國內(nèi)外PVC管技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

鞏曉強(qiáng)

（甘肅省定西市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，甘肅 定西 743000）

0 引言

自從1937年德國用合成聚氯乙烯制備出塑料材料后，PVC管由于具有耐寒、耐腐蝕、價格低廉等特征，被廣泛應(yīng)用到排水、農(nóng)田、礦山通風(fēng)等領(lǐng)域。通過多年的技術(shù)發(fā)展，PVC管在市面上主要以PVC-U管、PVC-M管及PVC-O管為主。隨著國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展對PVC材料需求量將持續(xù)增加，為此進(jìn)行PVC管技術(shù)分析。

1 PVC管成型技術(shù)

1.1 PVC-U管成型技術(shù)

PVC-U管也叫硬聚氯乙烯管材，是以聚氯乙烯樹脂為主，添加填充劑和穩(wěn)定劑，經(jīng)過成型工藝最終制備而成。根據(jù)PVC-U管形態(tài)可將起分為多孔型、中空壁型、實壁型以及發(fā)泡管型等。圖1為PVC-U管成型工藝流程。

圖1 PVC-U管成型工藝

由圖1可知PVC-U管制備經(jīng)歷原料配方、原料混勻、造粒、擠出成型工藝以及產(chǎn)品后期處理工藝。PVC-U管常見穩(wěn)定劑有含鉛鹽、有機(jī)錫鹽，其中鉛屬于重金屬，一旦使用該產(chǎn)品可能讓人們產(chǎn)生重金屬中毒，為解決這一問題，何陽[1]研究了稀土穩(wěn)定劑對PVC-U管動、靜熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能等指標(biāo)影響。結(jié)果表明：所生產(chǎn)的PVC-U管表面光潔度性能優(yōu)于含鉛PVC-U管；在熱穩(wěn)定性方面，含稀土PVC-U管熱穩(wěn)定性弱于含鉛材料，但性能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求；增塑性方面，稀土添加效果是含鉛4.3倍；熱加工性能方面塑化時間、塑化溫度以及平衡扭矩分別占同配方鉛鹽的0.58、0.96、0.97，可見稀土穩(wěn)定劑加入提高了PVC-U管性能。楊飛虎[2]采用堿式檸檬酸鑭作為PVC-U管穩(wěn)定劑。首先采用檸檬酸和硝酸鑭制備堿式檸檬酸鑭，利用元素分析儀、差熱分析儀等設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定劑性能表征。實驗結(jié)果表明溫度185℃、反應(yīng)時間57min條件下堿式檸檬酸鑭具有較強(qiáng)的抗變色能力，將其加入到PVC-U管中并添加硬脂酸鋅和季戊四，所制備PVC-U管熱穩(wěn)定性極大提高。

PVC-U管擠出成型工藝直接影響到產(chǎn)品性能。毛玉[3]研究了擠出成型對管表明亮度影響，結(jié)果表明原料配方、加工工藝、擠出模頭以及模具定型段都對制品表面亮度有影響。配方對亮度影響權(quán)重比較高，這是因為制備PVC-U管需要加入穩(wěn)定劑、潤滑劑、抗沖改性劑以及增塑劑，而潤滑劑對材料表明亮度影響最大。通常潤滑劑含量增加表面亮度增加，但是由于潤滑劑不與高分子鏈發(fā)生交聯(lián)，過多添加會造成材料力學(xué)性能降低。PVC-U管加工過程中由于流動性與熱穩(wěn)定性都比較差，造成加工溫度范圍比較小，過高、過低都不利于材料制備。圖2為PVC-U材料基礎(chǔ)工藝溫度曲線圖。

成型工藝中擠出模頭將PVC-U材料擠出成設(shè)計模型，通常熔體壓力在25-35MPa，進(jìn)入到壓縮階段對材料表明亮度影響最大。一般情況料流速度低、停留時間長以及配方降解時間短極易造成制品表面亮度差。尹作維[4]研究了PVC-U材料擠出成型中常見問題有膠條粘附不牢固、膠條變形、膠條外觀質(zhì)量差等，這些問題直接影響到產(chǎn)品性能。孫紅占[5]為研究PVC-U制備過程中流變對成型影響采用哈普轉(zhuǎn)矩流變儀進(jìn)行分析，結(jié)果表明助劑量、潤滑劑、溫度、鈦白粉量加入對PCV-U材料性能有顯著影響。

圖2 PVC-U材料基礎(chǔ)工藝溫度曲線

1.2 PVC-M管成型技術(shù)

PVC-M也叫改性聚氯乙烯管材，具有聚氯乙烯很好的強(qiáng)度也增加了材料韌性，解決了PVC材料易脆、沖擊韌性低問題。劉潔[6]研究了PVC-M材料影響因素，結(jié)果表明：PVC樹脂選擇能夠影響材料性能，通過實驗得到QS-1050P作為材料樹脂能提高性能；穩(wěn)定劑選擇對材料性能有顯著影響，實驗得出有機(jī)錫穩(wěn)定劑能夠提高材料性能；增塑劑影響材料性能，實驗選用有機(jī)增強(qiáng)劑丙烯腈-苯乙烯共聚物復(fù)合增塑劑能提高性能。黃肖[7]為研究PVC/M-80混合流變性能，采用高壓毛細(xì)管流變儀進(jìn)行表征。結(jié)果表明M-80的含量增加，共熔體中平衡扭矩以及熔體溫度均有所下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速在30-50r/min時，轉(zhuǎn)速影響熔體性能不顯著。為改進(jìn)PVC-M管材抗沖擊性能楊成德[8]進(jìn)行了試驗。試驗工藝如圖3所示。

圖3 試驗工藝

圖4 PVC應(yīng)力分量圖

1.3 PVC-O管成型技術(shù)

PVC-O也叫雙軸取向聚乙烯管道，被廣泛應(yīng)用到管道建設(shè)中。為研究PVC-O材料理論力學(xué)，董維煜[9]建立了力學(xué)模型如圖4所示。

根據(jù)圖可構(gòu)建PVC管擴(kuò)張內(nèi)應(yīng)力計算如下：

為進(jìn)行理論驗證，董維煜[10]進(jìn)行了雙向拉伸自增強(qiáng)管材設(shè)備實驗。結(jié)果表明采用布袋式內(nèi)壓方法可制備PVC-O管材，該方法具有操作簡單制備材料均勻性好。在力學(xué)性能方面提高了拉伸強(qiáng)度32%。為更進(jìn)一步制備更好PVC-O材料，劉濤[11]進(jìn)行了PVC-O配方實驗。結(jié)果表表明采用正交實驗方法得到無機(jī)填料影響材料的斷裂拉伸率最大，材料抗沖擊強(qiáng)度受復(fù)合潤滑劑影響最大。

2 PVC管增韌性技術(shù)

PVC管材由于抗沖擊韌性差、加工性能差直接影響到應(yīng)用環(huán)境。由于具有耐腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用到建筑行業(yè)中。陳宗平等[12，13]針對當(dāng)前高強(qiáng)度混凝土因隨著強(qiáng)度增加塑性變形能力降低，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)研究了PCV管在混凝土中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明混凝土中加入PCV管在柱件破壞前是以X型交叉出現(xiàn)裂縫同時滯回曲線飽滿，強(qiáng)度降低較慢與混凝土相比性能更好。按照公式進(jìn)行計算，結(jié)果表明PVC安全性能高于混凝土30%。

王新宗等[14]分析了短切玄武巖纖維和PVC管對混凝土承載能力影響。采用螺旋螺旋箍筋的鋼筋玄武巖纖維混凝土中加入PCV管，采用短柱軸心受壓試驗進(jìn)行試驗表征。結(jié)果表明加入PCV材料后承載能力提升45.7%，塑性強(qiáng)度增強(qiáng)。薛建陽等[15]研究了PVC管仲添加混凝土柱，利用有限元法進(jìn)行仿真。結(jié)果表明PVC管徑高D/h在0.5附近是承載能力最佳。

PVC具有塑性強(qiáng)度不高，然而結(jié)合混凝土后。表現(xiàn)出較高的塑性性能，增強(qiáng)了混凝土力學(xué)性能，為PCV管材應(yīng)用提供了更多通道。

3 PVC管材發(fā)展

當(dāng)前PVC材料由于聚氯乙烯材料化學(xué)鍵作用導(dǎo)致所制備的管材在塑性方面比較弱，同時在熱穩(wěn)定性方面還存在問題，因此需要添加熱穩(wěn)定劑、增塑劑等。常規(guī)添加劑中加入鉛鹽，該物質(zhì)在應(yīng)用中可能會造成重金屬中毒。目前已進(jìn)行稀土添加劑研究，從試驗效果分析，性能優(yōu)于鉛鹽，無鉛鹽是PVC管材發(fā)展趨勢。隨著建筑行業(yè)不斷發(fā)展，PVC材料將由傳統(tǒng)的管道利用逐步拓展到混凝土結(jié)構(gòu)中增強(qiáng)塑型性能。

4 結(jié)語

當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)PVC材料企業(yè)主要分布在北方地區(qū)，目前所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差異性較大，而偽劣產(chǎn)品仍在市場中流動。隨著中國制造的推出，對PVC材料的需求可能增加，企業(yè)應(yīng)投入更多的技術(shù)研發(fā)出具有較高韌性的PVC管材；同時企業(yè)應(yīng)按照政府要求不能以犧牲環(huán)境為代價進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，由于PVC管材制備中涉及污染源，企業(yè)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行污染控制。