本发明属于聚氯乙烯塑料管道材料技术领域。更具体地，涉及一种高熔体强度pvc-u给水管材及其制备方法。
背景技术：
聚氯乙烯(pvc)作为一种通用塑料材料，具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、绝缘性好、机械强度高等特点，因此，pvc广泛应用于化工、建材、轻工、家电、包装等领域。其中，硬聚氯乙烯(pvc-u)材料是建筑中使用最广泛的塑料材料。在其生产加工过程中会添加无机粒子，如碳酸钙、二氧化硅、滑石粉等，不仅可以降低高分子材料的成本，还可以改善管材的力学性能。如中国专利申请cn104262852a公开了一种二氧化硅纳米粒子改性聚氯乙烯塑料粒子，该聚氯乙烯塑料粒子主要由聚氯乙烯、纳米二氧化硅粒子、碳酸钙、抗冲改性剂、铅盐稳定剂、加工助剂、润滑剂等制成，可以提高抗冲击性、强度、硬度等力学性能，但是其中的纳米二氧化硅粒子和碳酸钙无机粒子和pvc树脂在化学结构上具有较大的差异，两者存在相容性差的问题，造成添加无机粒子的pvc-u材料的熔体强度显著降低，而熔体强度影响着热塑成型的状态转化过程、材料的加工性能、塑件的力学性能等，是pvc-u材料加工过程中的重要影响因素。
因此，迫切需要提供一种提高相容性、力学性能好的高熔体强度pvc-u给水管材及其制备方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术无机粒子和pvc树脂相容性差、材料熔体强度低、制备的管材力学性能不好的缺陷和不足，提供一种提高相容性、力学性能好的高熔体强度pvc-u给水管材。
本发明另一目的是提供所述pvc-u给水管材的制备方法。
本发明另一目的是提供由所述pvc-u给水管材制备的给水管。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种高熔体强度pvc-u给水管材，所述pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：聚氯乙烯80～100份、改性纳米碳酸钙10～30份、钙锌稳定剂1～10份、抗冲剂mbs5～20份、聚乙烯蜡1～5份和钛白粉0.5～3份；
其中，所述改性纳米碳酸钙的粒径为50～100nm；所述改性纳米碳酸钙的制备方法包括以下步骤：
将纳米碳酸钙烘干后，与硅烷偶联剂在60～70℃条件下混合，搅拌10～20min，即得。
本发明中，利用硅烷偶联剂分子一端的基团与纳米碳酸钙表面发生反应，形成化学键，对纳米碳酸钙进行表面改性；另一端的基团可以与pvc树脂发生化学反应或物理缠结，从而分子结构差异较大的纳米碳酸钙与pvc树脂紧密结合在一起，从而提高pvc-u给水管材的挤出熔体强度，进而提升管材的综合性能。
另外的，改性纳米碳酸钙的粒径大小也是本发明中较为重要的影响因素：粒径过小容易引起改性纳米碳酸钙粒子的团聚，进而影响颗粒的分散性；粒径过大则会影响管材的性能。实践中发现，改性纳米碳酸钙的粒径范围在50～100nm，优选60～80nm时，管材各项性能指标均较好。
优选地，所述pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：聚氯乙烯90～100份、改性纳米碳酸钙10～20份、钙锌稳定剂1～5份、抗冲剂mbs5～10份、聚乙烯蜡1～3份和钛白粉1～3份。
更优选地，所述pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：聚氯乙烯100份、改性纳米碳酸钙10份、钙锌稳定剂4份、抗冲剂mbs5份、聚乙烯蜡1份和钛白粉3份。实践中发现，在此条件下制备得到的pvc-u给水管材各性能均较高。
优选地，所述改性纳米碳酸钙的粒径为60～80nm。实践中发现，在此条件下制备得到的pvc-u给水管材各性能均较高。
进一步地，所述硅烷偶联剂的添加量为纳米碳酸钙的5～15wt％。
更进一步地，所述硅烷偶联剂选自乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或多种。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷。所述乙烯基硅烷包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
另外的，本发明还提供了一种所述pvc-u给水管材的制备方法，包括以下步骤：将原料投入热混缸中搅拌，同时升温，待温度至115～135℃，将物料转移至冷混缸中继续搅拌，待温度降至40～55℃，停止搅拌，挤出、成型、切割，即得。
另外的，本发明还提供了一种由所述pvc-u给水管材制备的给水管。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用硅烷偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性后，可以显著提高纳米碳酸钙和pvc树脂的相容性，提高pvc-u给水管材的溶体强度，与其他原料制备得到的成品拉伸强度、断裂伸长率力学性能有了显著的提高，且制备方法简单，易于操作，有利于进行大规模产业化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种高熔体强度pvc-u给水管材
所述高熔体强度pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：
聚氯乙烯100份、改性纳米碳酸钙10份、钙锌稳定剂4份、抗冲剂mbs5份、聚乙烯蜡1份和钛白粉3份；其中，改性纳米碳酸钙的粒径为80nm。
制备方法：
s1、将纳米碳酸钙在100℃条件下烘8h，至含水量≤0.2％，再与纳米碳酸钙的10wt％乙烯基三乙氧基硅烷混合投入高速混合机内，在60℃条件下搅拌10min，得改性纳米碳酸钙；
s2、将原料投入热混缸中搅拌，同时升温，待温度至115℃，将物料转移至冷混缸中继续搅拌，待温度降至40℃，停止搅拌，双螺杆挤出机挤出、成型、切割，即得。
实施例2一种高熔体强度pvc-u给水管材
所述高熔体强度pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：
聚氯乙烯100份、改性纳米碳酸钙10份、钙锌稳定剂4份、抗冲剂mbs5份、聚乙烯蜡1份和钛白粉3份；其中，改性纳米碳酸钙的粒径为60nm。
制备方法：
s1、将纳米碳酸钙在100℃条件下烘8h，至含水量≤0.2％，再与纳米碳酸钙的15wt％乙烯基三甲氧基硅烷混合投入高速混合机内，在65℃条件下搅拌15min，得改性纳米碳酸钙；
s2、将原料投入热混缸中搅拌，同时升温，待温度至120℃，将物料转移至冷混缸中继续搅拌，待温度降至50℃，停止搅拌，双螺杆挤出机挤出、成型、切割，即得。
实施例3一种高熔体强度pvc-u给水管材
所述高熔体强度pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：
聚氯乙烯100份、改性纳米碳酸钙10份、钙锌稳定剂4份、抗冲剂mbs5份、聚乙烯蜡1份和钛白粉3份；其中，改性纳米碳酸钙的粒径为100nm。
制备方法：
s1、将纳米碳酸钙在100℃条件下烘8h，至含水量≤0.2％，再与纳米碳酸钙的12wt％乙烯基三甲氧基硅烷混合投入高速混合机内，在70℃条件下搅拌10min，得改性纳米碳酸钙；
s2、将原料投入热混缸中搅拌，同时升温，待温度至135℃，将物料转移至冷混缸中继续搅拌，待温度降至55℃，停止搅拌，双螺杆挤出机挤出、成型、切割，即得。
实施例4一种高熔体强度pvc-u给水管材
所述高熔体强度pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：
聚氯乙烯80份、改性纳米碳酸钙30份、钙锌稳定剂10份、抗冲剂mbs10份、聚乙烯蜡5份和钛白粉0.5份；其中，改性纳米碳酸钙的粒径为50nm。
制备方法：
s1、将纳米碳酸钙在100℃条件下烘8h，至含水量≤0.2％，再与纳米碳酸钙的10wt％乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷混合投入高速混合机内，在60℃条件下搅拌20min，得改性纳米碳酸钙；
s2、将原料投入热混缸中搅拌，同时升温，待温度至120℃，将物料转移至冷混缸中继续搅拌，待温度降至45℃，停止搅拌，双螺杆挤出机挤出、成型、切割，即得。
实施例5一种高熔体强度pvc-u给水管材
所述高熔体强度pvc-u给水管材由以下原料及其重量份数制成：
聚氯乙烯90份、改性纳米碳酸钙30份、钙锌稳定剂1份、抗冲剂mbs20份、聚乙烯蜡3份和钛白粉2份；其中，改性纳米碳酸钙的粒径为90nm。
制备方法：
s1、将纳米碳酸钙在100℃条件下烘8h，至含水量≤0.2％，再与纳米碳酸钙的12wt％乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷混合投入高速混合机内，在65℃条件下搅拌15min，得改性纳米碳酸钙；
s2、将原料投入热混缸中搅拌，同时升温，待温度至125℃，将物料转移至冷混缸中继续搅拌，待温度降至50℃，停止搅拌，双螺杆挤出机挤出、成型、切割，即得。
对比例1一种pvc-u给水管材
与实施例1不同之处在于，对比例1将改性纳米碳酸钙替换为纳米碳酸钙(未经改性)，其它参数及制备方法参考实施例1。
对比例2一种pvc-u给水管材
与实施例1不同之处在于，对比例2的改性纳米碳酸钙的粒径为45nm，其它参数及制备方法参考实施例1。
对比例3一种pvc-u给水管材
与实施例1不同之处在于，对比例3的改性纳米碳酸钙的粒径为120nm，其它参数及制备方法参考实施例1。
实验例给水管材性能测试
将实施例1～5和对比例1～3制备得到的pvc-u给水管材投入圆形口模的流变仪中，机筒温度为175℃，模头温度为170℃，测试熔体强度；另外，将实施例1～5和对比例1～3制备得到的pvc-u给水管材在双辊混炼机上170～175℃混合，充分塑化后压片，将所得的片材经液压机层压，制成所需厚度的平整板材，随后用制样机制成测试样条，测试其拉伸强度、断裂伸长率，结果参见表1。
表1实施例1～5和对比例1～3pvc-u给水管材性能测试
由表1可见，本发明实施例1～5制备的pvc-u给水管材熔体强度、拉伸强度和断裂伸长率均处于较高水平，而对比例1～3(去掉或替换改性纳米碳酸钙)的pvc-u给水管材熔体强度、拉伸强度和断裂伸长率均显著降低，各项性能较差。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。