增强型电力信息线缆导管及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及塑料管材技术领域，具体涉及一种电线电缆铺设使用的线缆导管及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力事业、信息产业的飞速发展发，电力信息线缆入地在城市建设和改造中 得到大规模的推广，使得线缆铺设穿线导管得到了越来越广泛的应用。线缆铺设导管种类 很多，如传统的塑料管、铸铁管、镀锌钢管、水泥管等。塑料线缆铺设导管，因具有节能、保护 生态、施工便捷等优点，应用领域广泛，成为新世纪城建管网的主力军，尤其是新型环保塑 料管材的广泛使用，掀起了替代传统管材的革命。
[0003] 用作线缆铺设导管的塑料管通常为硬聚氯乙烯(UPVC)管。UPVC线缆导管被大量用 来代替传统的钢管、铸铁管，原因在于UPVC管材的技术进步，使得UPVC管材的强度得到很大 提高，UPVC管材用作线缆导管，在UPVC线缆导管地下埋设过程中，可不用开挖管沟，可采用 定向钻孔方法铺设导管，可充分发挥UPVC导管的性能，较之其他材质导管，具有无可匹敌的 克争优势。
[0004] 硬聚氯乙烯(UPVC)管的制备，是以PVC(聚氯乙烯)树脂为基体材料，辅以恰当的助 剂(稳定剂、改性剂、润滑剂、填充剂等），配以合理的加工工艺条件进行制备。PVC(聚氯乙 烯)树脂加工性能较差，加工范围较窄，成型条件极为苟刻，对于UPVC管生产企业来说，所选 择的助剂类型与配比是否恰当，所确定的工艺步骤与条件是否合理，决定了其所制备的 UPVC管材质量。生产实践表明，当UPVC管材料的助剂类型与配比选择不恰当，加工工艺条件 不合理，所制备出的UPVC管材的拉伸强度及韧性都较差，通常表现为塑料管易脆，延伸率低 而易断裂。当UPVC管材料的助剂类型与配比恰当，工艺步骤条件合理，所制备出的UPVC管 材，拉伸强度曲线具有明显屈服，延伸率较大。现有技术的UPVC管材，按GB/T5836.1-92标准 检测落锤冲击试验，多年检测发现，一次通过率仅为不足50%，许多产品甚至10次冲击，全 部破裂，因此塑料管材的抗冲击性较差。作为线缆铺设导管的UPVC管材，除了应具有良好的 力学性能，还应具有比较好的软化温度。现有技术的UPVC管材，管材的软化温度一般都较 低，存在易于遇热变形的问题，具体表现在试验性能上，是维卡软化温度较低（小于79°C)。 实践中有些厂家，为了提高UPVC管材的软化温度，简单地在配料时加大填料量。这样做的确 可提高软化温度，但却使管材其它性能，尤其是抗冲击性，拉伸强度、韧性大大降低。
[0005] 通过选择理想的原料、助剂种类与配比，以及生产工艺条件，使生产出的UPVC管材 既具有比较高的软化温度，又不降低或很少降低其它性能，一直是本领域有待解决的课题。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术制备的线缆导管的不足，本发明的首要目的是提供一种新的电力信 息线缆导管，使线缆导管具有比较高的力学性能和比较高的软化温度，提高导管的使用寿 命，满足工程建设要求;本发明的第二个目的是提供该电力信息线缆导管的制备方法。
[0007] 针对本发明的首要目的，本发明提供的增强型电力信息线缆导管，其管材原料组 成组分以重量份计主要包括： CPVC 厕份 PVC 0~30份 ACR 1 ~5 ：# 碳酸钙 5~2〇份 Γ ? 钙/锌复合稳定剂 2~&份
[0008] β-二耐 αι~ο:·6:份 水滑石 0.1-0.6份 有机桂球形微粉 0.5~5份 加工助刺 1~3份 颜料 0.2~3份。
[0009] 在上述管材原料组成成分的技术方案中，所述CPVC(氯化聚氯乙烯)优选氯重量含 量为61%~68%的0?￥(：;所述?￥(：(聚氯乙烯）优选型号365的？￥(：，含量最好为10~30重量 份;所述有机硅球形微粉优选聚甲基硅倍半氧烷球形微粉;进一步优选粒径为12~250nm的 聚甲基硅倍半氧烷球形微粉;所述加工助剂可为聚乙烯蜡、硬脂酸、石蜡、PE腊、抗氧剂和抗 UV(紫外线)剂中的至少一种。所述颜料可为大分子桔红、大分子大红、钛白粉、大分子黄、大 分子红、大分子黑、酞箐绿和酞箐蓝中的至少一种。
[0010] 针对本发明的第二个目的，本发明提供的增强型电力信息线缆导管的制备方法， 主要包括如下工艺步骤：
[00?1 ] (1)预混料的制备：将配方量的原料各组分加入到105rpm~115rpm的行星混合器 中，于60°C~70°C下搅拌混合8~lOmin出料，得到预混料；
[0012] (2)线缆导管材料的制备：将步骤（1)制得的预混料送入螺杆转速为lOOrpm~ llOrpm的双螺杆挤出机，于120°C~180°C下熔融挤出，挤出的熔融料经风冷磨面切粒，即制 得线缆导管材料；
[0013] (3)线缆导管成型制备：将步骤（2)制得的线缆导管材料送入转速为90rpm~ 120rpm配置螺旋管材机头的单螺杆挤出机，于120~185 °C下挤出熔融状态管坯，管坯经整 型、冷却、切割，即获得增强型电力信息线缆导管。
[0014] 在本发明上述增强型电力信息线缆导管的制备方法中，所述单螺杆挤出机的螺旋 管材机头优先采用硅油外循环加热，保持机头内的物料处于熔融挤出温度。螺旋管材机头 采用硅油外循环加热，易于保证机头温度的精准度，确保加工出的线缆导管管材性能。
[0015] 氯化聚氯乙烯(CPVC)与聚氯乙烯PVC)相比，提高了维卡软化温度，但增加了加工 难度，除此之外，其他性能均与聚氯乙烯相同，都具有优良的耐腐蚀性、难燃性和高力学性 能。聚氯乙烯结构中含有双键、支化点和引发剂残基等，加热到l〇〇°C即伴随着脱氯化氢反 应降解，在加工温度（>170°c)下降解反应加快，迅速发生大分子交联，聚合物的颜色加深 直至变黑，物理性能遭到破坏，释放出氯化氢气体。鉴于聚氯乙烯存在一些不理想的结构， 对其热稳定性产生有害的影响，因此，在聚氯乙烯中必须使用稳定剂来加以控制，阻止聚氯 乙稀的分解。
[0016] 本发明采用钙锌复合稳定剂体系阻止氯化聚氯乙烯的分解，稳定剂体系以钙锌复 合稳定剂为主稳定剂，以二酮、水滑石为辅助稳定剂。在硬质塑料管材的生产中，现有技 术已有用于以PVC为基体料的钙锌稳定剂，但用于以CPVC为基体料的钙/锌稳定剂还未见报 道。钙锌复合稳定剂的热稳定性不如铅盐，但自身具有一定的润滑性，透明性差，易喷霜等 特点。本发明根据以CPVC为基体料管材加工困难的特殊性，为了提高钙锌复合稳定剂的稳 定性，在导管材料中加入了 β-二酮、水滑石、ACR(丙烯酸酯类聚合物）、加工助剂来改善其加 工性能和提尚环保等级。
[0017] 硬脂酰苯甲酰甲烷(β-二酮），其结构中有一个可以形成鳌环的羟基氧原子和一个 能被金属离子取代的氢原子，很容易脱离氢核，形成酮的互变异构体，是一种反应性很高的 化合物。二酮互变异构体能与金属离子形成鳌合物，置换CPVC烯分子中不稳定的氯原子， 抑制脱氯化氢反应，具有防止CPVC分解的功能。β-二酮化合物与CPVC中C1置换，从而使CPVC 不稳定的成分稳定化，形成强有力的C-C键，成为凝胶稳定的结构。β-二酮与钙锌稳定剂并 用，能产生明显的协同效应。本发明正是基于β-二酮的上述性能，选用β-二酮作为辅助稳定 剂。
[0018] 水滑石属于层状镁/铝碱式碳酸盐，它是直接影响钙锌复合稳定剂长期热稳定性 的重要辅助稳定剂，在PVC的稳定剂组合中用作酸中和剂，与脂肪酸锌并用于CPVC，有卓越 的抗热及抗色变性能，明显改善CPVC长期热稳定性。本发明正是基于水滑石的上述性能，选 用水滑石作为辅助稳定剂。
[0019] 在本发明的钙锌复合稳定剂的稳定体系中，β-二酮、水滑石协效热稳定剂的作用 并不是"交换再生"主效热稳定剂(钙锌复合稳定剂），而是"中和HC1"，协效热稳定剂(β-二 酮、水滑石)是用于"中和HC1"，减弱HC1对CPVC热降解的催化作用，同时减缓主效热稳定剂 的消耗，减慢CPVC的变色速率，而主效热稳定剂通过取代不稳定氯而抑制CPVC热降解的引 发，不仅控制了 CPVC色变，也减缓了协效热稳定剂的消耗，主效与协效热稳定剂的这种相互 保护作用正是协同效应的重要体现，也是本发明主要发明点。
[0020] 本发明所选用的ACR(丙烯酸酯类聚合物)是丙烯酸酯类聚合物的简称，是由甲基 丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯组成，ACR除了具有优良的抗冲击性、耐候性 外，还兼具有加工改性剂的功能。
[0021] 本发明所选用的有机硅球形微粉为一种高分子聚合物交联体（聚甲基硅倍半氧 烷)组成的球形微粉，能润滑线缆导管内外表面（内表面滑润有利于穿、撤线缆），具有爽滑 感、抗刮痕、耐摩擦性，在线缆导管中是一种多功能性的添加剂。在氯化聚氯乙烯导管材料 中加入有机硅球形微粉颗粒，作为分散相的有机硅颗粒均匀地弥散在软而具有延性的CPVC 树脂中，由于弥散于导管材料中的有机硅颗粒很小，作为弥散相的有机硅小颗粒能阻碍位 错运动，因此能对CPVC管材产生显著的强化作用。实验表明，少量的有机硅球形弥散相颗粒 可生产显著的强化效应。本发明选用有机硅球形微粉作为增强CPVC管材的弥散相，可显著 的增强CPVC管材的力学性能。
[0022] 本发明根据流变学理论，在加工生产过程中，使用转矩流变仪测量"凝胶化"。"凝 胶化"是CPVC管材质量的重要性能指标。通过改变转矩流变仪密炼机的温度、转速、加料量 等工艺参数，观察转矩流变曲线变化情况，可以评价CPVC物料的热稳定性能，并且作出及时 的调整。本发明采用转矩流变仪/DSC(差示扫描量热仪)法测定CPVC凝胶化度的变化规律， 结果表明，其凝胶化度随加工时间、加工温度增加而增加，共混体系中刚性粒子(有机硅球 形微粉)有利于促进CPVC的凝胶化，当CPVC的凝胶化度值在70 %左右时其力学性能最佳，如 表1所示。
[0023] 表 1
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[0025] 本发明提供的增强型电力信息线缆导管，管材以CPVC和PVC为基体材料，以钙锌复 合稳定剂为主稳定剂，以二酮和水滑石为辅助稳定剂，配以ACR、碳酸钙、有机硅球形微粉 和加工助剂所制得的线缆导管，其管材的维卡软化温度得到了显著提高，可达90Γ以上;管 材的力学性能明显的改善，拉伸屈服强度可大于40MPa，扁平试验无破裂，落锤冲击试验小 于10%，其力学性能和维卡软化温度都优于现有技术的线缆导管。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和技术效果：
[0027] 1、本发明制备的增强型电力信息线缆导管，因采用转矩流变仪对CPVC材料的流变 性能、凝胶化度、原材料进库检测、产品开发、配方优化、生产工艺与生产过程进行全程控 制，保证了线缆导管始终处于最佳质量状态。
[0028] 2、本发明制备的增强型电力信息线缆导管，利用弥散强化技术，以刚性微粒有机 硅球形微粉为弥散相，均匀分布于CPVC相中，能产生很好的强化作用，提高了管材的综合性 能。
[0029] 3、本发明制备的增强型电力信息线缆导管，选用丙烯酸酯类聚合物ACR对以CPVC 为主要基体材料的导管管材的抗冲性、加工温度范围的扩大、低模胀性(热收缩率低）、加工 改性特性(缩短物料熔融塑化时间）、提高管材的耐候性都具有良好的效果。
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