СМОЛЯНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ НА ОСНОВЕ ЖЕСТКОГО УПВХ, ОБЛАДАЮЩАЯ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И СОПРОТИВЛЕНИЕМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОМУ ДАВЛЕНИЮ, И ТРУБЫ ИЗ ЖЕСТКОГО УПВХ
RESIN COMPOSITION FOR MAKING PIPES BASED ON RIGID UPVC WITH HIGH STRENGTH AND RESISTANCE TO HYDROSTATIC PRESSURE, AND PIPES MADE FROM RIGID UPVC

[Область техники]
Изобретение относится к смоляной композиции для изготовления труб на основе жесткого УПВХ, обладающей высокой прочностью и сопротивлением гидростатическому давлению, и трубам из жесткого УПВХ.
[Уровень техники]
Как правило, трубы из ПВХ изготавливают методом экструзии поливинилхлорида.
Трубы из ПВХ имеют широкое применение благодаря таким свойствам, как легкость, низкая стоимость, длительный срок эксплуатации, прекрасные механические свойства, химическая стойкость, коррозионная стойкость, стойкость к действию лекарственных средств, теплоизоляционные, электроизоляционные свойства и тому подобное.
Однако в процессе эксплуатации труб из ПВХ в качестве инженерных и конструкционных материалов возможны такие проблемы, как излом, растрескивание и тому подобное из-за недостаточной ударной прочности и прочности на разрыв. Эти проблемы связаны с обратно пропорциональной зависимостью между ударной прочностью и прочностью на разрыв, то есть у трубы из ПВХ прочность на разрыв понижается с увеличением ударной прочности, а ударная прочность понижается с увеличением прочности на разрыв.
Таким образом, необходима смоляная композиция для формования труб из ПВХ, которая одновременно обладает улучшенными ударной прочностью и прочностью на разрыв и при этом имеет улучшенное сопротивление гидростатическому давлению.
[Сущность изобретения]
[Техническая задача, решаемая изобретением]
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена смоляная композиция для труб на основе УПВХ, которая содержит ПВХ со значением К от 72 до 84 без использования пластификатора и обеспечивает механические свойства в результате экструзии композиции.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена труба из жесткого ПВХ, изготовленная методом экструзии из указанной смоляной композиции для труб на основе УПВХ, которая обладает прекрасной прочностью на разрыв, прочностью при ударе падающим грузом и сопротивлением гидростатическому давлению и подходит для использования в инженерном обеспечении, строительстве, водоснабжении и канализации.
[Решение технической задачи]
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена смоляная композиция для труб на основе жесткого УПВХ, обладающая превосходной прочностью и сопротивлением гидростатическому давлению и содержащая ПВХ со значением К от 72 до 84.
Смоляная композиция для труб на основе жесткого УПВХ, обладающая превосходной прочностью и сопротивлением гидростатическому давлению, содержит от примерно 1 масс. ч. до примерно 3 масс. ч. оловянного стабилизатора (оловянного комплекса), от примерно 3 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. модификатора ударопрочности и от примерно 1 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. смазки на основе метакрилата на 100 масс. ч. ПВХ со значением К от 72 до 84.
Смазка на основе метакрилата может содержать бутилметакрилат и метилметакрилат.
Смазка на основе метакрилата может содержать бутилметакрилат и метилметакрилат в массовом отношении от примерно 1:1 до примерно 1:2.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения трубу из жесткого УПВХ, обладающую высокой прочностью и сопротивлением гидростатическому давлению, производят методом экструзии смоляной композиции.
Прочность трубы на разрыв может составлять от примерно 50 МПа до примерно 60 МПа.
[Полезный эффект]
Труба ПВХ, изготовленная методом экструзии смоляной композиции для трубы УПВХ, имеет прекрасную прочность на разрыв, прочность при ударе падающего груза и сопротивление гидростатическому давлению.
[Предпочтительное воплощение изобретения]
Вышеуказанные и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из подробного описания следующих примеров воплощения. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается следующими примерами и может быть воплощено различными способами и что примеры приведены для полного раскрытия и глубокого понимания изобретения специалистами в данной области. Объем изобретения определяют только прилагаемые пункты формулы изобретения и их эквиваленты.
Смоляная композиция для труб на основе жесткого УПВХ
Согласно одному аспекту настоящего изобретения смоляная композиция для труб на основе жесткого УПВХ, обладающая превосходной прочностью и сопротивлением гидростатическому давлению, содержит ПВХ со значением К от 72 до 84.
Как правило, трубы из ПВХ изготавливают главным образом методом экструзии жесткой смолы ПВХ, большую часть труб из жесткого ПВХ изготавливают методом экструзии смолы ПВХ со значением К 66. С другой стороны, смолу ПВХ со значением К от 72 до 84 невозможно подвергнуть жесткой экструзии, поэтому смолу ПВХ со значением К от 72 до 84 подвергают экструзии при смешивании с большим количеством пластификатора, в результате получают мягкие экструдированные продукты - листы, винил и тому подобное.
Несмотря на то что смола ПВХ со значением К от 72 до 84 обладает лучшими механическими свойствами в сравнении со смолой ПВХ со значением К 66, смола ПВХ со значением К от 72 до 84 имеет такие недостатки, как относительно высокая температура плавления вследствие высокой молекулярной массы, необходимость переработки при высоких температурах и низкая текучесть расплава из-за его высокой вязкости. Очевидно, что смола ПВХ со значением К от 72 до 84 оказывает высокую нагрузку на экструдер и поэтому не может подвергаться жесткой экструзии. Из смолы ПВХ со значением К от 72 до 84 производят мягкие экструдированные изделия, например листы, винил и тому подобное, в результате добавления в большинстве случаев значительного количества пластификатора.
Пластификатор включает пластификаторы на основе фталевой кислоты (ДОФ, ДЭГФ, ДИНФ, ДБФ и тому подобные), пластификаторы на основе адипиновой кислоты (адипаты, ДГЭА и тому подобные) и тому подобные.
Однако при смешивании смолы ПВХ со значением К от 72 до 84 с большим количеством пластификатора и последующем изготовлении трубы методом экструзии возможно ухудшение различных механических свойств трубы.
По этой причине композиция для труб из жесткого УПВХ содержит смолу ПВХ со значением К от 72 до 84 и смазку на основе метакрилата, что обеспечивает как превосходную прочность, так и сопротивление гидростатическому давлению в результате эффективной экструзии. Таким образом, даже при использовании смолы ПВХ со значением К от 72 до 84 смоляную композицию для жестких труб УПВХ можно переработать в жесткие экструдированные изделия с улучшенными механическими свойствами благодаря отсутствию пластификаторов.
Смоляная композиция для труб из ПВХ содержит смолу ПВХ со значением К от 72 до 84 в качестве основной смолы. Смолу ПВХ со значением К от 72 до 84 можно использовать для конструкционных и строительных материалов благодаря превосходным механическим свойствам.
Смола ПВХ со значением К более 84 имеет сверхвысокую молекулярную массу, представляет собой гомополимер, полученный методом суспензионной полимеризации. Для такой смолы ПВХ существует проблема, связанная с поставкой сырья для гомополимера, так как из гомополимеров продукты почти не производят; также вызывает опасения ухудшение перерабатываемости гомополимера. Таким образом, использование смолы ПВХ со значением К в указанном диапазоне является экономически целесообразным с точки зрения стоимости производства и процесса и возможности обеспечения превосходной перерабатываемости.
Более конкретно, смоляная композиция для труб на основе жесткого УПВХ, обладающая превосходной прочностью и сопротивлением гидростатическому давлению, содержит от примерно 1 масс. ч. до примерно 3 масс. ч. оловянного стабилизатора (оловянный комплекс), от примерно 3 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. модификатора ударопрочности и от примерно 1 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. смазки на основе метакрилата на 100 масс. ч. смолы ПВХ со значением К от 72 до 84.
Содержание оловянного стабилизатора (оловянного комплекса) может составлять от примерно 1 масс. ч. до примерно 3 масс. ч. на 100 масс. ч. смолы ПВХ. Оловянный стабилизатор является термическим стабилизатором, способствующим поддержанию физических и химических свойств смолы ПВХ во время переработки и использования смолы ПВХ. При содержании оловянного стабилизатора менее 1 масс. ч. возможно ухудшение технологичности смоляной композиции для труб на основе жесткого УПВХ, при содержании стабилизатора более 3 масс. ч. возрастает стоимость производства в связи с использованием оловянного стабилизатора при незначительном влиянии на свойства, также возможно ухудшение свойств смоляной композиции.
Например, оловянный стабилизатор может содержать соединения меркаптоацетата и дисульфид олова и способен уменьшить пиролиз во время переработки смоляной композиции.
Кроме того, оловянный стабилизатор может быть органическим оловянным стабилизатором. Органический оловянный стабилизатор может содержать бутилолово, октилолово и метилолово и может быть использован в процессе экструзии смолы ПВХ благодаря превосходной термостойкости и прозрачности. Органический оловянный стабилизатор может накапливать хлороводород (НСl) в неактивном состоянии и препятствовать образованию двойных связей или подавлять изменения, вызванные внешними факторами, например окислением, светом и тому подобным.
Модификатор ударной прочности присутствует в количестве от примерно 3 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. на 100 масс. ч. смолы ПВХ.
Модификатор ударной прочности входит в состав смолы ПВХ и способствует улучшению ее сопротивления раскалыванию, прочности на разрыв, прочности на сжатие, прочности на изгиб и ударной прочности. Модификаторы ударной прочности включают акриловые сополимеры, хлорированный полиэтилен (ХПЭ) и тому подобное.
Например, ХПЭ можно смешать со смолой ПВХ с образованием сплава и обеспечить ударную прочность и высокую прочность на изгиб благодаря превосходной совместимости со смолой ПВХ. Кроме того, группа этилена в ХПЭ способна предотвратить УФ-старение.
Если содержание модификатора ударной прочности составляет меньше примерно 3 масс. ч на 100 масс. ч. смолы ПВХ, то модификатор ударной прочности не оказывает эффекта улучшения прочности, а если содержание модификатора ударной прочности составляет больше примерно 10 масс. ч. на 100 масс. ч. смолы ПВХ, увеличение эффекта от модификатора ударной прочности может быть незначительным в сравнении с увеличением его количества. Таким образом, в указанном диапазоне легко добиться повышения прочности в результате применения модификатора ударной прочности.
Смазка на основе метакрилата, смешанная со смолой ПВХ, способствует улучшению текучести и формуемости смолы; она может присутствовать в количестве от примерно 1 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. на 100 масс. ч. смолы ПВХ.
Смазка на основе метакрилата может сократить время плавления смолы ПВХ и понизить температуру переработки благодаря сжимаемости и эластичности смазки на основе метакрилата или органической совместимости со смолой ПВХ, имеющей значение к от 72 до 84. Кроме того, смазка на основе метакрилата улучшает текучесть расплава смолы ПВХ и таким образом сокращает нагрузку на экструдер, поэтому даже при использовании смолы ПВХ со значением К от 72 до 84 можно получить смоляную композицию для жестких труб. Смазка на основе метакрилата также может свести к минимуму ухудшение механических свойств смолы ПВХ благодаря применению пластификатора.
Кроме того, смазку на основе метакрилата смешивают со смолой ПВХ с высокой молекулярной массой и значением К от 72 до 84, что приводит к улучшению свойств плавления смолы ПВХ и повышению прочности расплава смолы и дает возможность изготовления труб из смолы ПВХ методом экструзии.
Если содержание смазки на основе метакрилата составляет менее примерно 1 масс. ч. на 100 масс. ч. смолы ПВХ, то возникают такие проблемы, как быстрое плавление смолы и вероятность карбонизации смолы в цилиндре или форме экструдера вследствие ухудшения термостойкости из-за недостаточной совместимости смазки на основе метакрилата со смолой ПВХ.
Если содержание смазки на основе метакрилата составляет более примерно 10 масс. ч. на 100 масс. ч. смолы ПВХ, то возникают такие проблемы, как медленное плавление смолы, ухудшение формуемости смолы вследствие повышения вязкости смолы ПВХ из-за повышения температуры плавления смолы, ухудшение производительности и технологичности вследствие гораздо большего расхода, а также ухудшение сопротивления гидростатическому давлению труб.
Таким образом, в указанном диапазоне содержания смазки на основе метакрилата смола ПВХ имеет улучшенную совместимость, что легко обеспечивает эффективное перемешивание композиции.
Смазка на основе метакрилата может содержать бутилметакрилат и метилметакрилат.
Смазка на основе метакрилата может содержать бутилметакрилат и метилметакрилат в массовом отношении от примерно 1:1 до примерно 1:2.
Если массовое отношение бутилметакрилата к метиметакрилату не находится в указанном диапазоне, то уменьшается совместимость смазки на основе метакрилата. Таким образом, в указанном диапазоне существует возможность максимального увеличения совместимости смазки на основе метакрилата.
Например, если смазка на основе метакрилата содержит бутилметакрилат и метилметакрилат в соотношении 1:2 и присутствует в необходимом массовом отношении, вследствие увеличения совместимости смазки на основе метакрилата со смолой ПВХ, имеющей значение К от 72 до 84, возможно улучшение смешиваемости композиции. Кроме того, так как массовое отношение поддерживается в пределах указанного диапазона, композицию подвергают плавлению (гелеобразованию) до определенного уровня или выше в результате экструзии, что облегчает переработку. Если массовое отношение выходит за пределы указанного диапазона, технологичность композиции может ухудшаться из-за того, что плавление происходит позднее.
При применении указанного выше ХПЭ в качестве модификатора ударной прочности для смолы ПВХ бутилметакрилат может иметь повышенную совместимость со смолой ПВХ; метилметакрилат, присутствующий в большем количестве в сравнении с бутилметакрилатом, может служить технологической добавкой, регулирующей температуру плавления смолы, и имеет повышенную совместимость со смолой ПBX благодаря применению ХПЭ в качестве модификатора ударной прочности. Таким образом, возможно преимущество в смешиваемости композиции.
Следовательно, возможно изготовление труб из жесткого УПВХ с превосходными показателями формуемости, перерабатываемости и физической прочности с применением смазки на основе метилметакрилата в определенном массовом отношении.
Труба из жесткого УПВХ
Согласно другому аспекту настоящего изобретения трубу из жесткого УПВХ, обладающую высокой прочностью и сопротивлением гидростатическому напору, производят методом экструзии смоляной композиции.
Смоляная композиция подробно описана выше.
Труба, изготовленная методом экструзии смоляной композиции, может иметь прочность на разрыв от примерно 50 МПа до примерно 60 Мпа. Прочность на разрыв является одним из показателей механической прочности материала, ее можно определить по нагрузке на трубу и деформации трубы после выталкивания.
Так как смоляная композиция содержит смолу ПВХ со значением К от 72 до 84, от примерно 1 масс. ч. до примерно 3 масс. ч. оловянного стабилизатора (оловянного комплекса), от примерно 3 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. модификатора ударной прочности и от примерно 1 масс. ч. до примерно 10 масс. ч. смазки на основе метакрилата на 100 масс. ч. смолы ПВХ, труба может иметь улучшенную прочность на разрыв, а также превосходную прочность к удару падающего груза и улучшенное сопротивление гидростатическому давлению.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры. Следует понимать, что примеры приведены только для иллюстрации и ни в коем случае не ограничивают настоящее изобретение.
Описание подробностей, очевидных для специалистов в данной области техники, опущено для упрощения.
<Примеры и Контрольные примеры>
Пример 1
Смоляную композицию, содержавшую смолу ПВХ со значением К 72, 2,5 масс. ч. оловянного стабилизатора (оловянного комплекса), 3,0 масс. ч. акрилового сополимера (АМУ) в качестве модификатора ударопрочности и 3,0 масс. ч. смазки, в которой бутилметакрилат (БА) и метилметакрилат (ММА) смешаны в массовом отношении 1:1, на 100 масс. ч. смолы ПВХ, подвергли экструзии и изготовили трубу диаметром 114 мм и толщиной стенки 7,1 мм.
Пример 2
Трубу изготовили в соответствии со способом, описанным в Примере 1, однако смоляная композиция содержала смолу ПВХ со значением К 76 и 4,0 масс. ч. смазки на 100 масс. ч. смолы ПВХ.
Пример 3
Трубу изготовили в соответствии со способом, описанным в Примере 1, однако смоляная композиция содержала смолу ПВХ со значением К 84 и 5,0 масс. ч. смазки на 100 масс. ч. смолы ПВХ.
Пример 4
Трубу изготовили в соответствии со способом, описанным в Примере 1, однако смоляная композиция содержала 10 масс. ч. смазки, в которой бутилметакрилат (БА) и метилметакрилат (ММА) были смешаны в массовом отношении 1:2.
Контрольный пример 1
Смоляную композицию, содержавшую смолу ПВХ со значением К 66, 2,1 масс. ч. оловянного стабилизатора (оловянного комплекса), 6,0 масс. ч. акрилового сополимера (АМУ) в качестве модификатора ударопрочности, 1,0 масс. ч. ПА в качестве технологической добавки и 1,6 масс. ч. смазки на основе олефина на 100 масс. ч. смолы ПВХ, подвергли экструзии и изготовили трубу диаметром 114 мм и толщиной 7,1 мм.
Контрольный пример 2
Смоляную композицию, содержавшую смолу ПВХ со значением К 66, 4,5 масс. ч. стабилизатора кальций-цинк (C-Z), 6,0 масс. ч. акрилового сополимера (АМУ) в качестве модификатора ударопрочности, 1,0 масс. ч. ПА в качестве технологической добавки и 1,6 масс. ч. смазки на основе олефина на 100 масс. ч. смолы ПВХ, подвергли экструзии и изготовили трубу диаметром 114 мм и толщиной стенки 7,1 мм.
<Экспериментальный пример> - Оценка механических свойств трубы
1) Прочность на разрыв. Прочность на разрыв всех труб в Примерах и Контрольных примерах измерили с помощью установки для испытаний на растяжение-сжатие (INSTROH 3369) в соответствии с KS М ISO 6259-1 и 6259-2.
2) Высота падения груза. Каждую из труб в Примерах и Контрольных примерах прикрепили к полу, после чего с определенной высоты на трубу бросали конусообразный груз массой 9 кг; высоту, при падении с которой происходило разрушение, определили как высоту падения груза. Чем больше высота падения груза, тем выше прочность к удару падающего груза.
(Испытание следует проводить после кондиционирования образца при 0°C в течение 60 минут)
3) Сопротивление гидростатическому давлению. Сопротивление гидростатическому давлению для всех труб в Примерах и Контрольных примерах измерили с помощью гидростатического тестера для долгосрочного испытания в соответствии с KS М ISO 1167.
Как следует из Таблицы 2, трубы в Примерах 1-4, изготовленные из смолы ПВХ со значением К от 72 до 84, имели лучшие прочность на разрыв, прочность к удару падающего груза и сопротивление гидростатическому давлению в сравнении с трубами в Контрольных примерах 1-2 из смолы ПВХ со значением К, выходящим за пределы диапазона 72-84.
Кроме того, пробовали изготовить трубы из композиций, содержащих смазку на основе метакрилата в количестве менее 1 масс. ч. или более 10 масс. ч. соответственно, однако в процессе изготовления возникали трудности из-за ухудшения перерабатываемости, механических свойств и тому подобного.
Таким образом, подтверждено, что при изготовлении трубы из жесткого ПВХ методом экструзии смолы ПВХ со значением К от 72 до 84 без применения пластификатора содержание смазки на основе метакрилата оказывало влияние на прочность на разрыв, прочность к удару падающего груза и сопротивление гидростатическому давлению труб из ПВХ.