耐高温抗冲击硬质聚氯乙烯波纹管专用粒料及其制备方法与流程

本发明属于管材材料，具体涉及耐高温抗冲击硬质聚氯乙烯波纹管专用粒料及其制备方法。

背景技术：

1、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)，英文简称pvc，是世界上产量第三大的合成聚合物塑料(仅次于聚乙烯和聚丙烯)，纯聚氯乙烯树脂是坚硬的热塑性物质，其分解温度与塑化温度极为接近，而且机械强度较差。因此，无法用聚氯乙烯树脂来塑制产品，必须加入增塑剂、稳定剂、填料等以改善性能，制成聚氯乙烯塑料，然后再加工成各类产品。

2、聚氯乙烯虽然已发展成为一种产量大、综合性能优良且应用广泛的通用树脂，人们也在不断尝试从各个方面(例如加工性能、抗冲击性、耐热性和增塑剂迁移等)对其进行改性，但由于其自身的缺陷仍然制约着它的进一步发展，最主要的问题是耐热性不好，如高温流动性欠佳，在改性加工过程中总是伴有聚氯乙烯的分解，损害了聚氯乙烯的加工性能，分解后在主链上形成不饱和双键，从而导致聚合物变色，性能下降；聚氯乙烯的耐药性与阻燃性虽好，但其维卡软化点温度只有70℃左右，最高连续使用温度仅65℃，耐热性比较差，限制了其应用范围。

3、cpvc(氯化聚氯乙烯)树脂是一种由pvc氯化改性制得的树脂。由于含氯量高，耐热性优于聚氯乙烯，维卡软化点温度可达110℃以上，长期使用温度达到100℃。阻燃性也优于聚氯乙烯，氯含量为质量份数67％的cpvc氧指数可达70％以上，相应聚氯乙烯极限氧指数仅为45％～49％。而且cpvc价格低廉、力学强度高、硬度大、耐腐蚀等优良性能使其在化工、建材、电器及黏合剂等领域具有广阔的应用前景。但由于cpvc熔体黏度大，热稳定性不好，加工温度和分解温度相近，限制了cpvc树脂的广泛应用。当cpvc的氯含量在质量份数65％左右时，其拉伸强度、弯曲度强度优于聚氯乙烯。当氯含量大于质量份数70％时，由于分子极性增加及空间位阻效应，分子内旋转受到限制，使其加工性能明显劣化，而且冲击强度低、韧性差，严重影响其应用范围。所以要克服cpvc树脂难加工、冲击强度偏低的缺陷，仍然需要对cpvc进行进一步地改性。

4、除了上述提到的通过氯化方式对pvc耐热性改性的方法外，对pvc的耐热性改性还有下列几个途径：与耐热性聚合物共混改性、共聚改性等。但是虽然这几种改性方法均可以有效地提高聚氯乙烯的耐热性，但无一例外地会造成聚氯乙烯的物理机械性能的损失，尤其是缺口冲击强度，由80j/m急剧下降至30j/m，严重影响到下游制品的正常使用。

5、目前市场上提供的聚氯乙烯波纹管专用粒料就存在上述提及的pvc材料缺陷问题：不耐高温，受热易变形，表现为材料维卡软化点温度相对偏低；不耐冲击，安装、使用时易开裂，表现为材料缺口冲击强度相对偏低。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提供一种耐高温抗冲击硬质聚氯乙烯波纹管专用粒料，解决了现有聚氯乙烯波纹管耐热低、冲击强度低等问题，通过氯化聚氯乙烯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的高热变形温度能够提升耐高温性，增韧剂和加工改性剂的复合增韧体系提升抗冲击性能的同时降低了对耐高温的影响。

2、为实现以上技术目的，本发明的一种技术方案是：

3、耐高温抗冲击硬质聚氯乙烯波纹管专用粒料，其质量配方如下：

4、pvc树脂100份、耐热改性树脂40～60份、钙锌-锡复合热稳定剂5～8份、增韧剂10～20份、润滑剂2～4份、加工改性剂5～8份、天然石蜡脱模剂1～2份；所述耐热改性树脂采用氯化聚氯乙烯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂复合耐热改性体系。

5、上述技术方案，具备以下有益效果：

6、(1)该耐高温抗冲击硬质聚氯乙烯波纹管专用粒料的配方中，热稳定剂采用钙锌-锡复合热稳定剂，形成了兼具耐热性和热稳定性的复合稳定剂体系；

7、(2)耐热改性树脂采用氯化聚氯乙烯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂复合耐热改性体系，由于氯化聚氯乙烯树脂的高含氯量，保留了聚氯乙烯的优良化学性，又提高了耐热性，维卡软化点温度可以达到110℃以上，与聚氯乙烯共混能有效提高混合物的耐热温度，但用于熔体黏度大，难以加工；加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂，可以降低氯化聚氯乙烯树脂的熔体黏度，且丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂维卡软化点温度也在105℃以上，从而在不影响混合物的整体耐热性的情况下改善了氯化聚氯乙烯熔体黏度大的缺陷，即通过氯化聚氯乙烯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的高热变形温度能够提升耐高温性；

8、(3)采用增韧剂和加工改性剂的复合增韧体系提升抗冲击性能的同时降低了对耐高温的影响。

9、作为优选，所述氯化聚氯乙烯树脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的质量比为1∶1～3∶1；由于氯化聚氯乙烯树脂的高含氯量，提高了耐热性，维卡软化点温度可以达到110℃以上，与聚氯乙烯共混能有效提高混合物的耐热温度，但用于熔体黏度大，难以加工；加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂，可以降低氯化聚氯乙烯树脂的熔体黏度，且丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂维卡软化点温度也在105℃以上，从而在不影响混合物的整体耐热性的情况下改善了氯化聚氯乙烯熔体黏度大的缺陷。

10、作为优选，所述钙锌-锡复合热稳定剂采用硬脂酸钙-硬脂酸锌稳定剂和硫醇甲基锡-马来酸二丁基锡复合稳定剂，且硬脂酸钙-硬脂酸锌稳定剂与硫醇甲基锡-马来酸二丁基锡复合稳定剂的质量比为3∶1～5∶1；硬脂酸钙-硬脂酸锌稳定剂是基于金属盐的无毒稳定剂，具有良好润滑性、金属表面剥离性，且熔点较高，能够不影响材料的耐热温度，但热稳定性方面效果一般，加入少量硫醇类有机锡稳定剂，能够补足这一缺陷，形成兼具耐热性和热稳定性的复合稳定剂体系。

11、作为优选，所述增韧剂采用甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯树脂和氯化聚乙烯树脂中的至少一种；增韧剂采用甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯树脂，由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯与苯乙烯采用乳液聚合的方法聚合而成，在亚微观形态上具有核-壳结构，当共混物受到冲击时，由橡胶相组成的核导致应力集中引发大量银纹起到吸收冲击能量的作用，且丙烯酸酯类增韧剂中丁二烯具有弹性使共混物韧性更好，具有很好的增韧效果，而且丙烯酸酯类增韧剂壳层的甲基丙烯酸甲酯与加工改性剂的溶度参数相近，丙烯酸酯类增韧剂与加工改性剂起到黏结剂的作用，增加氯化聚氯乙烯与聚氯乙烯分子的相容性，促使氯化聚氯乙烯与聚氯乙烯在加工熔融时形成均相，使熔体剪切力增大，从而提高了共混物的吸收冲击能量的效果，增大了共混物的缺口冲击强度；氯化聚乙烯是由高密度聚乙烯氯化而成，一般含氯量20～50％，具有良好的耐候性、耐寒性、耐化学药品性、耐油性，同时还具备良好的电性能，并具有阻燃性，而作为聚氯乙烯树脂的增韧剂时，形成连续网络结构的氯化聚乙烯树脂类似于交联橡胶，具有一定的高弹性，可在外力方向上作较大应变，也消耗一定的外功，从而对聚氯乙烯树脂的增韧作出一定贡献。

12、作为优选，所述润滑剂采用甘油偏脂肪酸酯、脂肪酸复合酯、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡中的至少一种；甘油偏脂肪酸酯、脂肪酸复合酯通过脂肪酸与不同的醇反应制得。除润滑效果很好外，它们还可以改善聚氯乙烯树脂的分散性和浸润性。脂肪酸酯与聚氯乙烯树脂的相容性好，具有平衡的内润滑和外润滑效果，对粘合性能影响小。此外，脂肪酸酯还具有增塑剂的效果，可以降低聚氯乙烯树脂的粘度，提高聚氯乙烯树脂流动性；聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡是一种完全饱和的乙烯均聚物，在挤出或压延等加工过程中，聚氯乙烯树脂受剪切应力作用，进入加工设备腔壁微孔，阻碍熔体的流动，发生粘壁现象，会降低制品的加工性能和挤出外观光滑性，聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡可以大部分溢于熔体表面并与加工机械界面之间形成一层润滑膜，从而减小了聚氯乙烯树脂与加工设备金属表面间的摩擦。

13、作为优选，所述加工改性剂采用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物与α-甲基苯乙烯的共混物；加工改性剂采用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物与α-甲基苯乙烯的共混物，主要成分为甲基丙烯酸甲酯与甲基苯乙烯，将加工改性剂与聚氯乙烯树脂混合后，在受热及剪切力作用下加工改性剂先融化，然后黏附在聚氯乙烯树脂上形成网络状结构，同时将外部的剪切力传递给树脂促使聚氯乙烯塑化，可以明显改善熔体的流动性、提高熔体强度、制品的塑化程度，提高制品的物理机械性能。

14、作为优选，所述天然石蜡脱模剂采用石油或页岩油中的固体烃化物提炼的固体石蜡；外观为白色固体结晶，含油量低，有较好的可塑性，有一定的强度和韧性，固体石蜡与聚氯乙烯树脂不相容，但润滑效率较高，可提高聚合物与金属间的润滑性，提高挤出效率，改善着色剂的分散性，赋予制品良好光泽。

15、为实现以上技术目的，本发明还提供上述耐高温抗冲击硬质聚氯乙烯波纹管专用粒料的制备方法，步骤包括：

16、按照配方比例准备pvc树脂、氯化聚氯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、钙锌-锡复合热稳定剂、增韧剂、润滑剂、加工改性剂、天然石蜡脱模剂；

17、将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂加入球磨机中球磨处理，形成丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉料；

18、将pvc树脂和氯化聚氯乙烯树脂加入高速混合机中搅拌混合5～10min得到预混合粉；

19、将钙锌-锡复合热稳定剂、润滑剂、加工改性剂、天然石蜡脱模剂加入至预混合粉内，搅拌均匀，然后加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉料和增韧剂，搅拌至完全混合，得到混合粉；

20、将混合粉加入至低速混合机中搅拌混合10～20min，然后冷却，再置于双螺杆挤出机中经熔融挤出、冷却、切粒即可得到耐高温抗冲击硬质聚氯乙烯波纹管专用粒料。

21、上述制备方法，具备以下优点：

22、通过简单、高效率的混合及造粒工艺，实现了聚氯乙烯/耐热改性树脂与增韧剂的物理改性，提高了聚氯乙烯树脂的耐热性与韧性。

23、作为优选，所述pvc树脂和氯化聚氯乙烯树脂的搅拌混合温度为80～130℃，压力为0.3～0.7mpa；80～130℃的温度有助于其它助剂渗入聚氯乙烯树脂/耐热改性树脂的空隙，使助剂在树脂中分散均匀，温度在100℃以上还有利于物料中水分及各种小分子挥发物的蒸出。

24、作为优选，所述低速混合机的搅拌混合温度为40～60℃，所述双螺杆挤出机的锥形双螺杆压缩比为3.5～5.0，螺杆转速为30～50r/min，挤出造粒温度为150～180℃，停留时间为1～2min；低速混合后，混合粉完全冷却，防止因散热不及时引起的物料分解和助剂挥发的问题。