一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材及其制备方法 (High-strength high-temperature-resistant chlorinated polyvinyl chloride bar and preparation method thereof ) 是由 肖斌 金胜波 王曙光 孟祥昊 李胜华 董军宁 杨林 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的原材料,按重量份计,包括：高聚合度CPVC树脂100份,稳定剂7.5-10份,内润滑剂1.5-3份,外润滑剂0.6-1.7份,抗冲改性剂6-7.5份,加工助剂1.2-1.7份,填料1-1.5份,颜料0.05-0.06份；所述聚氯乙烯棒材生产中使用的双螺杆挤出机采用锥形双螺杆挤出机；制备的氯化聚氯乙烯棒材的密度能达到1.51-1.52g/cm～(3),热变形温度能达到117-122℃,拉伸强度能达到60-61MPa,弯曲强度能达到72-74MPa,拉伸弹性模量能达到2780-2900MPa。(A raw material of a high-strength high-temperature-resistant chlorinated polyvinyl chloride bar comprises the following components in parts by weight: 100 parts of high-polymerization-degree CPVC resin, 7.5-10 parts of stabilizer, 1.5-3 parts of internal lubricant, 0.6-1.7 parts of external lubricant, 6-7.5 parts of impact modifier, 1.2-1.7 parts of processing aid, 1-1.5 parts of filler and 0.05-0.06 part of pigment; the double-screw extruder used in the production of the polyvinyl chloride bar adopts a conical double-screw extruder; the density of the prepared chlorinated polyvinyl chloride bar can reach 1.51-1.52g/cm 3 The thermal deformation temperature can reach 117-122 ℃, the tensile strength can reach 60-61MPa, the bending strength can reach 72-74MPa, and the tensile elastic modulus can reach 2780-2900 MPa.)
技术领域
本发明涉及氯化聚氯乙烯技术领域，具体涉及一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材及其制备方法。
背景技术
氯化聚氯乙烯（CPVC）树脂是聚氯乙烯（PVC）树脂经深度氯化改性得到的高性能材料,改性后CPVC的氯含量达到65-72%，产品的热变形温度能达到125℃以上，材料的拉伸力学强度能达到60MPa以上，此外，CPVC材料的耐腐蚀性、耐候性和阻燃性也进一步提高，成为综合性能优异的一种工程材料,CPVC产品广泛应用于化工、电力、消防、建筑、汽车、采矿、输水管道等众多领域，成为近年来发展迅速的高性能工程材料。
化工行业领域需要很多结构复杂的氯化聚氯乙烯（CPVC）部件，这些CPVC部件要具备高强度、耐高温和耐腐蚀等综合性能。众所周知，CPVC材料的加工成型方式主要有挤出加工和注塑加工，但是很多部件的结构过于复杂，难以通过挤出和注塑技术来完成加工,因此工程师们将CPVC材料加工成一种圆棒，然后通过车削技术完成了复杂CPVC部件的生产加工，这样就解决了一个行业的重大难题。
从生产技术来看，CPVC棒材生产加工目前采用如下工艺技术：首先将CPVC树脂和相关助剂按照一定比例混合成配混料，然后利用双螺杆设备进行造粒，造粒完毕后再用单螺杆挤出机进行棒材挤出，最后冷却定型完成CPVC棒材生产，这导致生产工序复杂，效率低下，能耗提高。
从配方来看，用于CPVC棒材生产的CPVC树脂聚合度相对较低，基本都在1000以下；选用的CPVC树脂氯含量普遍都67%以下，这两个因素就决定了目前CPVC棒材的力学强度和热变形温度相对较低，难以满足高耐热和高强度的应用。
因此，CPVC棒材的加工技术和难度要远高于管材、型材和注塑件的加工，CPVC棒材生产加工对原料、设备、工艺都有着更高的技术要求，目前国内厂家只能生产一些性能指标较低的小尺寸棒材，大口径棒材、高强度、高耐热棒材几乎全部为进口，价格昂贵，限制了此类产品的应用推广。
发明内容
本发明提供一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材及其制备方法，通过采用高聚合度，高氯含量的CPVC树脂，制备稳定性好，加工性好，热变形温度高，拉伸强度高的CPVC棒材配混料，并通过对CPVC棒材模具进行优化改进，通过挤出加工一次成型制备性能优异，外观良好的高性能CPVC棒材。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的原材料，按重量份计，包括：高聚合度CPVC树脂 100份，稳定剂7.5-10份，内润滑剂1.5-3份，外润滑剂0.6-1.7份，抗冲改性剂6-7.5份，加工助剂1.2-1.7份，填料1-1.5份，颜料0.05-0.06份。
所述高聚合度CPVC树脂的聚合度1100-1300，氯含量为68.5-70%。
所述稳定剂为有机锡，复合钙锌稳定剂，稀土复合改性稳定剂，沸石改性稳定剂，环氧改性稳定剂中的一种或几种；
优选地，所述稳定剂为有机锡；
所述内润滑剂为单甘脂，单硬脂酸，双硬脂酸，硬脂酸钙，硬脂酸甘油酯，季戊四醇酯，十二羟基硬脂酸中的一种或几种；
所述外润滑剂为石蜡，氯化石蜡，氧化聚乙烯蜡，聚乙烯蜡中的一种或几种；
所述抗冲改性剂为ACR，MBS,CPE,ABS,高抗冲HIPS中的一种或几种；
所述加工助剂为丙烯酸类加工助剂，ACR201，ACR401，PA40，PA80，ASA中的一种或几种；
所述填料为钛白粉、纳米二氧化硅、水滑石中的一种或几种；
所述颜料为炭黑、酞菁蓝中的一种或几种。
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，具体为：首先将高聚合度CPVC树脂加入到高混机中，设备开启后待高混机内的料温达到40-50℃后加入稳定剂和颜料，然后将剩余助剂一次性全部加入高混机中，充分混合至料温达到110-120℃后放入冷混机中搅拌，待冷却至料温为45-55℃时出料，得到CPVC棒材配混料，然后将CPVC棒材配混料加入到双螺杆挤出机中进行加工，从双螺杆挤出机挤出后得到CPVC棒材。
所述高混机的转速为500-600rpm。
所述冷混机的搅拌速度55-65rpm。
所述双螺杆挤出机的加工条件为：料筒1温度为175-182℃，料筒2温度为175-180℃，料筒3温度为170-172℃，料筒4温度为168-170℃，合流芯温度为166-170℃，模具1温度为168-172℃，模具2温度为168-172℃，模具3温度为170-174℃，模具4温度为172-176℃，模具5温度为178-190℃，模具6温度为190-200℃，螺杆为20-26转，喂料为36-65转，熔温为215-217℃，熔压为171-236bar，牵引速度为0.4-0.8米/分钟。
所述双螺杆挤出机的模具一段压缩比2.6-3:1，模具二段压缩比1.1-1.2:1。
所述模具一段包括模具2、模具3、和模具4；模具二段包括模具5和模具6。
所述CPVC棒材的热变形温度为117-122℃，拉伸强度为60-61MPa，弯曲强度为72-74MPa，弹性模量为2780-2900MPa。
所述双螺杆挤出机采用锥形双螺杆挤出机，模具采用两级压缩的结构，分别为一级压缩和二级压缩。
其中，一级压缩的熔体温度为211-213℃，熔体压力为219-221bar；二级压缩熔体温度为207-209℃，熔体压力为239-241bar。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，通过采用高聚合度、高氯含量的CPVC树脂进行棒材生产，对配方的优化改进后制备的耐高温、高强度的CPVC棒材产品，满足更高的使用要求，可以加工成结构复杂的特种CPVC部件，还能加工成高强度、耐腐蚀塑料螺栓；
（2）本发明高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，通过制备稳定性好、加工性好、热变形温度高、拉伸强度高的CPVC棒材配混料，该配混料具备优异的热稳定性以满足加工过程中的要求，同时该配混料还具有良好的加工性，使得加工出的CPVC棒材外观良好，无瑕疵；
（3）本发明高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，制备的氯化聚氯乙烯棒材的密度能达到1.51-1.52g/cm3，热变形温度能达到117-122℃，拉伸强度能达到60-61MPa，弯曲强度能达到72-74MPa，拉伸弹性模量能达到2780-2900MPa；
（4）本发明高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，通过改进棒材挤出模具，一次成型完成棒材制备，最大程度地减少了材料缺陷，提高了材料的整体性能；
（5）本发明高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，降低了30%-40%的能耗。
附图说明
图1是双螺杆设备各部分示意图；
图2是锥形双螺杆挤出机的两级压缩结构。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的原材料，按重量份计，包括：高聚合度CPVC树脂 100份，有机锡 3.5份，钙锌复合稳定剂 4份，十二羟基硬脂酸 1.5份，硬脂酸钙 1.5份，聚乙烯蜡 0.6份，MBS 4份，ABS 2份，ACR401 1.2份，ASA 0.5份，钛白粉 1份，炭黑 0.05份，酞菁蓝 0.01份。
所述钙锌复合稳定剂的生产厂家为山东金昌树新材料科技有限公司，型号为金昌树JCS-306。
所述高聚合度CPVC树脂的聚合度为1300，氯含量为68.5%。
所述ACR401的特性粘度为2.0dL/g，25℃。
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，具体步骤为：
1.首先将高聚合度CPVC树脂加入到高混机中，设备开启后待高混机内的料温达到45℃后加入有机锡和颜料，然后将剩余助剂一次性全部加入高混机中，充分混合至料温达到110℃后放入冷混机中搅拌，待冷却至料温为50℃时出料，得到CPVC棒材配混料。
所述颜料为炭黑和酞菁蓝。
所述高混机的转速为550rpm。
所述冷混机的搅拌速度60rpm。
2.然后将CPVC棒材配混料加入到双螺杆挤出机中进行加工，加工条件如下：
双螺杆挤出机的结构如图1所示。
其中，模具一段包括模具2、模具3、和模具4；模具二段包括模具5和模具6；模具一段压缩比3:1，模具二段压缩比1.2:1。
3.从双螺杆挤出机挤出后得到φ50口径CPVC棒材，所述CPVC棒材热变形温度为117℃，拉伸强度为60MPa，弯曲强度为72MPa，弹性模量为2800MPa。
实施例2
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的原材料，按重量份计，包括：高聚合度CPVC树脂100份，有机锡 4份，钙锌复合稳定剂 6份，单硬脂酸 0.7份，季戊四醇酯 0.8份，氯化石蜡 0.7份，石蜡 0.4份，氧化聚乙烯蜡 0.6份，CPE 6份，高抗冲HIPS 1.5份，ACR201 1.2份，纳米二氧化硅 1.5份，炭黑 0.04份，酞菁蓝 0.01份。
所述钙锌复合稳定剂的生产厂家为山东金昌树新材料科技有限公司，型号为JCS-308。
所述高聚合度CPVC树脂的聚合度为1200，氯含量为69.6%。
所述ACR401的特性粘度为2.0dL/g,25℃。
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，具体步骤为：
1.首先将CPVC树脂加入到高混机中，设备开启后待高混机内的料温达到45℃后加入有机锡和颜料，然后将剩余助剂一次性全部加入高混机中，当料温达到120℃时将高混机中的料放入冷混机中搅拌，冷却至料温50℃时出料就得到CPVC棒材配混料。
所述颜料为炭黑和酞菁蓝。
所述高混机的转速为550rpm。
所述冷混机的搅拌速度为60rpm。
2、将CPVC棒材配混料加入到双螺杆挤出机中进行加工，加工条件如下：
双螺杆挤出机的结构如图1所示。
其中，模具一段包括模具2、模具3、和模具4；模具二段包括模具5和模具6，模具一段压缩比2.6:1，模具二段压缩比1.1:1。
从双螺杆挤出机挤出后得到φ90口径CPVC棒材，所述CPVC棒材的热变形温度为119℃，拉伸强度为61MPa，弯曲强度为73MPa，弹性模量为2780MPa。
实施例3
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的原材料，按重量份计，包括：高聚合度CPVC树脂100份，有机锡 3份，钙锌复合稳定剂 5份，单甘脂 1.1份，双硬脂酸 0.5份，聚乙烯蜡0.5份，石蜡 0.2份，氧化聚乙烯蜡 0.5份，ACR 7份，ACR201 1.2份，纳米二氧化硅 1.5份，炭黑 0.04份，酞菁蓝 0.01份。
所述钙锌复合稳定剂为型号JCS-306和型号JCS-308的混合物，JCS-306和JCS-308的质量比为3:2。
JCS-306和JCS-308的生产厂家为山东金昌树新材料科技有限公司。
所述高聚合度CPVC树脂的聚合度为1100，氯含量为70%。
所述ACR401的特性粘度为2.0dL/g,25℃。
一种高强度耐高温氯化聚氯乙烯棒材的制备方法，具体步骤为：
1.首先将CPVC树脂加入到高混机中，设备开启后待高混机内的料温达到45℃后加入有机锡和颜料，然后将剩余助剂一次性全部加入高混机中，当料温达到115℃时将高混机中的料放入冷混设备中搅拌，冷却至料温50℃时出料就得到CPVC棒材配混料。
所述颜料为炭黑和酞菁蓝，
所述高混机的转速为550rpm。
所述冷混机的搅拌速度60rpm。
2.将CPVC棒材配混料加入到双螺杆挤出机中进行加工，加工条件如下：
双螺杆挤出机的结构如图1所示。
其中，模具一段包括模具2、模具3、和模具4；模具二段包括模具5和模具6，模具一段压缩比3:1，模具二段压缩比1.2:1。
3.从双螺杆挤出机挤出后得到φ32口径CPVC棒材，所述CPVC棒材的热变形温度为122℃，拉伸强度为60MPa，弯曲强度为74MPa，弹性模量为2900MPa。
实施例4
实施例1-3中的双螺杆挤出机采用锥形双螺杆挤出机，模具采用两级压缩的结构，分别为一级压缩和二级压缩，如图2所示。
其中，一级压缩的熔体温度为212℃，熔体压力为220bar；二级压缩熔体温度为208℃，熔体压力为240bar。
实施例5
将实施例1-3得到的CPVC棒材与常规技术产品的性能进行对比；
所述常规技术产品的原材料，按重量份计，包括：CPVC树脂100份，有机锡2.7份，钙锌复合稳定剂4.5份，十二羟基硬脂酸0.7份，硬脂酸钙0.5份，ABS 7份，MBS 3份，ACR4012.5份，碳酸钙3份，颜料0.01份。
所述CPVC树脂的聚合度为950，氯含量为67.1%。
所述颜料为炭黑和酞菁蓝。
所述常规技术产品的制备方法，具体步骤为：
1.首先将CPVC树脂加入到高混机中，设备开启后加入有机锡，然后在料温60-70℃时加入钙锌复合稳定剂、ACR401以及MBS、ABS，料温达到95℃时加入十二羟基硬脂酸、硬脂酸钙和碳酸钙，料温110℃时加入颜料，料温120℃时放入冷混设备中降温，待料温60℃时将料放出，得到CPVC棒材配混料；
2.然后将CPVC棒材配混料加入到双螺杆造粒机中进行造粒，双螺杆造粒机的具体参数如下：
将切出的粒子经过风冷降温，待粒子的温度达到60℃后包装得到CPVC棒材用粒料。
3.将得到的CPVC棒材用粒料加入到D75单螺杆挤出机的料斗中进行CPVC棒材挤出，冷却定型得到直径50的CPVC棒材。
D75单螺杆挤出机的加工条件为：
性能对比结果如下面所示：
从上表数据得出，采用本发明技术得到产品的热变形温度、拉伸强度和拉伸弹性模量要优于常规技术产品。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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