PVC-M和pvc-O管道

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抗冲击聚氯乙烯(PVC-M)管材在保持PVC-U 管材的弹性模量的同时,提高了管材的柔韧 性,其韧性介于PVC-U和PE之间,良好的韧 性提高了管材抗水锤和点载荷的能力,方便 搬运、运输和提高管道运行的安全性。
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2.PVC-M的应用
2.1给水用管道市场
一些国家的饮水管网中PVC-M的应用在逐步扩 大,成为PVC-U的换代产品。
(MPa)
国际标准ISO4422 PVC-U 25
2.5-2
10-12.5
国家标准 GB/T10002.1
英国标准BSI PAS 27
澳大利亚 AS/NZS4765
南非标准SANS 966-2
PVC-U PVC-A PVC-M PVC-M
— 24.5 24.5
2.5-2 1.4 1.4
10-12.5 17.5 17.5 18
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氯化聚乙烯抗冲改性剂的优缺点
优点: 价格低廉 加工容易
缺点: 刚性下降 弯曲强度下降 降低耐热性 降低表面硬度 光泽性下降
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共混改性聚氯乙烯PVC-M管材的配方
PVC SG-4,5 (100) 稳定剂 钙锌,有机锡(1.5~2.5) 增韧剂 CPE135A(6~10) 润滑剂 聚乙烯蜡,硬脂酸盐( < 2) 加工助剂 ACR( < 2) 填料:碳酸钙(<8) 颜色:微量
要求 TIR≯10% TIR≯5% TIR≯5% 无脆性破坏 无脆性破坏 不破裂 不破裂 不破裂 不破裂 无脆性破坏
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1.3韧度(抗冲击抗开裂性能)
PVC-M管材采用‘高速冲击’测试,要求管 材受到从20米高处坠落的冲锤的冲击不出现 脆性破坏(可以冲出凹坑或孔洞,但必须是 韧性破坏)
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PVC柔性管
有的介绍为了达到正确程度的塑化和实现最 佳的韧性,必须用较高的挤出温度和剪切, 因此需要改进聚合物的热稳定性。
有的介绍为了达到正确程度的塑化和实现最 佳的韧性,必须用较低的挤出温度和剪切。
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3.1增韧剂改性方式
PVC-M增韧改性方式分为化学增韧和物理增韧 两种方式。
化学增韧是利用增韧剂同VC单体通过接枝共聚、 核壳乳聚等式实现增韧剂在PVC树脂里面的均 匀分散达到改性的目的。
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1.2较低的设计安全系数
PVC-M管材的设计系数1.4 PVC-U管材的设计系数2.5-2 意味着PVC-M其管壁要比PVC-U薄,从而节 省了原材料降低了成本。
方便搬运,便于安装、运输和维修
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表2 PVC-U和PVC-M(PVC-A)用落锤冲击法测试抗冲击 性能的比较(以110mm管材为例)
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空穴化理论
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2.4非开挖铺设和修复用管道市场
因为非开挖铺设和修复技术对于采用的管材通常 要求具有柔韧性和连续性(能够以长盘卷管材或 者能够实现承受轴向力连接),过去通常都采用 聚烯烃管材。PVC-M新技术的发展,已经突破了 PVC-M管材进入非开挖铺设和修复市场的障碍, 为PVC管材的应用开拓了新的天地。
氯化聚乙烯改性制取PVC-M
早期为了满足矿山用管道对高抗冲击韧性 的要求,CPE加量较高。第一批输水用管 含12phr的改性剂,后来为了增加长期强度 减少到10phr以下。
研究报告表明要保证不发生脆性破坏, CPE量要在6phr以上,所以改性剂的添加 量应该在6~10phr范围内。
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丙烯酸树脂改性制取PVC—M
英国西北水公司设计应力—PVC-M PVC-U输水标准设计应力
PVC-M的MRS略低, 有切口也不受影响,可靠性高;
PVC-U的MRS较高, 有切口就明显下降,可靠性低.
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1.1强度与设计安全系数C
表1 PVC-U和PVC-M(PVC-A)强度数据的比较
标准或产品
名称 MRS 设计系数 设计应力
(MPa) (C)
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PVC-M物理共混增韧改性机理
网状聚合物增韧剂
NBR、TPU、EVA、CPE等,它们以能包围 PVC初级粒子形成网络结构为特征,称为 网状聚合物增韧剂
离散型弹性体增韧改性剂
ABS、MBS、ACR等,称为核-壳结构的 增韧剂,它们在PVC基体中以岛(粒子)相 存在,因其核-壳结构提高了弹性体在 PVC中的分散性,改性效果更好。
PVC-M和PVC-O管道的特性及制备
苑会林
北京化工大学 材料科学与工程学院
名次解释
PVC-U(Un plasticized Polyvinyl Chloride) PVC-M (Modified Polyvinyl Chloride) PVC-A (Polyvinyl Chloride Alloy) PVC-HI(High Impact Strength Polyvinyl
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2.PVC-M的应用
在南非PVC-M压力管已经大量应用到饮水管网 和农业中。超过25000公里,直径50-500毫 米,压力等级PN 6到PN 25D的PVC-M压力 管已经成功地使用了10年以上,证明是一种 耐久的、很有竞争力的压力管道。PVC-M压 力管的壁厚大约比对应的PVC-U管小30%。 输水能力、运输、搬运和铺设上有明显的优 点。
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2.3矿山用管道
采矿业是管道的重要市场,因为环境特别恶 劣和安全要求特别严格,矿山用管道必须满 足特殊的要求。在潮湿和有腐蚀性的地下环 境中,强度大、韧性高、抗冲击、不腐蚀和 重量轻的PVC-M管道有竞争优势。
PVC-M管已经在南非非常恶劣的矿山环境中 成功地应用了25年。为了达到矿山严格的安 全要求,设计系数采用2,设计应力采用 12.5MPa。
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PVC-M管的韧度可以与PE管相比
PVC-M:完全克服脆 性--明显提高韧度+ 提高设计应力
20Kg20m高落速Biblioteka Baidu不裂!!!
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PVC-U管长期静液试验曲线比较 有切口(缺陷)下长期强度明显降低
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为什么提高韧度后可以提高设计应力?
PVC-M有切口(缺陷)不影响长期强度
脆性PVC-U
PVC-M(切口和不切口的)
标准或产品 ISO4422 GB/T 10002.1-2006 英国BIS PAS 27 澳AS/NZS4765 南非SANS 966-2 日本积水ESLON CJ/T218 南亚塑胶(厦门) 宝硕 宝硕
名称 PVC-U PVC-U PVC-A PVC-M PVC-M AGR AGR PVC-HIP PVC-M PVC-M
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两种机理不同的PVC改性
1. 体系中有类似蜂窝状网络分布的 高弹相
如:PVC/EVA;PVC/PE-C 2. 体系中有分散于硬高分子基体的
球形高弹性粒子 如:PVC/ABS;PVC/MBS
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3.2.1网络增韧机理
弹性体形成连续网络结构,将PVC初级粒子包在内 部。当材料受冲击时,弹性体网络结构可吸收 大部分冲击能,而PVC初级粒子破裂,同样也吸 收部分能量,使材料的韧性得以提高 这种类型 的弹性体 能形成包围PVC初级粒子的网络结构 为特征.其增韧作用也是基于该弹性网络,故 称之为“网络增韧”。
物理共混法制备高分子合金的方法是在基体树 脂中引入其他种类的树脂或无机物质,各组分 之间通过其自身相容性或加入增容剂后形成具 有一定强度的界面,当其共混体系在受到冲击 弯曲时,界面处会产生相与相的分离而吸收大 量的能量,从而提高基体材料的性能。
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3.1增韧剂改性方式
化学增韧法:增韧剂在PVC树脂中分散更加 均匀,相同增韧剂含量下增韧效果更好,制 品质量好、助剂不析出、表面光洁、色泽均 匀、外观整洁美观等优点,但是该方法成本 昂贵,技术要求高。
方法 落锤冲击 落锤冲击 落锤冲击 高速冲击 高速冲击 落锤冲击 落锤冲击 落锤冲击 落锤冲击 落锤冲击
条件 0℃,1.6kg,2m 0℃,1.6kg,2m 0℃,2.75kg,2m 22℃,10kg,20m 23℃,15kg,20m -10℃,9kg,2m -10℃,9kg,2m 0℃,9kg,1.5m 0℃,6.3kg,2m 22℃,10kg,20m
Chloride) PVC-O(Orientated Polyvinyl Chloride Pipe)
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内容
1. PVC-M特性 2. PVC-M管材的制备 3. PVC-M增韧改性机理 4 PVC-O管材的制备 5.PVC-M和PVC-O管道的应用
1. PVC-M特性
增韧改性聚氯乙烯PVC-M(PVC-A)管材 在性能上的改进是显著的。主要表现在设 计应力的提高和韧度(抗冲击抗开裂性能) 的改善,同时由于可以容许一定程度的弯 曲变形对于某些应用领域也是有价值的 (如应用于不开挖铺设和修复)。
以CPE(氯化聚乙烯)、NBR(丁腈橡胶)、EVA(乙烯 一醋酸乙烯共聚物)等为增韧剂的体系为该理论 的代表体系。
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PVC的抗冲改性---- 网络型
PE-C和EVA在改性PVC时,在加 工过程中形成了蜂窝状的网络。
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网络型抗冲改性剂对剪切的依赖性
在加工过程中,剪切力 相同条件下EVA网状
物理增韧方法:简单易行,经济实用,是目 前PVC-M管材制备所普遍采用的方法。
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抗冲改性的方法
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接枝共聚合法增韧聚氯乙烯
日本积水化学(青岛)公司生产的PVC-M 管商品名AGR管
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3.2 PVC-M增韧改性机理
研究发现PVC-U里面可以添加CPE、 ACR等弹性体可以实现增韧。针对使 用的第一类增韧剂和第二类增韧剂,其 增韧机理是不一样的,具代表性的主要 是以下两种分别正对这两类增韧剂。
英国的水工业在1989私有化后,西北水公司 (North West Water,NWW)等用户企业为了解决 过去所用PVC-U管道系统不能满足要求,发起了 联合开发PVC-A的研究。目前大量应用的PVC-A 产品符合英国国家标准BS PAS 27的要求,并得到 了英国饮水监督部门的批准。其设计应力是 17.5MPa(安全系数=1.4)。
必须正好满足以形成网
结构的破坏,EVA于
络状结构,过多的剪切 往往会破坏网络,由此
是以球状粒子形式存 在。(发生相反转)
会导致冲击强度的降低。
当温度超过185~190度 时也会产生同样效应
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氯化聚乙烯(CPE)抗冲改性剂
装饰线型材中CPE-135A含量对冲击强度的影响
CaCO3含量50份
非开挖技术修复旧管道最常采用的技术是衬管技 术。其中可以利用旧管道承接受负载的紧配合衬 管技术要求衬管在插入前预先缩径或折叠。以前 都是采用可以缩径或折叠的HDPE管材来实现。近 年PVC-M管材也已经被采用。
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3.1 PVC-M管材的生产装备
PVC-M管材都是采用PVC-U管材生产线,利用锥形 双螺杆挤出机进行管材挤出,只是条件控制方面要 比PVC-U管材的严格得多。使用的配方主要是在 PVC-U管材生产配方上面作些修饰,添加增韧剂, 控制制备工艺,从而得到韧性好、强度高的PVC-M 管材。 PVC-M(PVC-A)的技术是各个企业的技术机密。根 据目前公开的资料,为了保证达到质量要求,配方、 工艺和检测都很重要。
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3.2 PVC-M的配方设计
英国和南非都是采用共混改性。 南非采用的改性剂是氯化聚乙烯
(CPE),添加的份量在10phr以下,要 求既保证足够的韧性,同时MRS在 25MPa以上。 英国采用的改性剂是氯化聚乙烯(CPE) 和丙烯酸酯抗冲改性剂,其MRS也可以 达到24.5MPa以上。
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日本和台湾的高抗冲击聚氯乙烯采用的 改性剂是丙烯酸树脂。
日本积水化学的ESLON高抗冲管材合金 (在国内称给水用丙烯酸共聚聚氯乙烯 管材,AGR)是共聚改性。目的是使丙 烯酸弹性体的微粒分布得非常均匀,呈 ‘超微粒子分散’状态。
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PVC-M(PVC-A)的加工工艺
PVC-M(PVC-A)的加工工艺对于性能有 重大影响,国外进行了系统的试验研究,包 括比较在不同的加工工艺条件下改性CPE/ PVC的结构形态。
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3.2.2空穴化理论
空穴化理论认为是在冲击力作用下, 冲击能很快传递给材料中的橡胶 粒,使之成为应力集中点先行发 生剪切形变甚至“空穴化”,耗 散冲击能的效果较好,避免银纹 增长和引发,因而该材料显示出 优良的低温冲击韧性。该理论的 代表体系是以ABS弹性体、MBS 弹性体、ACR弹性体等为增韧剂 的PVC共混体系
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