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PVC-O管材介绍与生产制造工艺

2020-06-05
PVC-O管材介绍与生产制造工艺
 
一、PVC-O简介
1.多数高分子聚合物可以通过取向工艺来使其分子规整排列,可显著提高其物理性能。我们常见的一些聚合物制品就是通过取向制造工艺来实现其卓越性能的,例如各类纤维、吹塑容器、吹膜制品等。取向工艺可以大幅提高高分子管材的综合性能,同时可以减少原材料的消耗,以后将会是管材的一种重要发展方向。PVC-O双轴取向聚氯乙烯管材就是利用这种制造工艺生产的管材,此工艺是将挤出生产的PVC-U管材进行轴向和径向进行双向拉伸,让管材中的PVC长分子链在双轴向上有序排列,从而使PVC管材的强度、韧性、抗冲、抗疲劳、耐低温等性能大幅度的提升,此工艺获得的新型管材性能大大超过了普通PVC-U管材。
2.研究表明PVC-O管材相对于PVC-U管材可大幅节约原材料资源,降低成本,提高管材的综合性能,以及管道的施工与安装成本更低。


4种不同的管材类型(400mm口径以下),分别是球墨铸铁管、HD-PE管材、PVC-U管材和PVC-O 400级管材。从上图数据可以看出铸铁管和HDPE管的原料成本最高,基本持平。球墨铸铁管K9的单位米重,是PVC-O管材的6倍多,这就意味着运输和施工安装极为不方便。PVC-O管材的各项数据最好,原材料成本最低、重量最轻、同吨位的原料可生产更长的管道。
3、下部视图为PVC-O管材与其它种类管材数据对比:

1.以Ø250×1.0MPa管材为例:
--1.0MPa的PVC-O管材壁厚为4.9mm,米重为5.5Kg,
--1.0MPa的PVC-U管材壁厚为9.6mm,米重为10.6Kg
--1.0MPa的HD-PE管材壁厚为14.8mm,米重为10.4Kg
2.目前以上三种管材市场售价分别如下:
PVC-O管材每吨市场售价约为:20000元/吨
PVC-U管材每吨市场售价约为:11000元/吨
PE100管材每吨市场售价约为:12000元/吨
3.假如各铺设这三种管材的长度为一公里,那这三种管材价格分别为:
PVC-O:1000m×5.5Kg/m×20元/Kg=108000元
PVC-U:1000m×10.6Kg/m×11元/Kg=116000元
PVC-O:1000m×10.4Kg/m×12元/Kg=124800元
结合以上数据可以看出,PVC-O管材铺设安装成本最低,生产销售利润最高
二.PVC-O管材发展历程
1、PVC-O最早是英国YorkshirelmperialPlastics(Uponor)在1970年领先开发的,后来澳大利亚Vinidex(1986)、美国Upomor-ETI(1990)、荷兰Polva和法国Seperef也相续生产。早期都是采用“离线”(off-line)加工工艺(两步法),离线法是通过将生产切割后的每段PVC-U管进行二次加热,然后将管材放入专用的模腔内进行拉伸,离线法的优点是生产启动操作比较简单,管坯生产时可以实时测量控制壁厚,横向拉伸值可以取的更高,取向是可以同步制造出带R-R承插口(无需二次扩口)。缺点是生产时每根管材的两端作为工装加紧密封段,后必须切除两端无效管材(约5%左右),早期生产效率也比较低,以315mm管材为例,生产一根6米的管材需要1小时左右。另外离线法加工设备投资高,很难推广,但是在大口径(≥630mm)领域,两步法的优势就会凸显出来,因为目前一步法做到630口径时开机启动难度太大,包括在生产过程中对产品的尺寸控制非常困难,废品率比较高。

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2、后来Petzetakis 1972研发出在挤出加工过程中“在线”(in-line)进行取向,连续生产PVC-O。该工艺也被称做为“一步法”,其在线使用一个扩张拉伸模与管坯挤出模具连接在一起,扩张拉伸模被安装于两台牵引之间,生产时第二台牵引速度大于第一台,这个速度差就是PVC-O管材的轴向拉伸值。扩张拉伸模会将PVC-U管坯进行径向扩张至一个固定比例,这就得到了径向拉伸要求,PVC-U管材经过双向拉伸工艺后就得到了PVC-O管材,“在线”双轴取向生产工艺大大提高了生产效率,减少了制造成本,增强了PVC-O和其他管材的竞争力。早期一步法也遇到难以解决问题,首先在线生产时管坯出现壁厚变化时,无法在线测量和调整,因管坯壁厚出现偏差后,将会直接影响双向拉伸时管材的壁厚控制难度,壁厚偏差过大会导致管材圆周取向的均一性,这对管材的性能非常不利。早期对管坯的预热都是在热水中进行,管壁厚出现偏差时无法进行单点温度控制调整,同时使用热水预热安全风险和操作难度较大。
下图006为PVC-O管材一步法工艺生产流程图:

3、PVC-O 管材的相关标准
国际标准:ISO16422-2014
南非标准:SANS 1808-85:2000
西班牙标准:UNE ISO 16422
美国标准:ANSI/AWWA C909-02
法国标准:NF T 54-948:2003
加拿大标准:CSA B137.3.1-09
巴西标准:ABTN NBR 15750
印度标准:IS 16647:2017
中国城建标准:CJ/T445-2014 (GB国标起草中)
三、PVC-O生产工艺的突破:
1、2002年Molecor开发了一种全新的生产技术投放市场,新式离线+干法PVC-O生产系统。这种干法是指PVC-U管坯预热不需要以水为预热介质,而是采用红外线加热,介质就是热空气。首先将管坯输送到一个多工位预热的红外加热烘箱内,管材在加热时需要连续转动,以保证整个管材圆周的预热温度一致性更好。预热完成后管坯会被输送到专用的模具内进行径向拉伸,此工艺是采用管内输入压缩空气进行拉伸。此新型此工艺生产的PVC-O管材效率有大幅提升,产品口径:90~1000mm。
下图007为Molecor离线干法管坯预热示意图:


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