Список тематических статей

ПВХ. Общие принципы выбора смолы для крупносерийного производства труб

Трубы — наиболее обширная область применения смол ПВХ и определенно одно из самых конкурентоспособных их применений. Чтобы свести стоимость к минимуму, основные производители перерабатывают экструзией порошкообразную композицию жесткого ПВХ и акцентируют внимание на снижении стоимости и увеличении выпуска изделия. Мы сначала обсудим понятия, связанные с ПВХ-смолой, важные для всех трех основных типов ПВХ-труб: 1) напорных труб, 2) ДКВ (дренажных канализационных и вентиляционных) труб, 3) дренажных и сточных труб.

После обсуждения требований к ПВХ-смоле, общих для каждого типа в целом, мы затем рассмотрим каждый тип применяемых труб в отдельности.

Объемная плотность смолы

Есть несколько характеристик смолы, на которые производители трубы обращают наибольшее внимание. Первая характеристика — объемная плотность смолы. Эта характеристика важна, поскольку при увеличении объемной плотности больше композиции может поместиться в зоне загрузки экструдера. По мере увеличения композиции в зоне загрузки потенциальная производительность при заданных температурах процесса увеличивается.

Один из факторов, влияющих на объемную плотность смолы, является рост электростатического заряда на частицах смолы. Когда частицы смолы приобретают электростатический заряд, они начинают отталкиваться друг от друга, приводя к снижению объемной плотности смолы. За счет поверхностной обработки смолы и тщательного контроля процесса сушки частицы смолы будут иметь низкое содержание влаги. Это регулируемое содержание влаги на поверхности частиц смолы будет способствовать рассеянию электростатических зарядов, уровень которых может повыситься в процессе транспортирования.

Пористость смолы

Пористость смолы — положительное свойство для пластифицированного ПВХ.

В жестком ПВХ желательна небольшая степень пористости для облегчения абсорбции жидкого стабилизатора и жидких смазок. Однако избыточная пористость смолы может оказывать вредное влияние на жесткий ПВХ из-за снижения объемной плотности смолы. Как сказано выше, это может иметь негативное влияние на производительность экструдера.

Распределение частиц смолы по размерам

Распределение частиц смолы по размерам также важно для достижения более высокой объемной плотности смолы. Регулируя коэффициент упаковки частиц смолы, можно получить большее содержание полимера в данном пространстве и, таким образом, повышается его объемная плотность. Другая причина, почему важно распределение частиц смолы по размерам, состоит в том, что оно влияет на характеристики плавления композиции. Обычно производители труб хотят, чтобы различные партии полимера имели стабильное распределение частиц по размерам, что способствует повышению однородности расплава и гомогенизации.

Если характеристики плавления смолы остаются стабильными, производительность также постоянна. Это чрезвычайно важно для производителей труб. Целью производителя труб является получение как можно более жестких допусков изделий по размерам. Если размер частиц смолы или объемная плотность изменяется при экструзии, производительность продукции не будет стабильной. Чтобы компенсировать это, производителю труб, вероятно, придется делать несколько больший припуск размера трубы, чтобы компенсировать зависящее от качества плавления изменение производительности и удовлетворить хотя бы минимальные требования к размерам. Если производитель труб должен производить продукцию в среднем с 2%-ным превышением веса из-за колебаний производительности, связанных с процессом плавления, и он потребляет 50 млн. фунтов композиции ПВХ за год, то этот производитель, вероятно, будет поставлять потребителю один млн фунтов бесплатной композиции ежегодно.

Идеальная ситуация для производителей труб — эксплуатировать свои экструдеры в течение многих недель без необходимости остановки или изменения параметров процесса. В этом случае есть возможность получения низкого процента брака продукции. Стабильные размеры частиц смолы и объемная плотность смолы очень важны для достижения этих целей.

Напорные трубы

К жесткой напорной трубе, изготовленной из композиции ПВХ типа I, предъявляются строгие требования по физическим свойствам. Даже при том, что изготовители труб стараются скрыть свою рецептуру, эти требования к физическим свойствам способствуют использованию рецептур с удивительной степенью сходства. Из-за требований прочности сложно рентабельно производить трубу из смолы со значением KФ ниже 65. Обычно ПВХ смола со значением KФ 65 или 66, утвержденная государственной службой санитарного контроля (NSF), предпочтительна для этих изделий.

Поскольку производители напорных труб из ПВХ могут получать продукцию, соответствующую требованиям к физическим свойствам, из смолы с KФ 66, существует лишь небольшое преимущество при использовании смолы с более высокой молекулярной массой.

Дренажные, канализационные и вентиляционные трубы

Подобно жесткой напорной трубе, дренажные, канализационные и вентиляционные (ДКВ) трубы жестко зависят от требований к физическим свойствам, для удовлетворения которых предпочтительно применять смолу с KФ 65–66. Главное отличие композиции для напорной трубы и труб ДКВ состоит в том, что в трубах ДКВ допустимо использование более высокого содержания наполнителя.

Дренажные и сточные трубы

По сравнению с напорной, дренажная и сточная трубы не подлежат жесткому контролю. Из-за этого возможна некоторая свобода в выборе смолы вследствие более низких требований к физическим свойствам указанных труб. Для этой продукции могут использоваться смолы с более низкой стоимостью без согласования с государственной службой санитарного контроля, что дает некоторую возможность снижения стоимости. Из сказанного видно, что цена смолы может стать важным фактором в выборе смолы и наполнителя для этого типа труб.

Если цены на смолу ПВХ высоки, экономически выгодно использовать высокую степень наполнения более дорогим тонкодисперсным (1 мкм или менее) карбонатом кальция. Этот подход позволяет повысить вязкость расплава, поэтому использование смол с более низкой молекулярной массой для снижения вязкости расплава в некоторых случаях может дать преимущество. Если цены на смолу ПВХ низки, экономически выгодно использовать карбонат кальция с частицами большего размера (3 мкм или более) при более низкой степени наполнения в сочетании с типичными трубными марками смолы с KФ 65–66, используемой для напорных труб. Использование дешевых наполнителей с большим размером частиц при пониженной степени наполнения приведет к нивелированию преимущества снижения вязкости расплава, которое дают более дорогие низкомолекулярные смолы.

В настоящее время на рынке дренажных и сточных труб большого диаметра доминируют трубы со вспененной сердцевиной, и эта тенденция смещается в сторону выпуска продукции меньшего диаметра. Сердцевину трубы вспенивают для снижения доли материала, используемого для изготовления трубы, при сохранении требуемых для этого применения физических свойств. Такие изделия получают методом соэкструзии, требующим более высоких первоначальных капитальных затрат.

Однако в большинстве случаев снижение стоимости материала быстро оправдает повышенные капитальные затраты и стоимость композиции. Конечные потребители также оценили пониженные вес и легкость механической обработки труб со вспененной сердцевиной.

Для внешнего слоя трубы со вспененной сердцевиной обычно используют смолы со значением KФ приблизительно 65–66. Есть преимущества для использования смол с более низким молекулярным весом в жестких вспененных трубах из ПВХ; однако, большинство производителей труб для вспененной сердцевины используют смолу с тем же молекулярным весом для того, чтобы увеличить коэффициент использования смолы и снизить складской запас материала. Кроме того, смолы с более высоким молекулярным весом дают лучшие механические свойства. Большинство рецептур вспененной сердцевины включает более высокое содержание технологических добавок для улучшения свойств расплава и облегчения вспенивания. Производители дренажных и сточных труб также являются превосходными потребителями отходов труб из жесткого ПВХ.

Из книги «Руководство по разработке композиций на основе ПВХ

Об авторе