巩晓强
（甘肃省定西市产品质量监督检验所，甘肃 定西 743000）
摘要：PVC管材在耐腐蚀、耐寒等方面具有广泛应用前景。本文分析了PVC类管材PVC-U、PVC-M和PVCO成型工艺，其中PVC-M和PVC-O应用前景更广，是未来发展趋势。在增塑方面，建筑材料与PVC结合提高了PVC塑性，拓展了PVC应用前景。国内企业在进行PVC生产中应加大产品研发和自觉进行环境保护。
关键词：PVC管材；混凝土；成型技术
0引言
自从1937年德国用合成聚氯乙烯制备出塑料材料后，PVC管由于具有耐寒、耐腐蚀、价格低廉等特征，被广泛应用到排水、农田、矿山通风等领域。通过多年的技术发展，PVC管在市面上主要以PVC-U管、PVC-M管及PVC-O管为主。随着国民经济不断发展对PVC材料需求量将持续增加，为此进行PVC管技术分析。
1 PVC管成型技术
1.1PVC-U管成型技术
PVC-U管也叫硬聚氯乙烯管材，是以聚氯乙烯树脂为主，添加填充剂和稳定剂，经过成型工艺最终制备而成。根据PVC-U管形态可将起分为多孔型、中空壁型、实壁型以及发泡管型等。图 1 为PVC-U管成型工艺流程。
由图1可知PVC-U管制备经历原料配方、原料混匀、造粒、挤出成型工艺以及产品后期处理工艺。PVC-U管常见稳定剂有含铅盐、有机锡盐，其中铅属于重金属，一旦使用该产品可能让人们产生重金属中毒，为解决这一问题，何阳[1] 研究了稀土稳定剂对PVC-U管动、静热稳定性、力学性能等指标影响。结果表明：所生产的PVC-U管表面光洁度性能优于含铅PVC-U管；在热稳定性方面，含稀土PVC-U管热稳定性弱于含铅材料，但性能满足工业生产要求；增塑性方面，稀土添加效果是含铅 4.3 倍；热加工性能方面塑化时间、塑化温度以及平衡扭矩分别占同配方铅盐的0.58、0.96、0.97，可见稀土稳定剂加入提高了PVC-U管性能。杨飞虎[2]采用碱式柠檬酸镧作为PVC-U管稳定剂。首先采用柠檬酸和硝酸镧制备碱式柠檬酸镧，利用元素分析仪、差热分析仪等设备进行稳定剂性能表征。实验结果表明温度 185℃、反应时间 57min条件下碱式柠檬酸镧具有较强的抗变色能力，将其加入到PVC-U管中并添加硬脂酸锌和季戊四，所制备PVC-U管热稳定性极大提高。
PVC-U管挤出成型工艺直接影响到产品性能。毛玉[3]研究了挤出成型对管表明亮度影响，结果表明原料配方、加工工艺、挤出模头以及模具定型段都对制品表面亮度有影响。配方对亮度影响权重比较高，这是因为制备PVC-U 管需要加入稳定剂、润滑剂、抗冲改性剂以及增塑剂，而润滑剂对材料表明亮度影响最大。通常润滑剂含量增加表面亮度增加，但是由于润滑剂不与高分子链发生交联，过多添加会造成材料力学性能降低。PVC-U管加工过程中由于流动性与热稳定性都比较差，造成加工温度范围比较小，过高、过低都不利于材料制备。图2为PVC-U材料基础工艺温度曲线图。
成型工艺中挤出模头将PVC-U材料挤出成设计模型，通常熔体压力25-35MPa，进入到压缩阶段对材料表明亮度影响最大。一般情况料流速度低、停留时间长以及配方降解时间短极易造成制品表面亮度差。尹作维[4]研究了 PVC-U材料挤出成型中常见问题有胶条粘附不牢固、胶条 变形、胶条外观质量差等，这些问题直接影响到产品性能。孙红占[5]为研究PVC-U制备过程中流变对成型影响采用哈普转矩流变仪进行分析，结果表明助剂量、润滑剂、温度、钛白粉量加入对PCV-U材料性能有显著影响。
1.2 PVC-M管成型技术
PVC-M也叫改性聚氯乙烯管材，具有聚氯乙烯很好的强度也增加了材料韧性，解决了PVC材料易脆、冲击韧性低问题。刘洁[6]研究了PVC-M材料影响因素，结果表明：PVC树脂选择能够影响材料性能，通过实验得到QS-1050P 作为材料树脂能提高性能；稳定剂选择对材料性能有显著影响，实验得出有机锡稳定剂能够提高材料性能；增塑剂影响材料性能，实验选用有机增强剂丙烯腈-苯乙烯共聚物复合增塑剂能提高性能。黄肖[7]为研究PVC/M-80混合流变性能，采用高压毛细管流变仪进行表征。结果表明M-80 的含量增加，共熔体中平衡扭矩以及熔体温度均有所下降， 当转速在30-50r/min时，转速影响熔体性能不显著。为改进PVC-M管材抗冲击性能杨成德[8]进行了试验。试验工艺如图3所示。
工艺中核心技术是外径、壁厚计算关系：
其中P表示试验压力，σ表示拉伸应力，den 表示试样平均外径，emin 表示壁厚最小值。PVC环向瞬间破环力计算方法为：
通过对工艺改造为企业降低了原料投入提高了产品质量。
其中P表示试验压力，σ表示拉伸应力，den 表示试样平均外径，emin 表示壁厚最小值。PVC环向瞬间破环力计算方法为：通过对工艺改造为企业降低了原料投入提高了产品质量。1.3 PVC-O管成型技术
PVC-O也叫双轴取向聚乙烯管道，被广泛应用到管道建设中。为研究PVC-O材料理论力学，董维煜[9]建立了力学模型如图4所示。
根据图可构建PVC管扩张内应力计算如下：
为进行理论验证，董维煜[10]进行了双向拉伸自增强管材设备实验。结果表明采用布袋式内压方法可制备PVC-O管材，该方法具有操作简单制备材料均匀性好。在力学性能方面提高了拉伸强度 32%。为更进一步制备更好PVC-O材料，刘涛[11]进行了PVC-O配方实验。结果表表明采用正交实验方法得到无机填料影响材料的断裂拉伸率最大，材料抗冲击强度受复合润滑剂影响最大。
2 PVC管增韧性技术
PVC管材由于抗冲击韧性差、加工性能差直接影响 到应用环境。由于具有耐腐蚀性能，被广泛应用到建筑行业中。陈宗平等[12，13]针对当前高强度混凝土因随着强 度增加塑性变形能力降低，从经济角度出发研究了PCV管在混凝土中的应用。研究结果表明混凝土中加入PCV 管在柱件破坏前是以X型交叉出现裂缝同时滞回曲线饱满，强度降低较慢与混凝土相比性能更好。按照公式
进行计算，结果表明PVC安全性能高于混凝土30%。
王新宗等[14]分析了短切玄武岩纤维和PVC管对混凝土承载能力影响。采用螺旋螺旋箍筋的钢筋玄武岩纤维混凝土中加入PCV管，采用短柱轴心受压试验进行试验表征。结果表明加入PCV材料后承载能力提升45.7%，塑性强度增强。薛建阳等[15]研究了PVC管仲添加混凝土柱，利用有限元法进行仿真。结果表明PVC管径高D/h在0.5附近是承载能力最佳。
PVC具有塑性强度不高，然而结合混凝土后。表现出较高的塑性性能，增强了混凝土力学性能，为PCV管材应用提供了更多通道。
3 PVC管材发展
当前PVC材料由于聚氯乙烯材料化学键作用导致所制备的管材在塑性方面比较弱，同时在热稳定性方面还存在问题，因此需要添加热稳定剂、增塑剂等。常规添加剂中加入铅盐，该物质在应用中可能会造成重金属中毒。目前已进行稀土添加剂研究，从试验效果分析，性能优于铅盐，无铅盐是PVC管材发展趋势。随着建筑行业不断发展，PVC材料将由传统的管道利用逐步拓展到混凝土结构中增强塑型性能。
4结语
当前国内生产PVC材料企业主要分布在北方地区，目前所生产的产品质量差异性较大，而伪劣产品仍在市场中流动。随着中国制造的推出，对PVC材料的需求可能增加，企业应投入更多的技术研发出具有较高韧性的PVC管材；同时企业应按照政府要求不能以牺牲环境为代价进行产品生产，由于PVC管材制备中涉及污染源，企业应按照标准进行污染控制。
参考文献
[1]何阳，刘颖，张卫勤. PVC-U用稀土稳定剂的性能研究[J]. 中国塑料，2005（4）：70-74.
[2]杨飞虎，周洪荣. 耐酸群青在PVC-U门窗异型材中的应用[J]. 中国塑料，2017（12）：113-116.
[3]毛玉，杨宁，万仕成. 影响U-PVC挤出制品表面亮度的因素分析[J]. 塑料工业，2012，40（03）：81-83.
[4]尹作维. PVC-U异型材胶条共挤生产中常见问题及解决办法[J]. 新型建筑材料，2013，40（10）：71-72.
[5]孙红占，李迎.哈普转矩流变仪在PVC-U成型加工中的作用[J]. 中国塑料，2014，28（12）：73-78.
[6]刘浩，张新华，张桦. 影响PVC-M管材料性能的主要因素[J]. 现代塑料加工应用，2013，25（6）：28-31.
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[9]董维煜，任冬云，张博. 布管法生产PVC-O管材的理论计算与实验[J]. 塑料，2009，38（4）：76-78.
[10]董维煜，吴大鸣，任冬云. 布管扩胀法生产PVC双向拉伸自增强管材设备与实验[J]. 塑料，2009，38（6）：106-108.
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