PVC大型双层轴向中空壁管材及大口径输水管材的研制及应用
2016-08-23 13:06:48 来源：舟山盈科塑料机械有限公司
PVC大型双层轴向中空壁管材及大口径输水管材的研制及应用
PVC中空壁管的结构设计
见图1，采用计算机辅助设计，对PVC轴向中空壁管道的截面结构进行了优化。在原材料用量*低的情况下，管材的性能满足使用要求。在环刚度相同的情况下，经优化的中空壁管比实壁管材节约原材料20%以上。
PVC中空结构壁管的生产工艺
配方设计
按照GB/T18477.3-2009《埋地排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）结构壁管道系统 第3部分：双层轴向中空壁管材》对管材性能的要求，主要包括：纵向回缩率、烘箱试验、冲击性能、环刚度、环柔性；此外，还要保证PVC树脂热稳定性能的要求，储存过程对光稳定性能的要求。
图1 管道截面
图2 流变曲线
大口径PVC中空结构壁管其配方体系主要包括：PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、抗冲改性剂、填料、炭黑、钛白粉等。
生产工艺
挤出工艺按照马鞍形温度设计，且模具控温模块化设置，可更好的控制成品壁厚。
温度按马鞍型设置：
1）挤出机前段设定温度高，使配混料达到半塑化状态，有利于低挥发温度物质变为气体状态；抽真空时，物料吸出少。
2）挤出机后段温度设定温度低，为了材料稳定性能的需要。
3）模体部分温度再逐渐升高，是为了让管材达到比较合适的凝胶化度，保证管材的综合性能。
PVC中空壁管的性能
PVC中空壁管的应用领域
排水排污管
优点：1）施工连接方便；2）配件齐全；3）内壁光滑、水流阻力小；4）耐腐蚀；5）性价比高；6）与复合管材相比较低的环刚度即可满足纵向变形量和强度的要求。
施工方便、连接可靠
产品连接方式可分为：胶粘式连接、胶圈式连接。
胶粘式连接：采用PVC管材胶合剂，施工速度快，连接可靠。
胶圈式连接：采用燕尾型结构的胶圈可达到良好的密封效果。
图5 排水排污应用施工现场图片
PVC中空壁管配件
图6 PVC中空壁管配件
弯曲抗拉强度和竖向变形率计算
排水排污管道关键技术指标为管道的弯曲抗拉强度及管道竖向变形率，以dn1000、SN4 型中空管材为例进行的强度计算和竖向变形率。
1）PVC中空结构壁管道的弯曲抗拉强度要求≤16MPa
依据管壁截面环向弯曲拉应力计算公式，管道在覆土埋深6m时的弯曲拉应力为0.58MPa＜16MPa，满足弯曲抗拉强度的要求。
2）管道竖向变形率不得大于5%
通过公式在埋深6m情况下通过计算其变形量△r仅为42mm，管道竖向变形率小于5%。
通过上述计算可知：SN4型PVC中空结构壁管材的纵向变形率和强度两个指标 与SN8型聚乙烯钢带增强管相当。
大口径PVC输水管材的开发与研制
开发背景：城市化进程的稳步推进；城市日供水量急剧增加；城市缺水问题：北京、山东、河北；对城市陈旧管网的改造势在必行；南水北调支线工程的开展；原油价格逐渐上涨。
市场前景：我国现有给水管网主要是钢管、铸铁管、玻璃钢管、PCCP管；传统压力管道由于卫生性、腐蚀性等不能满足需求；市政给水管材的改造工程日益增加；应用领域为市政给水、水库集中供水等。
现阶段我国城市人口日用水量按平均要求150L人/日算（数据引自SL310 村镇供水工程技术规范），一个中等城市按照100万人口计算，日用水量15万吨。而一条dn1600的PVC管材不计水头损失按照水流1.5m/s计算日供水量可达26万吨，可完全满足一座中等城市的用水。
大口径聚氯乙烯管材生产技术
主要技术问题：PVC配混料的研制，尤其是热稳定性；模具设计与制造；辅助设备结构设计。
配方体系的选择：
a. 按照GB/T10002.1《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》对管材性能的要求来设计配方。
b. 稳定剂。
c. 选用耐热优良的高锡含量有机锡稳定剂，来满足PVC混合料在挤出过程中的稳定性。因为我们在设计大口径聚氯乙烯管材模具的过程中就充分考虑到PVC在挤出过程中的受热时间，所以采用高效的稳定剂来满足加工要求。
d. 润滑剂。
e. 模体因为自重和分流合流的流道设计，模体同PVC混合料的接触面积大大增大，采用一些高分子量的润滑剂来提高脱模性。
f. 在确定有效的稳定体系、润滑体系后，在此基础上进行管材的挤出成型试验，通过调整加工工艺参数和加工助剂来优化配方。
挤出模具设计
a. 模体内部结构采用分流技术，使PVC混配料在模体中更好吸收热量达到*佳塑化效果。
b. 分流器采用错位设计，可解决常规分流装置中分流愈合线问题。
c. 采用优质钢材锻造、模具内腔镀铬处理，克服了采用铸钢件制造存在气孔、砂眼的质量缺失。
d. 模芯部采用分段式电加热温控精度高、可防止局部高温。
e. 加热圈分区多达50区，对模具各区域温度调节可控；另外模体型腔设计特殊，可保证模头在高背压下缓解大口径管材合模线问题。
辅助设备结构设计
真空定型
大口径PVC管材制品由于其壁厚较大，真空定型难度较大，为解决其真空定型问题，设计增加真空泵的数量及增大真空泵的流量及功率来满足要求。
由于大口径PVC管材制品自重大，生产过程中不圆度控制困难。为解决上述问题在辅助设备中设置多组校正装置来解决生产中的不圆度问题。
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