段175～180℃,四段175～180℃;机头温度175～185℃;螺杆转速15～20r/min。1.5性能试验冷弯穿线管性能测试按建筑行业标准JG3050-1998《建筑用绝缘电工套管及配件测试方法》测试。2结果与讨论2.1研磨法gs-5树脂冷弯穿线管为硬质产品,所选树脂聚合度愈高,其物理力学性能及耐热性愈好,但树脂流动性愈差,加工愈困难。因此一般选用粘度为1.7×10-3～1.8×10-3Pa·s的SG-5树脂为宜。另外,采用疏松型树脂,可增加物料在挤压过程中的摩擦热,提高物料塑化的均匀性,并提高制品质量。2.2改性pvc体系的初步筛选冷弯穿线管在常温下弯曲易断裂,在冬季(如在-10℃)应用时,弯曲韧性受环境温度影响较大。高质量的冷弯穿线管要有优异的低温韧性。增韧改性剂的选择,是冷弯穿线管配方设计的关键之一,良好的增韧改性剂应满足以下要求:(1)具有适宜的加工性、分散性;(2)优异的低温韧性;(3)优异的阻燃性;(4)良好的耐老化、耐候性;(5)优良的耐油、耐化学药品性;(6)优异的电性能,可有效防止电晕放电引起的电晕龟裂。常用硬质PVC的抗冲改性剂有氯化聚乙烯(PE-C),丙烯酸酯共聚橡胶(ACR),丁腈橡胶(NBR)等。图2给出了不同的增韧改性PVC体系的脆-韧转变温度随改性剂及其含量的变化关系。由图2可以看出,对降低PVC的脆-韧转变温度来说,PE-C最为有效,NBR次之,ACR效果较差。NBR和ACR价格较高,ACR低温韧性较差,故本实验确定采用综合性能较佳的PE-C。因PE-C具有塑性、橡胶双重特性,并可作为PVC的内增塑剂,有永久性的柔曲性,最终我们选用了135A型的PE-C。2.3pe-c用量对简支梁冲击强度的影响PE-C有良好的低温增韧性能,可使PVC的脆性温度达-70℃,除了能获得良好的增韧效果外,还能保持其原有的耐热性和刚度。在配方设计时不但要考虑加入的份数,而且也要考虑材料成本问题,图3给出了材料在常温和低温下的简支梁冲击强度随PE-C含量的变化曲线。由图3可见,随着PE-C用量的增加,常温和低温下的缺口冲击强度均在增高。当含量超过12份时,体系冲击强度的提高趋于平缓,这表明PVC/PE-C体系在PE-C含量为10～12份时存在脆-韧转变。综上所述,PE-C添加量以10份为宜。2.4改性剂添加量对产品感官品质的影响采用PE-C改善PVC的柔韧性,产品弯曲后有回弹现象。而冷弯穿线管的基本要求是:用弹簧弯曲的穿线管,当抽去弹簧后,冷弯穿线管不应有回弹现象。因此,如何解决管材的回弹现象是该产品配方设计的关键之一。众所周知,添加分子取向度小、流动性差的改性剂可有效降低制品的回弹性,而满足要求的大多是无机填充剂。我们通过对常用的碳酸钙、滑石粉、高岭土等进行对比试验,确定采用价格低廉、白度高、易与其它组分混合的轻质碳酸钙(40μm)作为冷弯定型改性剂。另外,利用CaCO3的高白度(95%左右)与钛白粉并用,既能增加冷弯穿线管的白度,又可改善冷弯时产生的白化现象。2.5pe-c改性pvc体系的拉伸性能在冷弯穿线管配方中CaCO3添加量的多少,对制品的力学性能有显著的影响。CaCO,用量过多,制品的硬度提高,回弹性小,但拉伸强度、断裂伸长率均下降,易弯曲断裂;用量过少,制品的回弹性大,不易弯曲定型。图4、图5给出CaCO3用量对PVC体系的拉伸强度和冲击强度的影响。图6给出了CaCO3用量对PE-C改性PVC体系冷弯回弹性的影响。由图4～图6可见,随着CaCO3用量的增加,拉伸强度、冲击强度、回弹性均有较大变化,在CaC03用量为10份时,冲击强度出现一最大值,且回弹性控制在10%以内,可满足施工要求。3阻燃caco3本共混料为不添加增塑剂的体系。PVC树脂本身难燃,离开火焰自熄;在体系中加入了阻燃性能优良的三氧化二锑,且与氯化石蜡并用具有优良的协同效应。另外,PE-C因含有较多的氯,具有优异的耐燃性,CaCO3为无机填料,本身不燃烧。因此,该共混料体系具有阻燃效果,按照JG3050-1998进行测试,完全达到了标准要求。按照JG3050-1998《弯曲性能试验方法》对其进行试验。将规格为025mm的冷弯穿线管在常温和低温(本试验为-5℃)下分别进行试验,按要求将弹簧插入冷弯穿线管内,固定后进行弯曲。在进行的两组(各为三根试样)试验中,冷弯穿线管均无损伤且表面无可见裂纹,达到了标准要求。