本申请涉及复合材料技术领域，具体涉及一种聚氯乙烯管材材料及其制备方法。
背景技术：
pvc管是主要成份为聚氯乙烯，加入其他成分来增强其耐热性、韧性、延展性的一种材料。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。pvc管道凭借其自重轻，耐腐蚀，耐压强度高，安全方便等特点受到了工程界的一直好评。它是最早得到开发应用的塑料管材，pvc是世界上产量最大的通用塑料，应用非常广泛，在建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面均有广泛应用。
塑料管与传统金属管相比，其生产能耗少，环境污染小，日益受到政府和相关行业重视。在国内外，塑料管材正不断替代金属管材，发展十分迅速。然而pvc管材由于其自身的缺点又限制了它的进一步发展，这些缺点主要表现为韧性差，对常规的pvc管材进行改性，以提高韧性，对于提高pvc管材的质量和拓宽其应用领域具有重要意义。因此需要对现有的pvc管材进行材料改性，以提高材料的韧性，提高pvc管材的抗冲击性能，同时又不降低强度，增强pvc管材的适用范围，提高pvc管材的市场竞争力。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的问题，本申请提出了一种聚氯乙烯管材材料及其制备方法，能够提高聚氯乙烯管材的韧性，提高pvc管材的抗冲击性能，同时保证足够的强度，增强pvc管材的适用范围，提高pvc管材的市场竞争力。
为了实现以上目的，本申请所采用的技术方案为：
一种聚氯乙烯管材材料，按质量份计，包括pvc树脂100份、abs树脂30-60份、抗冲改性剂2-5份、增溶剂5-8份、润滑剂1-3份、抗氧剂0.5-2份、稳定剂1-2份、阻燃剂6-8份、玻璃纤维10-20份、金属纤维10-15份、聚酰亚胺纤维3-12份、加工助剂1-3份、颜料0.1-4份、阻尼改性剂16-18份、硅烷偶联剂0.5-6份和碳酸钙纳米晶须6-8份。
所述抗冲改性剂为丙烯酸酯；或者甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物；或者氯化聚乙烯。
所述金属纤维为不锈钢金属纤维，金属纤维的长度为0.5～2mm。
所述玻璃纤维的长度为0.1-5mm。
所述阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物。
所述稳定剂为有机锡稳定剂或金属皂稳定剂。
所述增溶剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
所述润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、脂肪酸酯蜡和金属皂中的两种及两种以上的混合物。
所述加工助剂为丙烯酸类加工助剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂dltp、抗氧剂dstp、抗氧剂odp或双酚a，阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化钼、八钼酸铵、硼酸锌、三氧化二锑和二茂铁中的一种或几种的混合物。
一种聚氯乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：
1)取硅烷偶联剂0.5-6质量份，玻璃纤维10-20质量份，金属纤维10-15质量份，聚酰亚胺纤维3-12质量份，碳酸钙纳米晶须6-8质量份，将硅烷偶联剂喷洒在玻璃纤维、金属纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙纳米晶须上，并搅拌均匀；
2)将步骤1)中的玻璃纤维、金属纤维、聚酰亚胺纤维、碳酸钙纳米晶须和硅烷偶联剂，以及pvc树脂、abs树脂、抗冲改性剂、增溶剂、润滑剂、抗氧剂、稳定剂、阻燃剂、加工助剂、颜料、阻尼改性剂和碳酸钙纳米晶须按照以下质量份搅拌混合均匀：
pvc树脂100份、abs树脂30-60份、抗冲改性剂2-5份、增溶剂5-8份、润滑剂1-3份、抗氧剂0.5-2份、稳定剂1-2份、阻燃剂6-8份、玻璃纤维10-20份、金属纤维10-15份、聚酰亚胺纤维3-12份、加工助剂1-3份、颜料0.1-4份、阻尼改性剂16-18份、硅烷偶联剂0.5-6份和碳酸钙纳米晶须6-8份；
3)将步骤2)的混合料通过造粒挤出机挤出制成粒料；
4)将上述粒料经干燥后投入螺杆式注塑机中注塑成型，得到管材。
与现有技术相比，本申请的聚氯乙烯管材材料将pvc和abs进行共混，由于abs具有抗冲击性能高、耐热性好、尺寸稳定及易于加工成型等pvc所欠缺的优良特点，将abs用于pvc的共混改性，不仅能改善pvc的加工性能，而且还能显著提高pvc的力学性能，使pvc/abs共混物的冲击强度超过纯abs和pvc。另外在聚氯乙烯管材材料中添加玻璃纤维、金属纤维和聚酰亚胺纤维，从而能够提高聚氯乙烯管材的尺寸稳定性和热稳定性，得到更好的强度和韧性，得到更好的抗冲击性能，另外抗冲改性剂和阻尼改性剂的加入，使得改性后的聚氯乙烯材料具有良好的阻尼性能和较高的软化温度，能够降低水流噪声及抵抗较强的冲击力，提高管材运行的安全性，碳酸钙纳米晶须作为改性剂，由于该纳米晶须具有超大的长径比，能使聚氯乙烯材料分子与其形成空间网络结构，提高管材的强度，同时，该纳米晶须的直径为纳米尺度，表面积大，更容易与更多的聚氯乙烯材料分子结合，其形成的网络结构更加紧密，可以显著的提高管材的强度和韧性，又不影响原有的性能，确保管材的其它性能符合相关标准要求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本申请作进一步的解释说明,实施例描述只是为进一步说明本申请的特征和优点，而不是对本申请权利要求的限制。
一种聚氯乙烯管材材料，按质量份计，包括pvc树脂100份、abs树脂30-60份、抗冲改性剂2-5份、增溶剂5-8份、润滑剂1-3份、抗氧剂0.5-2份、稳定剂1-2份、阻燃剂6-8份、玻璃纤维10-20份、金属纤维10-15份、聚酰亚胺纤维3-12份、加工助剂1-3份、颜料0.1-4份、阻尼改性剂16-18份、硅烷偶联剂0.5-6份和碳酸钙纳米晶须6-8份。
所述抗冲改性剂为丙烯酸酯；或者甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物；或者氯化聚乙烯。
所述金属纤维为不锈钢金属纤维，金属纤维的长度为0.5～2mm。
所述玻璃纤维的长度为0.1-5mm。
所述阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物。
所述稳定剂为有机锡稳定剂或金属皂稳定剂，所述颜料为二氧化钛、炭黑或着色剂。
所述增溶剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
所述润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、脂肪酸酯蜡和金属皂中的两种及两种以上的混合物。
所述加工助剂为丙烯酸类加工助剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂dltp、抗氧剂dstp、抗氧剂odp或双酚a，阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化钼、八钼酸铵、硼酸锌、三氧化二锑和二茂铁中的一种或几种的混合物。
abs为丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，a代表丙烯腈，b代表丁二烯，s代表苯乙烯，abs树脂具有优良的加工性能，而且冲击强度高。
纯pvc抗冲性能差、特别是低温冲击性能差，耐候性差，在很多领域应用受限，因此需要加入抗冲改性剂提高其韧性和耐候性能。
金属纤维同有机和无机纤维一样具有独特的性能和广泛的用途，金属纤维具有良好的导电、导热、导磁和耐高温性能，而且制造方法较简单，成本价格便宜。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，作为强化塑料的补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大。抗拉强度在标准状态下是6.3-6.9g/d，湿润状态5.4-5.8g/d。密度2.54。耐热性好，温度达300℃时对强度没影响。
聚酰亚胺纤维作为高性能纤维的一个品种，具有高强高模、耐高温、耐低温和耐辐射等高性能，并且还具有良好的生物相容性和介电性能。
阻尼改性剂的作用是提高了聚氯乙烯管材的阻尼性能，提高了管材的抗冲击能力。增溶剂的作用是借助分子间的键合力，得到稳定的共混物。
纳米材料由于平均粒径处于宏观与微观的过渡区、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。与传统的聚合物增强增韧改性方法相比，纳米材料不但能全面改善聚合物的综合性能，还能赋予其奇特的性能，为聚合物的增韧增强改性增添了新的途径。碳酸钙纳米晶须的引入，能够显著改善管材的韧性及拉伸性能。
一种聚氯乙烯管材的制备方法，包括以下步骤：
1)取硅烷偶联剂0.5-6质量份，玻璃纤维10-20份，金属纤维10-15份，聚酰亚胺纤维3-12份，碳酸钙纳米晶须6-8质量份，将硅烷偶联剂喷洒在玻璃纤维、金属纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙纳米晶须上，并搅拌均匀；
2)将步骤1)中的玻璃纤维、金属纤维、聚酰亚胺纤维、碳酸钙纳米晶须和硅烷偶联剂，以及pvc树脂、abs树脂、抗冲改性剂、增溶剂、润滑剂、抗氧剂、稳定剂、阻燃剂、加工助剂、颜料和阻尼改性剂按照以下质量份搅拌混合均匀：
pvc树脂100份、abs树脂30-60份、抗冲改性剂2-5份、增溶剂5-8份、润滑剂1-3份、抗氧剂0.5-2份、稳定剂1-2份、阻燃剂6-8份、玻璃纤维10-20份、金属纤维10-15份、聚酰亚胺纤维3-12份、加工助剂1-3份、颜料0.1-4份、阻尼改性剂16-18份、硅烷偶联剂0.5-6份和碳酸钙纳米晶须6-8份；
3)将步骤2)的混合料通过造粒挤出机挤出制成粒料；
4)将上述粒料经干燥后投入螺杆式注塑机中注塑成型，得到管材。
利用硅烷偶联剂喷洒在玻璃纤维、金属纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙纳米晶上，利用硅烷偶联剂对以上材料进行改性，提高以上材料与管材聚合物之间的粘结性以及，以提高材料的力学性能。
实施例1：
本实施例材料包括pvc树脂100份、abs树脂30份、抗冲改性剂2份、增溶剂5份、润滑剂1份、抗氧剂0.5份、稳定剂1份、阻燃剂6份、玻璃纤维10份、金属纤维10份、聚酰亚胺纤维3份、加工助剂1份、颜料0.1份、阻尼改性剂16份、硅烷偶联剂0.5份和碳酸钙纳米晶须6份。
抗冲改性剂为丙烯酸酯，金属纤维为不锈钢金属纤维，金属纤维的长度为0.5～2mm，玻璃纤维的长度为0.1-5mm，阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物，稳定剂为有机锡稳定剂，颜料为二氧化钛，增溶剂为马来酸酐接枝聚乙烯，润滑剂为聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡的混合物，加工助剂为丙烯酸类加工助剂，抗氧剂为抗氧剂1076，阻燃剂为氢氧化铝。
本实施例的管材制备方法：首先按以上配比将硅烷偶联剂喷洒在玻璃纤维、金属纤维、聚酰亚胺纤维和碳酸钙纳米晶须上，并搅拌均匀；然后将以上配比的原料搅拌混合均匀后通过造粒挤出机挤出制成粒料；最后粒料经干燥后投入螺杆式注塑机中注塑成型，得到管材。
实施例2：
本实施例包括pvc树脂100份、abs树脂35份、抗冲改性剂2份、增溶剂6份、润滑剂1份、抗氧剂1份、稳定剂1.5份、阻燃剂6份、玻璃纤维10份、金属纤维15份、聚酰亚胺纤维5份、加工助剂3份、颜料0.3份、阻尼改性剂16份、硅烷偶联剂1份和碳酸钙纳米晶须7份。
抗冲改性剂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物，稳定剂为金属皂稳定剂，颜料为炭黑，增溶剂为马来酸酐接枝聚丙烯，润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和脂肪酸酯蜡的混合物。加工助剂为丙烯酸类加工助剂，抗氧剂为抗氧剂dltp，阻燃剂为三氧化钼和八钼酸铵的混合物。
实施例3：
本实施例包括pvc树脂100份、abs树脂60份、抗冲改性剂5份、增溶剂8份、润滑剂3份、抗氧剂2份、稳定剂2份、阻燃剂8份、玻璃纤维20份、金属纤维15份、聚酰亚胺纤维12份、加工助剂3份、颜料4份、阻尼改性剂18份、硅烷偶联剂6份和碳酸钙纳米晶须8份。
抗冲改性剂为氯化聚乙烯，阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物，稳定剂为金属皂稳定剂，颜料为二氧化钛和炭黑，增溶剂为马来酸酐接枝聚丙烯，润滑剂为脂肪酸酯蜡和金属皂的混合物。加工助剂为丙烯酸类加工助剂，抗氧剂为双酚a，阻燃剂为硼酸锌、三氧化二锑和二茂铁的混合物。
实施例4：
本实施例包括pvc树脂100份、abs树脂50份、抗冲改性剂4份、增溶剂6份、润滑剂2份、抗氧剂1.5份、稳定剂1.5份、阻燃剂7份、玻璃纤维15份、金属纤维13份、聚酰亚胺纤维10份、加工助剂2份、颜料3份、阻尼改性剂17份、硅烷偶联剂4.5份和碳酸钙纳米晶须7份。
抗冲改性剂为氯化聚乙烯，阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物，稳定剂为有机锡，颜料为着色剂，增溶剂为马来酸酐接枝聚乙烯，润滑剂为脂肪酸酯蜡的混合物。加工助剂为丙烯酸类加工助剂，抗氧剂为抗氧剂odp，阻燃剂为硼酸锌。
实施例5：
本实施例包括pvc树脂100份、abs树脂40份、抗冲改性剂4份、增溶剂6份、润滑剂2.5份、抗氧剂1份、稳定剂1.25份、阻燃剂6.5份、玻璃纤维18份、金属纤维13份、聚酰亚胺纤维5份、加工助剂1.5份、颜料0.7份、阻尼改性剂16.5份、硅烷偶联剂5份和碳酸钙纳米晶须7.5份。
抗冲改性剂为丙烯酸酯，阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物，稳定剂为金属皂稳定剂，颜料为炭黑，增溶剂为马来酸酐接枝聚乙烯，润滑剂为金属皂、氧化聚乙烯蜡和脂肪酸酯蜡的混合物。加工助剂为丙烯酸类加工助剂，抗氧剂为抗氧剂dstp，阻燃剂为二茂铁。
实施例6：
本实施例包括pvc树脂100份、abs树脂45份、抗冲改性剂4份、增溶剂6份、润滑剂2.5份、抗氧剂1.8份、稳定剂1.6份、阻燃剂6.6份、玻璃纤维14份、金属纤维13份、聚酰亚胺纤维4份、加工助剂1.6份、颜料2份、阻尼改性剂18份、硅烷偶联剂6份和碳酸钙纳米晶须8份。
抗冲改性剂为甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，阻尼改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物氢化弹性体的马来酸酐接枝物、聚烯烃弹性体的马来酸酐接枝物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的混合物，稳定剂为有机锡，颜料为二氧化钛，增溶剂为马来酸酐接枝聚丙烯，润滑剂为聚乙烯蜡和脂肪酸酯蜡的混合物。加工助剂为丙烯酸类加工助剂，抗氧剂为双酚a，阻燃剂为三氧化二锑和二茂铁的混合物。
本申请将pvc和abs进行共混，由于abs具有抗冲击性能高、耐热性好、尺寸稳定及易于加工成型等pvc所欠缺的优良特点，将abs用于pvc的共混改性，不仅能改善pvc的加工性能，而且还能显著提高pvc的力学性能，使pvc/abs共混物的冲击强度超过纯abs和pvc。
另外在聚氯乙烯管材材料中添加玻璃纤维、金属纤维和聚酰亚胺纤维，从而能够提高聚氯乙烯管材的尺寸稳定性和热稳定性，得到更好的强度和韧性，得到更好的抗冲击性能，另外抗冲改性剂和阻尼改性剂的加入，使得改性后的聚氯乙烯材料具有良好的阻尼性能和较高的软化温度，能够降低水流噪声及抵抗较强的冲击力，提高管材运行的安全性，碳酸钙纳米晶须作为改性剂，由于该纳米晶须具有超大的长径比，能使聚氯乙烯材料分子与其形成空间网络结构，提高管材的强度，同时，该纳米晶须的直径为纳米尺度，表面积大，更容易与更多的聚氯乙烯材料分子结合，其形成的网络结构更加紧密，可以显著的提高管材的强度和韧性，又不影响原有的性能，确保管材的其它性能符合相关标准要求。
需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。