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CPVC树脂及其应用研究
  浏览次数:8763  发布时间:2018年01月04日 16:37:28
[导读] 一、CPVC树脂综述 · CPVC树脂是PVC树脂氯化改性产品,PVC树脂性能对CPVC树脂的质量有至关重要的作用。 ·国内CPVC树脂研究开发、生产工艺控制、产品性能及加工性能仍与进口产品存在差距。 ·面对国内CPVC行业的困局,齐鲁分公司开发了系列可氯化PVC专用树脂
一、CPVC树脂综述
· CPVC树脂是PVC树脂氯化改性产品,PVC树脂性能对CPVC树脂的质量有至关重要的作用。
·国内CPVC树脂研究开发、生产工艺控制、产品性能及加工性能仍与进口产品存在差距。
·面对国内CPVC行业的困局,齐鲁分公司开发了系列可氯化PVC专用树脂,如QS-C65、QS-C62、QS-C60等,使国产CPVC树脂质量有了质的飞跃,推动了国内CPVC行业健康快速的发展。
特点:皮膜覆盖率低
特点:内部疏松多孔,结构均匀
专用树脂特点:
1、专用树脂皮膜薄、覆盖率低;
2、专用树脂颗粒疏松,内部孔隙多、结构均匀;
3、专用树脂增塑剂吸收速率快;
4、颗粒规整性好、粒径大小均匀,分布适中。
氯化产品优势:
1、易于氯化;
2、利于树脂的深度氯化及氯化的均匀性;
3、氯化温度低、压力小、速度快;
4、利于树脂的输送及高速加工。
5、CPVC树脂产品质量高、物理机械综合性能好。
·CPVC树脂经PVC树脂氯化后,氯含量由56.7%提高到63%~69%,分子键的极性增加,树脂的的溶解性增大,化学稳定性增强,机械强度提高50%左右。
·CPVC耐热、耐化学介质腐蚀、阻燃等性能优异,维卡温度比PVC提高30℃~40℃,耐酸、碱、盐、氧化剂,氧指数达60%。
·国内CPVC树脂迅速崛起,国外CPVC树脂总产量达到30万吨/年,国内产能达到10万吨/年左右,还在继续扩大。
CPVC树脂与PVC树脂性能比较:
CPVC树脂的应用领域 :
1、冷热水用管道及管件—耐热性能、较高的机械强度、方便可靠的扩口承插柔性密封圈连接方式。
2、化工用耐温、耐腐蚀管道/管件、板材、片材及化工塔器填料—良好的耐温和耐化学侵蚀性,能够承受强酸、强碱及盐水的腐蚀,且最高使用温度可达95-98℃,亦能满足化工设备中所要求的机械强度。
3、埋地式高压电力电缆用CPVC套管—电缆护管要求具有优良的耐热性、绝缘性,易敷设性及阻燃性。
4、有严格消防要求的场合用材料—阻燃性及消烟性。
5、油田原油集输用管材—导热系数低,保温性能好;摩擦系数小,流量大;质量轻,安装快捷方便;化学稳定性、耐温性及塑料管固有的耐磨损、不结垢的优点。
6、涂料及黏合剂—CPVC易溶于多种有机溶剂,可用于制造涂料和黏合剂。
7、用作塑料的改性剂—用于其他热塑性及热固性工程塑料,以改善其耐热、阻燃等性能。
8、用作发泡材料—高温收缩相当小,机械强度、电绝缘性及耐高温性好,还可用于建筑材料、电器零件及化工设备等。
二、管材配方及工艺
·PVC树脂氯化后赋予CPVC树脂优异的性能,但部分缺陷相伴而生。氯化过程中,造成分子链断裂,分子链缺陷结构增多,树脂的热稳定性能变差。氯含量的增加,熔体粘度高、冲击强度低,加工温度范围窄、加工成型非常困难。
·下游厂家技术力量薄弱,CPVC相关产品配方研究热情度不高,复配材料的配方、工艺开发处于起步阶段。下游加工企业习惯依赖采购国外CPVC厂商的专用料(CPVC各种配混料)。
·各种管材是CPVC树脂的最大应用领域,CPVC树脂的应用以管材配方和工艺的研究为主。
管材配方设计:
 
管材配方—稳定体系:
·CPVC树脂在加工过程中较PVC更容易分解,因此需要加入比PVC更多的热稳定剂,可以按照PVC加入量的1.5-2.5倍加入,然后再根据试制情况适当增减,总的原则是:热稳定剂不得添加过多,否则会影响CPVC树脂的塑化。
·PVC的热稳定剂都可以加工CPVC,如铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、复合铅稳定剂、金属皂类稳定剂和液体有机锡稳定剂等。随着全球环保要求的增强,一般选用无毒的钙锌稳定剂或有机锡稳定剂;
·液体稳定剂的加入会对材料的维卡软化温度影响较大,每多增加1份稳定剂,维卡降低 4-5 ℃。
 动态热稳定性能
 
 
管材配方—润滑体系
·润滑剂的作用与热稳定剂的作用同等重要,加入量过少,会造成加工困难,甚至会给设备带来相当大的损害;加入量过多,不仅影响塑化质量,还会降低管材的维卡软化温度。因此如何掌握好润滑剂的加入量是关键,也是CPVC管材配方的设计关键。 
·CPVC树脂的熔体粘度大,至少是PVC树脂的2倍,因此润滑剂的加入量要稍多于PVC树脂。当使用不同的稳定剂时,其配方中内、外润滑剂的配比是不同的,一般来讲,使用铅盐稳定剂,需要配置较多的内润滑剂和适量的外润滑剂;使用有机锡稳定剂,需要配置较多的外润滑剂和适量的内润滑剂;使用带润滑体系的复合稳定剂时,内、外润滑剂用量均要适当减少。 
塑化曲线
 
 
 
润滑剂复配使用结果
 
 
管材配方—抗冲改性体系:
·由于CPVC树脂氯含量较高,它的抗冲击性能比PVC树脂更差,必须加入抗冲击剂加以改性,常用的抗冲击剂有:CPE、MBS、ABS和抗冲型ACR等。
·在CPVC管材的加工中加入CPE,其增韧效果十分明显,添加量在8~12份之间增韧效果最好,但加入CPE会明显降低管材的维卡软化温度;MBS、ABS对维卡软化温度影响较小,但由于它们的分子链中含有不饱和双键,耐候性较差;抗冲型ACR是较为理想的抗冲击改性剂,但价格较高。
·综合上述原因,推荐使用CPE/MBS复合抗冲改性体系,可以兼顾产品对维卡软化温度、抗冲击性、耐候性及价格等诸方面的要求,二者的配比以1.5:1为宜。
 

管材配方—其它助剂:
·加工助剂主要为ACR,它是丙烯酸酯类共聚物,可以提高树脂的塑化程度,但CPVC树脂由于熔融粘度较大,它比PVC树脂更容易塑化,因此在挤出加工CPVC管材时应少加或不加。
·加入适量的填充剂不仅可以降低成本,还可以改善加工性能。它可以降低CPVC树脂的加工粘度、改善配混料分散性、减少挤出加工时对设备和模具的粘附性。最常用的填充剂是碳酸钙,加入量以不超过5份为宜,否则会影响制品的性能。  
·CPVC管材比PVC管材颜色略深,呈灰白色,但可以根据需要,添加一些着色剂,在加入着色剂的同时应加入钛白粉,以掩盖住CPVC管材的灰色,减少其对着色剂的影响。
 
管材加工设备:
·挤出加工CPVC管材通常选用平行或锥形双螺杆挤出机,鉴于CPVC比PVC更易塑化的特性,选用平行双螺杆挤出机更容易控制CPVC管材的挤出生产。管材规格较大时,选用平双,规格较小时,选用锥双。配方中如果用的是铅盐稳定剂,要求挤出机要有较好的塑化性能;如果配方是用有机锡为稳定剂,则要求挤出机螺杆的压缩比不要太大。 
·用于生产CPVC树脂的挤出机机筒,螺杆和成型模具内的熔料流经面要进行镀铬防腐处理,以延长设备零件的使用寿命。  
·生产CPVC管时,螺杆要通循环油降温;模具内芯棒要有加热和降温装置,控制工艺温度的稳定性,以改善熔融料的流动性,保证制品的成型质量(芯棒温度的控制对管材内壁成型质量影响较大)。 
 
管材加工工艺:
·树脂的混合工艺与PVC树脂一样,需要高速混合和低速冷却搅拌两个过程,通常高速混合温度宜控制在110-120℃,不能太高,时间不能过长,否则消耗配混料的热稳定性,物料容易发黄,低速冷却搅拌的温度控制在40-50℃,物料与室温相差不要太大。
·混合好的物料,使用双螺杆挤出机可直接用粉料进行挤出成型,对于注射成型或使用单螺杆挤出机成型时,则应用粒料。
·CPVC管材的加工温度范围比较窄,CPVC管材的挤出工艺重点是工艺温度的控制,一般工艺温度会因挤出机塑化性能的不同,会有很大差异,有时这种差异会有20-30℃。
·CPVC管材挤出整个工艺温度的控制大体可以分为三部分:机筒、合流芯和模具。机筒温度从一区开始依次递减,合流芯温度又要比机筒温度略低一些;在模具温度设定中,重点控制口模和芯模的温度,口模的温度要低于加料段的温度5-10℃,芯模温度在正常生产后仅靠熔体的温度便可以维持,基本不需要加热。
 
CPVC管材标准:
▲GB/T 18993.2-2003《冷热水用氯化聚氯乙烯(PVC-C)管道系统》
·管材指标要求:
·密度,1.450-1.650kg/cm3;
·维卡软化温度,≥110℃;
·纵向回缩率,≤5%;
·落锤冲击试验,TIR≤10%;
·拉伸屈服强度,≥50MPa;
·长期静液压试验;
·系统适应性试验(内压试验和热循环试验)。
▲GB/T 18998.2-2003《化工用氯化聚氯乙烯(PVC-C)管道系统》
·管材指标要求:
·密度,1.450-1.650kg/cm3;
·维卡软化温度,≥110℃;
·纵向回缩率,≤5%;
·落锤冲击试验,TIR≤10%;
·氯含量(质量百分比),≥60%;
·长期静液压试验;
·系统适应性试验(液压试验)。
▲QB/T 2479-2005《埋地式高压电力电缆用氯化聚氯乙烯护套管》
·管材指标要求:
·维卡软化温度,≥93℃;
·纵向回缩率,≤5%;
·落锤冲击试验,TIR≤10%;
·体积电阻率,≥1.01011.m;
·环段热压缩率。
冷热水用CPVC管材性能
 
三、CPVC树脂发展前景
1、CPVC塑料具有比PVC更好的耐高温性和耐化学腐蚀性,材质洁净抗菌、环保卫生、机械性强度优异,且具有安全的阻燃性能,是近年来应用领域发展速度较快的新颖塑料材料,美国、欧洲及日本等先进国家和地区对CPVC材料的研制和开发技术已经日趋成熟。
2、在中国,CPVC产品的研发还处于起步阶段,是塑料加工业中的一个比较薄弱的项目,CPVC塑料尚属新产品、新材料,其利润空间和市场发展空间均有很大的吸引力,具有很大市场潜力。 
·虽然CPVC树脂的生产在国内取得了较大的进展,但与国外产品相比仍有较大差距,主要表现水相悬浮法氯化和后处理生产技术、CPVC 硬制品加工应用技术等方面比较落后, CPVC树脂只能用于低端市场,加工性能较差、对设备的适应性较差。
3、另外,国内的CPVC树脂主要用于出口,国内市场需求较小,所以说规范产品标准和市场,在产品牌号上做到系列化、专业化,加强CPVC树脂的改性研究及应用推广是我国CPVC行业发展急需解决的问题。