PVCO管材的生产和它的优缺点

P V C-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。

一、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。PVC－O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80℃－160℃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：T g=80℃(玻璃化温度)、T f=160℃(粘流温度)、T d=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、PVC－O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160℃－200℃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Tg≦80℃，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T f=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。

二、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、PVC－O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PVC－O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PVC－O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PVC－O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PVC－O管材其取向度很难保证。

PVC－O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。PVC－O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。