3.3　聚氯乙烯管材

聚氯乙烯塑料管又称PVC管，它占各类塑料管总量的80％以上，并在配方中加入一定量的PE-d作为改性剂，因此本书作为重点介绍，其它塑料管不作介绍。未增塑的PVC管一般称为PVC-U或称UPVC管，书中涉及的PVC管均为UPVC管。PVC管按外形区分，有实壁管（又称平管）和非实壁管，其中非实壁管有波纹管、夹芯管、发泡管、筋管等。按工作压力区分，有压力管和非压力管。压力管有（压力）给水管，饮用水（压力）给水管；非压力管有埋地排污（水）管和建筑排水管。按应用领域分有市政、建筑、电力、通信、农业等各种类别的PVC管。

本节重点论述PVC压力管、PVC排水管、PVC电工护管、PVC双壁波纹管、PVC芯层发泡管及PVC通信用多孔管的加工条件。其它塑料管中不使用氯化聚乙烯作改性剂的，在此就不阐述了。

3.3.1　聚氯乙烯管材的加工设备

聚氯乙烯材料的特性决定了对其加工设备的要求。它与聚烯烃类材料的加工设备的要求不同，如挤出设备要求有符合PVC树脂加工性能的专用螺杆等。以下为生产PVC管材的主要设备。

（1）混合设备　PVC材料多组分的特点，使其产品的质量及性能除取决于配方的优劣外，还取决于众多组分的混合质量，因此，混合设备是PVC塑料管材加工的第一道环节的关键设备。

由于PVC配方料是由多种物料组合而成，混合的目的不仅仅是达到各组分的分散均一，同时也需要使各组分的物料通过剪切力的作用，在一定的温度下相互渗透，并在形态变化状态下达到相互结合，使PVC的原始流动性发生明显的变化。混合后的PVC配混料称为熟料，好的“熟料”有类似水银般的滑动态。配混料的混合质量直接影响PVC制品的性能。

配混料的混合通过高速搅拌和低速冷拌来完成。高速混合机的作用是将PVC树脂及添加剂配料在桨叶的高速转动下，产生摩擦热，使添加剂均匀分散并渗入到PVC树脂中去，并达到半塑化状态。混合质量的好坏与桨叶的结构有关。

从搅拌时的物料运动现象分析，如果物料能在桨叶的作用下沿筒壁上升，并从中心落下成涡旋状，则说明桨叶的结构是合理的，能达到混料的效果。

（2）加（喂）料系统　均匀混合后的PVC配方粉料，要求有符合其特点的加喂料系统。目前，这一系统有两种形式。一种是将PVC树脂从主料仓自动送到储料仓，根据配方计量再送到混料系统中去，添加剂辅料由辅料加料系统根据配方计量后再按投料顺序送入混料系统，混拌好的熟料自动送入熟料储料仓，再由该储料仓分配到各条挤出生产线。整个加喂料系统由中央电控室控制。这种系统无尘、自动化程度高，体现了现代化的文明生产方式。

这种自动化的（喂）料系统虽然比较先进，但对整个系统的设备要求很高，一旦控制或计量系统出错，会造成大批量的废料，而且在UPVC塑料管的配方中，有些添加剂在整个配方中所占的量很少，甚至在每100kgPVC树脂中的加量是以克为计量单位，而在投料顺序中又是后加顺序，由于在高混机内搅拌时所产生的上升微细粉尘和气流使得微量添加剂的计量无法控制。

另外，如果混料在高速搅拌中部分添加剂、改性剂如CPE等分散不理想，熟料容易在储料仓内产生吸附于筒壁上的现象，经过一段时间的积累，在其自重的作用下突然坠落，随后被送至各条挤出生产线，引起质量波动，从而产生大量废品，这一现象在设备调试或初用阶段是不会发现的。

第二种喂料装置是由混料设备出来的熟料进入料仓，再由料仓通过管道输送到各台挤出机的料斗，再简单一点，就是从冷拌机里出来的熟料由人工装袋，用推车送到各台挤出机旁，然后倒入小型储料箱，再利用自动送料装置送入挤出机料斗内。这种喂料装置比较简单，也较可靠，适合中小企业使用。

（3）挤出机　挤出机是PVC塑料管加工的核心设备，挤出机主要由传动装置、加料装置、螺杆、料筒、加热装置、冷却系统及动力、压力、温度传感和控制系统等部分组成，其中螺杆和料筒为挤出机的重要部件。常用的PVC塑料管挤出机有单螺杆挤出机和双螺杆挤出机两种。

双螺杆挤出机的生产效率高，其生产的产品质量好，与同规格的单螺杆挤出机相比，产量可提高4～5倍，产品性能更是单螺杆机出机所无法比拟的，因此，目前生产PVC塑料管基本上都已采用双螺杆挤出机。本文重点介绍双螺杆挤出机。

双螺杆挤出机的种类很多，用于PVC塑料管加工的双螺杆挤出机是异向旋转的啮合型双螺杆挤出机。它是由匹配的两根螺杆啮合组成的，即一根螺杆的螺棱与另一根螺杆的螺槽相啮合。经混合后的PVC熟料在螺杆中因螺杆的异向转动而进入到匹配的两根螺杆中去，当PVC物料进入螺杆的加料段时被两根螺杆的螺棱破碎，细化，压实。如果是一根螺杆的螺棱顶部在异向旋转时刚好落在另一根螺杆螺槽底部中心，且螺棱与螺槽间的配合间隙很小，此时两根螺杆的运动给予PVC物料很大的输送推力，使之向熔融塑化段方向前移。加料段螺杆的螺槽底部越深，加料量越多，但压实能力变小。由此可见，双螺杆的螺棱与另一根螺杆的螺槽的配合精度是非常重要的，一般普通切削机床很难加工高精度配合的双螺杆。

双螺杆挤出机有平行双螺杆与锥形双螺杆两种类型，平行双螺杆的轴线互相平行，锥形双螺杆的两根螺杆轴线相交。由于锥形双螺杆比平行双螺杆的螺槽深，因此加料量大，所以挤出量大于同规格的平行双螺杆挤出机，同时加料段处的螺杆面积大，对PVC物料加热效果比平行双螺杆好，其压实和塑化性能优于平行双螺杆挤出机，因此产品质量也有所提高。目前，生产UPVC塑料管大多采用锥形双螺杆挤出机。

①双螺杆挤出机的传动系统　双螺杆挤出机的传动机构与单螺杆挤出机不一样，它的特点是必须保证两根螺杆旋转运行一致。双螺杆挤出机产量高，混炼、塑化性能好，这就意味着螺杆的扭矩较大，轴承的承载受力大，尤其是止推轴承的排列受到空间的限制，无法通过使用大型号的轴承来增加它的承载能力，只有通过改变传动系统中轴承及齿轮的布置才能有效地提高轴承的承载能力，加大螺杆的扭矩。图3-1为双螺杆挤出机传动系统的结构示意图。该传动机构的特点是通过减速机（三级减速）后主传动轴将50％的能量分配给其中一根螺杆，另外50％的能量通过配比齿轮传给另一根螺杆，这比两根螺杆所需的能量仅依靠一个配比齿轮来承担要好很多，配比齿轮的承受能力可以增加一倍，提高了螺杆的额定扭矩，也减轻了配比齿轮的负担，从而提高了齿轮传动组的使用寿命。

意大利Bausno（鲍山诺）公司采用4个电机驱动，通过齿轮箱减速并传给4个配比齿轮，形成两个配比齿轮负责一根螺杆旋转的全新设计思想和形式，这种传动系统称为多驱动4×2（Mul-tiodrive4×2）系统，它的特点是降低了驱动轴的受力，提高了螺杆扭矩，加强了止推轴承的承载能力，提高了螺杆的驱动力，传动装置的布置和排列更为紧凑合理。

锥形双螺杆的加料段直径远大于均化段的直径，这使得传动系统中的配比齿轮和轴承的安装有较大的空间，提高了轴承和齿轮的承载能力。由于锥形的两根螺杆的轴线是相交的，螺杆截面积从加料段至均化段逐步减小，螺杆所受的轴向推力明显比平行双螺杆小，这有效地减轻了止推轴承的承载力。

②螺杆与料筒　双螺杆的螺杆结构设计基本上与单螺杆一样，分为加料段、熔融塑化段和均化段，但双螺杆的组合与单螺杆不同，其各段螺形的结构与单螺杆也完全不同。双螺杆的螺形结构有三个区段，每一个区段都有一个无螺纹的空白段，这有利于物料的混炼和排气。根据不同的用途，双螺杆的结构型式也有很多种。加工塑料管一般采用啮合型异向旋转双螺杆挤出机。双螺杆挤出中平行双螺杆的结构与锥形双螺杆也有差异，锥形双螺杆的加料段直径很大，有利于螺槽的加深和对物料的加热。

双螺杆的加料段的螺槽较深，容积较大，有利于加大物料的输入和压缩。另外，加料段的螺槽深度、螺纹形状（一般为矩形）、螺纹宽度、螺距、螺纹头数等都能直接影响加料段的加料量及对物料的压缩、混炼等作用。

双螺杆对物料的强力输送，类似齿轮泵的正位移输送，啮合型异向旋转的双螺杆，其一根螺杆的螺棱顶部与另一根螺杆的螺槽底部相互配合时几乎没有间隙，PVC物料无法在螺杆运行时从这一根螺杆进入到另一根螺杆，这有效地保证了螺杆对物料的输送能力。而且物料在异向旋转时由于物料相互剥离而起到自洁作用。通过螺纹宽度的变化、螺距的变化、螺杆直径的变化（如锥形双螺杆）来达到螺槽容积的变化，使物料受到较大压缩。通过螺纹头数、螺纹的破牙或断牙等复杂形状使物料的前移受阻，以改变料流的运动状态，加强对物料的混炼作用。

熔融塑化段的螺杆结构特点是螺距的变化、断牙、破牙及螺纹宽度变化，使物料受到强烈的挤压，在剪切作用下物料得到了很好的混炼和塑化。

均化计量段的螺槽在整个螺杆中最浅，容积最小。它的螺距和螺纹形式基本不变。熔融塑化的物料在该段受到进一步压缩，并使塑化均匀细化，由于物料在这一段运动比较均一，减小了物料的挤出波动性，提高了进入模具的料流的稳定性。

UPVC是以PVC树脂为主的多组分材料，在配方中，有些组成有一定的吸湿性。在挤出过程中水分和低分子聚合物往往会使制品产生气孔或水泡，且塑化质量差，影响产品外观及其性能。于是在料筒上设有排气口，通过抽真空将挤出机内的水汽和挥发物从排气口中抽出。排气口的位置可根据对双螺杆的使用要求来确定。通常啮合型异向双螺杆的排气口设在加料段末端与第一熔融塑化段始端之间的无螺纹区内。

双螺杆挤出机料筒内孔的断面为“∞”形，这在成型加工中或材质处理上都有相当难度。整体式长料筒的加工难度远大于螺杆的加工，因此，产生了组合式料筒。组合式料筒也是将料筒分成三段，即加料段、压缩塑化段和均化计量段，将它们分段加工后组合而成。它有利于加工精度的控制和对材质的处理。

双螺杆挤出机的螺杆与料筒的磨损较严重，正常运行30000h后，螺杆与料筒的间隙就超过了生产要求，虽然挤出量没有明显减少，但塑化质量明显下降，尤其是挤出高填充量的PVC塑料管，螺杆与料筒的磨损更为严重。为了改善因磨损而造成的产品质量和塑化质量的下降，只能通过降低主机转速、延长物料在挤出机内的时间来达到提高塑化的目的，所以间接地造成了挤出量的下降。因此双螺杆挤出机对螺杆和料筒的材料要求较高，材质必须经氮化处理，并表面镀钼，以适应对耐磨、耐腐蚀和耐热的要求。

总之，双螺杆挤出机的螺杆和料筒的加工制造要求非常高，应在具有计算机程序控制的专用机床上进行，否则很难达到它的技术参数要求。

③喂料器　混合后的PVC熟料，通过料斗对挤出机进行喂料，加料斗的材料宜用不锈钢制成。由于双螺杆挤出机的产量远大于同规格的单螺杆挤出机，喂料量也相应较大。为了克服喂料时的一些不利因素，如高填充物料喂料时产生的架桥现象，不同批次或不同配方所产生的物料进料时的波动性等，对看似简单的料斗在喂料方法上都作了一些处理。最简单的形式是在圆锥形料斗的外壁装上小型振动器，使物料不断受到振动而下落，克服物料的架桥和粘壁现象。另一种较为常用的加料方法是使用强迫加料器，即在料斗内安装一种类似输送器的螺杆，加料斗内螺杆的旋转迫使物料喂入挤出机内。料斗内的物料料位的变化，即重量的变化，由传感器通过控制装置使储料箱中的物料由真空装置自动输入料斗。这种加料装置又称垂直式重力计量喂料器。图3-2为法国巴顿菲尔公司的垂直式喂料装置示意图。

双螺杆加料量的多少，直接影响螺杆运行时对物料的剪切力和挤压力，因为物料在双螺杆内分布在杆的底部，且不可能浸没螺杆，所以进料量的不均匀会造成塑化性能不一致的现象，因此，双螺杆挤出机对喂料的稳定性及可调性要求比较严格。另一种常用的喂料装置为卧式加料装置，它的工作过程是：PVC物料从料斗进入卧式加料装置，该装置设有一根无级变速的螺杆，由加料电机传动。物料由螺杆强迫输入挤出机。使用变频器改变三相交流电机的转速来实现无级变速，以达到调节加料量的目的。图3-3为卧式加料装置示意图。

④其它　双螺杆挤出机是由几个控制系统来保证其正常工作的。

a.温度控制系统　用加热圈对料筒各区段进行加热，它是通过热电偶的温度传感来控制，加热温度可以设定，当显示温度达到设定温度时，通过继电器自动断电源，电热圈停止加热。由于热惯性的原因，温度将继续上升2～5℃。为了保证加热温度的稳定性，除对温度显示仪表进行经验校正外，一般还用冷却风扇进行料筒外部冷却。风扇的启动与停止也是由控制系统自动控制的，尤其是当调低某一区段的工艺温度时，风扇冷却尤为重要。热电偶与温度控制显示仪表是配套使用的，两种型号的热电偶（E型和K型）虽然形状相似，如果温度显示仪表不配套，显示的温度可以相差70～90℃。

双螺杆经过长时间连续运行，其摩擦热使螺杆温度上升，这种由于受摩擦使部件温度升高的情况，除非设备停止运行，否则其温度不会下降。但螺杆温度与加工温度之间的温度差不能太大，否则影响管内壁质量，螺杆温度偏高或偏低都会使塑料管内壁粗糙，或产生热泡发黄。挤出机经长时间工作后必须对螺杆进行冷却。螺杆冷却通常采用两种方法。一种是螺杆内部通过安放钢管由循环油路进行冷却并控制螺杆加工温度，见图3-4。

另一种冷却方法是在螺杆内部安放铜管，螺杆变热后，热量通过铜管内的介质（蒸馏水）自动进行循环热交换，这种自动热交换系统称为CIMITERM系统，见图3-5。

b.挤出运行中对物料压力的测定　挤出机加工过程中，塑化质量是关键，塑化质量差，必然会造成制品内在质量的差异，通常表现出管材脆性，但塑化太过也会使管材产生脆性，这种情况往往会被忽视。脆性破裂具体表现为：当UPVC管材受到冲击断裂时，断面或受冲击表面无吸收能量的延伸裂纹。PVC物料在挤出过程中的凝胶化程度在一定程度上反映了物料的塑化程度，物料的凝胶化是物料熔融流动的反映，物料熔融流动的外部条件是温度和压力的综合作用。对物料所受压力的测定是通过压力传感器并由压力表来显示的。挤出机上的扭矩表是压力表的百分数化，由于这一测定十分复杂，装置的误差及压力传感器设置的位置差异都会造成很大的显示差别。根据经验，50％～70％的扭矩是PVC物料较为理想的凝胶化程度。每一台挤出机的理想扭矩值都不一样，有的是50％，有的是55％，有的是60％，有的是65％，所以工艺卡制定时，扭矩值是无法统一的。

熔体压力、背压都是PVC物料在挤出过程中的轴向力。物料挤出时除受到挤出时所产生的剪切力、摩擦力、拖拽力的分力外，很大程度上还受到合流芯处挤出机与模具相连接的过渡套内径的大小、机头设计时的容积大小、机头压缩比及分流棱扩张角和口模、芯棒平直定型长度等阻力的影响。实际上背压值在一定程度上反映物料在挤出过程中所受的阻力。为了保护双螺杆挤出机的正常运行，特别是为了避免螺杆在过载情况下断裂，可采用背压测定，当超过安全值时，主机电流将被切断，警报器同时发出鸣钟声，工作立即停止。

c.挤出机运行中对各辅机运行的控制（生产线全线控制）　双螺杆挤出机主机工作状态变化时，必须使辅机同步变化。主机中，螺杆转速的变化会使喂料螺杆产生同步变化。当主机的挤出量发生变化时，牵引辅机必须同步调整，否则会产生拉断或涌料现象。切割辅机是根据设定长度进行定长切断，是由牵引速率、线速度来控制的。主机操作台上设置了控制按钮和旋钮，通过这些控制按钮或旋钮，可调节各个步骤的变化，认达到同步协调的效果。加料系统中的真空上料、主机抽真空排气、真空定径套的真空定径及真空定径冷却水箱中的抽真空等，都可通过操纵主机操作台上的控制按钮来完全。另外，通过对螺杆旋转的计数，双螺杆挤出机还可通过仪表反映其累计工作时间（以小时计）。

（4）辅助设备　生产PVC管材和辅助设备有真空喷淋冷却定径水箱、履带式牵引机、商标打印机、定长切割机及扩口机等。

①真空喷淋冷却定径水箱　真空喷淋冷却定径水箱的作用是将通过模具成型后的管坯经真空定径套定型，同时由水箱内均布的喷头进行冷却。

箱体内还装有支撑管材的滚轮，均布的喷淋器可调节出水的角度，使冷却水能喷向中央。箱体安装在导轨上，由电动机拖动，使整个箱体可沿管材挤出轴向前后移动。为了避免带有一定温度的管坯在冷却过程中产生变形，水箱必须形成一定的负压，因此，箱体装有两个真空泵，分别对真空定径套和真空喷淋箱抽真空，水路系统是由装在箱体下的水泵进行的，它可以使冷却水循环运行。温度控制系统能使冷却水维持在设定的温度下工作，当箱内水温高于设定值时，箱内循环水路自动启动，反之，循环水路自动关闭。为了使冷却水的水源温度不高于5～8℃，通常由制冷机的出水作为工作水源。由于真空水箱靠近挤出机头，它的操作面板通常是在水箱毗邻挤出机头的一端，并可作360°旋转以方便操作。

②履带式牵引机　牵引机的作用是将经挤出机挤出的管材冷却后夹持前移至切割机。它设有上下两条履带，也有三条或多条履带，输送小口径管材履带数少，大口径管材履带数多，履带上装有“V”形胶块，与链条连接，电机通过减速装置使每条履带同步前进。它还装有气缸，以控制履带夹紧管材或松开管材。

与其它辅机一样，牵引机在生产线上除由主操作台同步控制外，还可单机控制和调整。牵引速度可通过线速仪表来显示。

③商标打印机　商标打印机是采用PVC专用印刷油墨通过滚轮印刷或电脑喷墨打印，将产品有关信息打印到管材上。滚轮打印机必须根据产品规格和品种刻制很多字轮，且每一规格都必须更换字轮，比较麻烦，但设备较便宜。电脑喷墨打印机比较先进，它可随意设置字形和简单图案，更换产品品种或规格时只要将相应的资料设置到电脑喷墨打印机里，就可以在产品上进行打印，但它的价格较高。

④切割装置　切割机可将挤出成型后的产品按要求长度定长切断。它由夹紧、切断（倒角或不倒角）、运行复位等一系列动作来完成管材的切割过程。夹紧装置用来夹紧管材，它可随由牵引机传输的管材一起前移，夹紧力由气动元件提供。切断装置有多种形式，最简单的是由电机带动的旋转锯片将管件切断，这种方式不能使管端倒角。另一种切断装置是在旋转盘上装有两种刀具：一种是切割刀；另一种是倒角刀，管材被切割的同时，倒角刀将管材倒成15°的侧角。目前普遍使用的切割装置是行星式切割机，它是由专用锯齿形圆盘切割刀具在管材上做圆周运行切割，同时倒角。这种装置机构较合理，尤其适用于大口径塑料管的切割。当切割和倒角程序完成后，装在切割机上由于管材向前运动而带动切割机前移时被压缩的弹簧释放而使切割机复位，再由强力吸屑装置将锯屑装入布袋，整个切割过程就完成了。

⑤扩口机　UPVC塑料管的连接方式有管件连接和管材自身连接。管件连接一般用于小口径管，大口径管一般采用自身连接，这就要求管材一端要有扩口。扩口的形式有两种，一种是平扩口，连接时需用PVC专用胶黏剂使其粘接牢固；另一种是密封圈扩口形式，又称“R”形扩口，扩口内置有橡胶密封圈，这种柔性连接方式有很多优点，目前被广泛使用。

首先，扩口机的传送机构将切割后的定长管材通过机械手送到加热炉，由炉内的循环热风对管端内外部进行加热，同时管材可缓慢地来回旋转以达到受热的均一性。加热温度和时间是扩口操作中非常重要的两个参数，需根据不同管径和壁厚设定，达到一定软化程度的管端被转入扩口模具中进行扩口成型，这个过程是扩口机中最为复杂的动作，首先使管端扩大至所要求的内径，然后再由伸缩模块伸出将该部位扩成“R”形槽（平扩口可省去）以放置密封圈，伸缩模复位，扩口部位冷却，冷却有风冷和水冷两种形式，最后送出工作台。不同规格的管材必须由相应尺寸的扩口模具进行扩口加工，同一规格，不同壁厚的管材可用同一规格的扩口模和不同规格的导向套来完成。图3-6是塑料管扩口外形和扩口局部剖面图。

⑥其它设施　其它常用的辅助设施还有长计数控制仪，成管翻落管机等。自动化程度高的挤出生产线上还会配有壁厚自动测量和控制仪，在测厚仪的显示屏上动态图形显示挤出过程中壁厚变化的位置及壁厚偏差的大小，同时还能显出挤出管材的每米重量和每小时产量。

德国KRAUSSMAFFEL公司的C4电脑控制仪不仅能显示挤出过程中关键工艺数据的动态变化，还能通过计算机网络将这些动态变化的数据反馈到设备制造商的电脑上，并可发出指令对挤出工艺进行修改或提出设备上的修改和调整方案。

3.3.2　机头和模具

无论是采用双螺杆挤出机还是单螺杆挤出机生产PVC塑料管，均必须通过机头及模具定型。双螺杆的工作原理与单螺杆不完全相同，所以生产UPVC塑料管的模具设计也有一定差别。随着塑料管加工技术的不断提高和发展，目前大多数企业都采用双螺杆挤出生产线加工UPVC塑料管，所以着重介绍双螺挤出机用模具。

（1）常规塑料挤出机头的设计原则

①所有熔融塑料经过的通道应尽量光滑；表面镀铬并抛光以防止氯化氢（HCl）气体或其它物质腐蚀模具；所有与流道有关的部件尽量呈流线形以利物料的流动，特别要注意的是不能有死角存在，即使最微小的死角也会造成物料局部滞留并产生分解；通常机头的扩张角与压缩角不应大于90°，而压缩角又应小于扩张角。

②为了使制品密实，必须保证物料有足够的压力，即模具要有一定的压缩比，机头的压缩比是指分流梭支架口处面积与机头定型部分横截面积（口模与芯棒之间间隙的环形面积）之比，一般单螺杆挤出机的压缩比为5～12，双螺杆挤出机的压缩比为10～50，大口径管模具压缩比取上述参数的小值，小口径管模具压缩比取上述参数的大值。压缩比过大，料流阻力大，物料易分解；压缩比过小，支架外形成的熔接线不易消失，制品不密实，严重时会形成支架线处纵向开裂。

③在满足制品强度的条件下机头结构应紧凑，机头与料筒的连接应严密，以防挤出时物料漏出。但又必须考虑到它们的连接应易于装拆。

④模具关键部位的材料应使用硬度较高的合金钢，如38CrMoAl、40Cr或硬度较高的碳钢。

管材挤出模具除必须遵循上述四条原则外，各部件的设计还必须符合各自的特点与要求。

（2）PVC管材机头的结构　采用双螺杆挤出机生产UPVC实壁管材所使用的模具结构见图3-7。但由于生产各种不同用途及性能的PVC管材所用配方不同，因而物料的加工性能也不同，因此对机头中各部件的设计参数也应针对所生产的不同产品作相应的调整。

生产UPVC实壁管的机头中最重要的部位为料流必须经过的部位，这部分的参数设计相当重要，它包括以下内容。

①分流梭　分流梭的结构如图3-8所示，分流梭与多孔板（滤网）之间的距离L一般为10～20min，距离过大，物料停留时间过长，易于分解；距离过小，物料流动不稳定。双螺杆挤出机因为有合流芯处的过渡套，所以一般不使用多孔板，否则会因阻力过大而造成熔体压力或背压的增大。

分流梭扩张角α=60°～90°，α过大，料流的阻力大；α过小，分流梭的长度过长，所以一般情况下，单螺杆挤出机的分流梭长度L=0.6～1.5D（D为单螺杆的直径），分流梭头部圆角半径R=0.5～2mm，R过大，物料易分解。

分流梭支架主要用来支撑分流梭及芯棒，在单螺杆挤出机机头中，一般分流梭支架与分流梭可制成一个整体，但大型机头是分开的。双螺杆挤出机模具通常是将分流梭与支架分开制作。分流梭支架筋的截面积应为流线形。筋的数目一般为4～8根，大型机头有时为10～12根，它的原则是在满足强度的要求下，筋的数量及宽度应尽量减小，因为筋的数量多，料流的熔接痕也多，筋过宽，熔接线很难消失，熔接线过多、过深都将影响制品的强度。图3-9为使用双螺杆挤出机挤出PVC压力管的模具中的分流梭及支架的部件图。

②口模　口模与芯棒的平直部分是管材的成型部分，口模是成型管材的外表面，芯棒是成型管材的内表面。口模平直部分长度很重要，因为机头的压力主要是由压缩比与口模或芯棒的平直段长度来决定的，料通过平直部分（又称定型部分）时阻力增加，使制品密实，同时也使料流均一稳定。口模平直部分长度L2的确定与机头压缩比的大小、制品的壁厚、直径大小等有关，压缩比大的机头平直段应短一些；压缩比小的机头平直段应长一些。

通常单螺杆机头口模平直段长度为：

L2=（0.5～3）D

式中，D为管材外径，mm。

大口径管L2取小值，因为此时管材被定型的面积较大。同理，小口径管L2取大值。

如果按管材壁厚计算，则公式为：

L2=（8～15）t

式中，t为管材壁厚，mm。

同样，大口径管取小值，小口径管取大值。

双螺杆挤出机模具中口模平直段长度计算公式一般为：

L2=（1～14）D

式中，D为管材外径，mm。

按管材壁厚计算，则公式为：

L2=（10～40）t

式中，t为管壁厚，mm。

口模内经计算公式：

D4=d3+2δ

式中，d3为芯棒外径，mm；δ为口模与芯棒间隙的修正值，一般：

δ=t/β

式中，t为管材壁厚；β为经验系数，取1.16～1.20。

物料在挤出过程中的状态很复杂，经验系数值是在充分考虑挤出机性能情况下选取的。图3-10为PVC管材挤出模具的口模图。

③芯棒　芯棒是成型管材的内表面。物料经过分流梭支架后先经过一定的收缩。收缩角应小于扩张角，单螺杆挤出机模具中芯棒的收缩角通常为30°～60°，双螺杆则为40°～80°。口模内径的取值应充分考虑其离模膨胀率，膨胀率与配方关系较大，也与冷却收缩及牵引速率有关。通常口模尺寸的设计应比管壁尺寸小10％～15％。芯棒外径为：

d3=D/（1.01～1.18）

式中，D为管材外径，mm。

图3-11为双螺杆挤出机挤出PVC管材用模具的芯棒图。

3.3.3　对原料、辅料的要求

（1）原料

生产UPVC管材的原料是PVC树脂。PVC树脂是白色粉状无定形高分子聚合物，根据不同的生产方法有两种产品：SPVC树脂和MPVC树脂。SPVC树脂为悬浮法生产的PVC树脂，S表示悬浮法；MPVC为本体聚合法生产的PVC树脂，M表示本体法。两者之间的不同之处为本体聚合法生产的PVC树脂具有晶体状结构，透明性很好，可以生产UPVC透明管，但加工难度较大。另外，两者所使用的配方和工艺控制等均不相同。

PVC树脂的性能，尤其是加工性能与其聚合物分子量有关，分子量大，黏度值就大，加工难度也相应增大。K值反映了PVC树脂的黏度特性，也反映了分子量的大小。平均聚合度P反映了PVC树脂的分子量大小，它与K值有一定的对照关系。因此，按平均聚合度将PVC树脂分成很多种型号，即：

SG1　P=1880　　SG5　P=845～980

SG2　P=1400～1800　　SG5　P=720～845

SG3　P=1108～1400　　SG5　P=590～720

SG4　P=980～1108　　SG5　P=500～590

生产PVC管材所用的树脂必须符合挤出加工的要求，即采用的聚合度P为975～1070较为合适。这种树脂一般要求K值68左右，挥发物≤0.4％，同时对树脂的白度及杂质含量，如黄、黑点及鱼眼等也有一定的要求。PVC树脂的堆积密度对挤出工艺有一定的影响，生产时应视具体情况对工艺作相应的调整。

生产大口径UPVC管材时，需要物料有更好的热稳定性和流动性，除采用上述牌号的PVC树脂通过配方调整外，目前已有大口径管专用SPVC树脂供应。

（2）辅料　生产PVC制品必须在树脂中添加辅助材料，且添加的种类较多，如热稳定剂、润滑剂、色料、填充料及其它加工助剂等。一般要求辅料的性能、分散性、色泽及与PVC树脂的相容性等均要符合挤出工艺的要求。

①热稳定剂　在UPVC塑料管加工中，热稳定剂是不可缺少的重要组分。对热稳定剂的选择直接关系到挤出机加工的稳定性及终端产品的性能。由于双螺杆挤出机物料塑化所需的温度比单螺杆挤出机低，且物料在机内滞留的时间短，所以配料中热稳定剂的用量也较单螺杆少。传统使用的热稳定剂是铅盐类稳定剂，具有代表性的有三碱式硫酸铅，俗称三盐，和碱式亚磷酸铅，俗称二盐。这两种铅盐类热稳定剂使用历史最长，热稳定效果也较好。其作用机理如下。在PVC加工过程中，在高温的情况下，由于热应力的作用，会产生脱HCl现象，并且其反应比较剧烈，如不阻止，会迅速扩大，直至彻底分解。而铅盐类热稳定剂的主要成分是氧化铅（PbO），当PVC树脂脱HCl时，PbO可以与其反应生成PbCl2，并使反应终止。其反应如下：

铅盐类热稳定剂基本上无润滑性，相容性和分散性也较差，并有一定的初期着色性，制品不透明，因此在使用铅盐类热稳定剂时应注意到它的这些特性。

使用铅盐类热稳定剂，虽然稳定效果较好，且其价格低廉，但它的缺点也比较明显，主要为铅盐类化学物质是有毒物质，对人类健康有危害，对于UPVC饮水管来说是不可用的。按照GB/T 10002.1—2006国家标准中的要求，第一次萃取≤1.0mg/L，第三次萃取≤0.3mg/L，而GB/T 17219—1998国家卫生标准中通过浸泡液浸泡法，铅含量<0.005mg/L，而铅盐类稳定剂的氧化铅含量不低于80％，如采用此类热稳定剂生产饮用水管的话，其卫生指标肯定不符合标准要求。另外，在对配方料进行混合时，飘散的铅盐类热稳定剂的粉尘容易被人体吸入，对人体造成损害。目前工业化先进的国家已禁止使用铅盐类热稳定剂。

目前，螺杆挤出机生产PVC塑料管普遍使用复合稳定剂，复合稳定剂是指该稳定剂除具有热稳定作用外，还具有润滑、耐候等综合作用。复合稳定剂的用量明显小于铅盐类热稳定剂。由于复合稳定剂已含有热稳定剂、润滑剂和其它一些助剂，如果加工设备（如双螺杆挤出机）性能较好的话一般不需要再添加其它加工助剂，这样就可以使配方简单化，减少由于配方复杂而带来的称量失误或漏配等现象。复合稳定剂有液体状、片状、粉状和粒状几种形状，加工PVC软制品使用液状稳定剂，因为它与增塑剂及PVC树脂均有较好的相容性。而UPVC塑料管则应选用片状、粉状或粒状复合稳定剂。

复合稳定剂的主要成分是脂肪酸类金属皂，其脂肪酸含量均大于70％。根据塑料管的加工条件及其应用上的不同要求，分别选用硬脂酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸锌及硬脂酸镁等，以钙、锌、镁为主的复合稳定剂用于无毒制品。而铅含量较高的复合稳定剂则可用于大口径UPVC塑料管的挤出加工。

复合稳定剂是多组分复合体，在润滑体系中为了补充金属盐在润滑性上的不足，或为了满足内、外润滑平衡的条件，还需要适当加入酯类或兼有较好的内、外润滑作用的皂化物。另外，复合稳定剂还含有一些能起协同效应的助剂。

目前，一些从国外进口的复合稳定剂已被广泛采用，如日本三井物产的OGP类复合稳定剂、德国的熊牌复合稳定剂SMS类等，加工UPVC塑料管通常使用OGP-101、SMS318等。SMS305适用于生产大口径管材，SMS319适用于生产高填充量的PVC建筑排水管。

生产UPVC塑料管使用无润滑体系铅盐类稳定剂，用量一般为3～6份，使用复合稳定剂的用量一般为1.5～3份，用量太少，物料容易分解，用量太多，则会增加产品成本。

热稳定剂有很多种类，应根据所生产的产品性能要求及加工设备等因素进行选择。

②润滑剂　润滑剂种类也较多，且在使用中分内润滑剂、外润滑剂及内外润滑剂三类。内润滑剂与PVC树脂相容。常用的内润滑剂为脂肪酸及其脂类，如硬脂酸、硬脂醇、硬脂酸丁酯等。外润滑剂与PVC树脂不相容。通常用低分子蜡如石蜡、聚乙烯蜡、氯化聚乙烯蜡等作为外润滑剂。内、外润滑剂与PVC树脂部分相容。典型的内、外润滑剂是酯蜡，即褐煤酸酯蜡类的OP蜡、E蜡和D蜡等。

润滑剂的选择和用量与PVC加工方法、设备特征、模具结构等有关。不同的加工条件如单螺杆、平行双螺杆、锥形双螺杆及不同的加工方法如挤出加工与注塑加工等所用的润滑剂种类及用量均有所不同。

③加工助剂　为了提高配方混合料在混合过程中的分散均一性，缩短在挤出过程中的熔融塑化时间，增加凝胶扭矩，减少挤出时因压力波动而造成的物料流动态的波动和改善产品的外观质量，添加少量的加工助剂是必要的，同时也有利于产品性能的优化。

为了避免因加工助剂的加入，降低PVC塑料管的物理机械性能，应选用高聚物类加工助剂。如丙烯酸类共聚物是公认的加工PVC塑料管及管件所使用的加工助剂，其中ACR，又称ACE是使用最多的加工助剂。ACR由是甲基丙烯酸甲酯（MMA）与丙烯酸类及苯乙烯等接枝共聚组成的共聚物，因甲基丙烯酸甲酯的分子量的不同、丙烯酸类型的不同以及苯乙烯含量的不同，可以形成适合不同加工条件的各种ACR（ACE）的产品种类。如ACR-201、ACR-401、PA-20、PA-21等均适合加工PVC塑料管。特别是ACR-401，它在促进物料塑化的同时还能提高产品的抗冲击性能。进口产品中美国Rohm-Hass公司的KM系列及日本钟渊的PA系列都是性能较好的加工助剂。

加工UPVC塑料管使用ACR的量一般为1～5份，用量太少，难以起到促进塑化的作用，用量太多则增加产品成本（ACR价格一般较贵），而进口产品PA-21等用量则在0.5～3份。ACR的用量还要视加工设备的性能而定。塑化性能好的挤出机用量相对较少，甚至可以不用，塑化性能不好的挤出机加工制品时必须使用ACR且用量相对较多。

④改性剂　添加改性剂的目的是为了克服PVC制品性能上的固有缺陷，或希望其达到某一种特殊性能要求。通常只是为了改善PVC制品在较低温度下工作时呈现的脆性。PVC制品的理化性能会随着工作温度的变化产生较大差异。为了适应应用上的需要，加入改性剂是可行的方法，它可以提高PVC制品的抗冲能力，满足应用条件。

CPE（氯化聚乙烯）是UPVC塑料管生产加工时常用的抗冲增韧剂。CPE是聚乙烯（PE）的氯化产物，含氯量34％～38％的CPE与PVC树脂相容性好，其共混物不仅具有优异的耐低温冲击韧性，而且能保持PVC良好的耐化学腐蚀性、耐油性、电性能及难燃性。一般CPE的添加量为4％～12％。CPE在PVC树脂中形成网状分布，在PVC基体中形成一种包围其初级粒子的弹性网络，通过对冲击裂纹的能量吸收有效地提高低温冲击性能。

目前用于PVC塑料管材加工中、性能较好的CPE为产于潍坊亚星的135A和东营旭业的M35。CPE加入量对PVC冲击强度的影响见3-12。

由于ACR是多组分接枝共聚物，其性能与接枝的组分有关。有些规格的ACR不仅是一种塑化促进剂，也是抗冲击改性剂。KM系列的ACR有较好的抗冲击作用。

MBS是三元接枝共聚物（甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯）。丁二烯弹性体的含量决定了MBS的抗冲性能。推荐使用山东沂源高分子材料厂生产的MBS抗冲改性剂，它可将PVC的冲击强度提高6～15倍，而对热稳定性、伸长率等其它物理性能影响很小。但由于MBS分子中的丁二烯所含的双键受紫外线作用后易老化，所以室外架空的PVC管材不宜采用此类抗冲改性剂。MBS加入量对PVC冲击强度的影响见图3-13。

⑤着色剂　本色的PVC制品呈淡黄色，通常PVC塑料管都必须添加着色剂。常用着色剂种类有钛白粉、炭黑、酞菁蓝、群青等，可视着色需要的量添加。钛白粉为常用的色料，它是一种遮盖力、耐热性、耐迁移性都较优良的白色着色剂和遮盖剂。按它不同的晶体结构可分成锐钛型和金红石型两种，锐钛型钛白粉中带有蓝光，所以视觉上感觉比金红石型钛白粉白度更好，但其耐候性比金红石差。如产品颜色要求为白色，可根据应用环境的不同选用不同类型的钛白粉。

由于锐钛型的遮盖力及光稳定性比金红石型差些，所以UPVC白色塑料管常用金红石型钛白粉。制作灰色管材也需用钛白粉将PVC树脂的本色遮盖，然后通过调整炭黑用量可制成深灰、中灰和浅灰。同理，可制作其它颜色的产品。

⑥填充料　填充料一般选择碳酸钙。轻质碳酸钙要求其目数在320～400目，重质碳酸钙要求其目数在600～800目。活性碳酸钙与PVC树脂有一定的相容性，但其价格相对较高。无论选用何种碳酸钙，都必须要求其白度不小于90％。

3.3.4　PVC塑料管的配方设计及工艺流程

（1）配方设计

①配方设计的原则　PVC塑料管是一种多组分塑料，根据不同应用所要求的性能，可以使用不同的添加组分。在一定的设备条件下，由于配方组分不同，制品可以有不同的性能和质量。配方设计就是将不同组成的材料，按比例组成一个完整的配混料。优异的配方不但能提高产品质量，还能降低生产成本。

要进行配方设计，首先必须对PVC树脂的性能有一个基本了解。PVC树脂是有一定疏松性的粉状材料，在挤出加工中分解温度与加工温度十分接近，PVC在170℃左右即明显分解，未增塑PVC（UPVC）黏性较大，流动性差。

配方的设计要做到既能保持PVC材料的优良性能，又能克服它的不良性能，因此，必须遵循以下原则。

a.保证产品的质量　对配方设计，首先必须保证产品的质量及性能。PVC制品的本色为微黄色，且制品性能的主要缺陷是脆性，特别是低温脆性更为严重。以前对PVC塑料管的使用限制在0℃以上，另外，PVC材料随着使用温度的增加，其拉伸强度、工作压力等刚性指标都会十分明显地下降。因此，在不同产品的配方设计时，首先必须保证其所生产的产品符合各自的性能要求。

b.降低产品的成本　在不影响产品质量的前提下，应尽量降低产品的配方成本，如适当加入填充料及再生料等，以增加产品的市场竞争力。

②PVC管材配方设计的原理及相关材料的组合　UPVC配方中PVC树脂是主要材料，其成型加工温度通常不低于170℃，所以纯PVC树脂无法直接加工成制品。因而稳定剂是配方中必不可少的组分。加入相关的一种或几种稳定剂，就可在配方中组成稳定体系。

在挤出过程中，物料在双螺杆或螺杆与料筒的间隙中因剪切力、挤压力、摩擦力的作用，使其分子之间的摩擦力增加，过度的内部摩擦力会使物料在加工过程中熔融体黏度变差，制品变黄，脆性增加。因而必须在配方中加入内润滑剂，它减少了分子之间的摩擦作用，避免了因摩擦而产生物料分解，改善了熔体黏度。另外，在加工过程中，物料所接触的料筒内壁，以及成型机头中各个部件都会产生一定的摩擦作用并可能使其黏附，同时，过量的摩擦热促进了物料的分解反应。为了减少这一类摩擦作用，配方中应加入外润滑剂。为了能使PVC材料在整个加工过程中产生的摩擦热较合理，必须同时使用内、外两种不同的润滑剂。配方中的内、外润滑剂的组合称为润滑体系。润滑体系中内、外润滑剂的平衡在配方设计中最难掌握，内润湿剂加入过量会使制品塑化质量较差。而外润滑剂过量除在定径套及口模处析出外，严重时会影响产品质量。因此，内、外润滑剂的比例很重要，它要求合理、平衡，使用量过多或过少均会直接影响PVC材料的加工及其产品的性能，而合适的内、外润滑剂配比可改善制品的外观和内在质量。

UPVC塑料管在加工成型时，因挤出设备性能较差或挤出机螺杆和料筒磨损较大、模具压力不够、配方中填充料过多或改性剂过多等，都会产生物料的熔融塑化时间延长、塑化质量下降现象，使产品的品质变差。为了能有效地促进物料在挤出时的凝胶塑化，在配方中加入高聚物加工助剂十分必要，它不但能降低加工温度，也能放宽工艺温度的可调范围，从而提高产品质量的稳定性。这种在配方中能促进或改善塑化条件的添加剂组分，称为加工助剂。

为了进一步拓宽使用领域，改善施工和应用条件，对PVC材料进行改性非常重要。改性的目的和要求是在保持PVC原有的优良性能基础上，克服一些性能上的缺陷，以达到某些特定场合和条件下的使用要求。目前，对PVC材料改性主要有：

a）使PVC材料具有一定韧性；

b）克服低温脆性；

c）提高使用温度，使之具有一定的耐热性；

d）降低表面电阻率或体积电阻率，使之具有抗静电性；

e）使材料发泡或微发泡，减轻制品的重量，降低材料的消耗，从而降低成本；

f）使材料透明，制成透明制品，扩大其应用范围；

g）提高阻燃性能，使之适应消防等特殊场合使用；

h）赋予磁性、导热性、耐磨性等特殊性能，使之适合具有特殊性能要求的领域使用。

为了达到上述目的，在配方中需加入符合要求的添加剂，这种改变材料性能的添加剂称为改性剂。

选择合适的着色剂，使PVC管材具有各种色彩，以适合不同领域的使用要求，这是在配方中必不可少的。

PVC树脂的疏松性，决定了它是所有已知塑性材料中最能添加填充剂的材料，也是最能改性的材料。因此，配方中还可考虑加入一定量的填充剂。合理地添加填充剂，不但可以有效地降低生产成本，还可以提高产品在加工时的尺寸稳定性。但填充剂必须经过选择。添加量也必须合理，否则将影响产品质量。

通常在配方设计中，将这些相关材料的配比组合用下列通式来表示：

PVC树脂+稳定体系+润滑体系+加工助剂+填充剂+着色剂。

③配方中各组分配比的形式　配方中各组分的配合比例是以份数形式来表示的，通常PVC树脂质量为100份，则其它组分用相应的份数来配比。通常配方的书写形式为：

生产企业在具体实施时，可根据混料机容量的大小来确定每一份的质量。例如，使用200L混合机拌料时，最佳的每份质量为0.50kg，则配方应按下列方法折算成质量，以便对原辅材料进行称量。

配方设计是一项复杂的技术工作，它涉及原辅料的性能、各生产厂产品的规格型号及质量、挤出设备、模具及各辅机的性能、PVC加工工艺及工艺控制等环节。

④成熟配方的确定过程

a.根据产品性能要求制定试验配方　在制定配方时，必须分析所用材料各方面的性能，特别要注意其用量的限定范围，分析其加工过程中的不利因素，从而确定合理的用量。另外还必须指定和了解使用该配方所涉及的一切加工设备及模具的状况，同时制定加工工艺单。还应调整或挑选技术素质相对较好的操作人员进行配方试验，配方设计人员必须到生产现场亲自指导并了解试验的全过程，发现问题可及时调整配方及工艺，以达到最佳效果。

b.通过小试后的总结转入批量生产　一旦小试验成功，必须总结试验过程，根据测试室对产品性能的检测，对配方中各种材料组分的配比作进一步的调整（微调），同时写出总结报告。小试与批量投产有量的变化，外部干扰因素就会扩大，同时设备、模具、控制仪表的性能等均有差别，操作人员的技术水平也会参差不一，因此在扩大批量投产时，要充分考虑可能出现的情况，做好各种准备工作，确保批量生产的成功。

c.配方的验证　配方的验证除了对产品各项性能的多次检测外，还应征集产品投放市场后客户对产品品质的反馈意见，更重要的是使用该配方的产品质量稳定，生产也较规范。

d.配方的成熟　配方定型后，在生产中不能随意改动，经过2～3年的生产及应用考核，相对来说比较完美，这类配方称为成熟配方。

一个成熟的配方通常只适用于某一企业，这是因为各企业的生产技术条件并不完全一致，同一配方在不同的生产企业会产生不同的结果。

e.生产配方单　配方定型后，即可按企业常规生产管理要求下达生产配方单及生产通知单，配方单应包含配方类型、配方组分称量要点，混料工艺要点等几方面内容，一般可参照以下形式：

（2）工艺流程　不管生产何种PVC管材，其大致的生产工艺流程都可用以下的排列来表达：

对混料的工艺，有一定的要求，且必须加以重视。如配方中有液体添加剂，则必须先加入液体添加剂，不可将原辅料一次投入到搅拌缸中去。由于PVC树脂的体积（表面积）随着温度的上升而增大，液体添加剂容易渗透到物料中去，如果将主辅料一次性投入，液体添加剂除了渗透到PVC树脂中外，还会渗透到填充剂、改性剂等添加剂中，其结果是降低了液体添加剂的使用效果，特别是硫酸丁基锡这类高效稳定剂，添加量极少，很可能因部分组分渗透到其它添加剂中而降低了它的稳定效果。

当PVC树脂的温度达到80～90℃时，体积（表面积）明显扩大，这时加入固体粉状或颗粒状的稳定剂效果最好。外润滑剂必须最后加入，如过早地加入外润滑剂，由于外润滑剂包覆在PVC树脂的表层，并形成一层膜，从而阻碍了其它添加剂与PVC树脂的作用。

由此，在配混料中，如果有液体添加剂成分，如有机锡类稳定剂、各类液体增型剂等，在高混加料时必须注意其顺序。通常情况下，加料顺序及混合方法：PVC树脂+液体添加剂，混合1～2min，或混合温度达到60～70℃，再加入固体稳定剂、内润滑剂，混合温度达到90～100℃，再加入外润滑剂，如石蜡类等，混合温度达到105～125℃然后转低拌，冷却至40～45℃。对于上述要求，一般生产企业都不够重视，原因是对物料的混合机理不清楚，当产品发生质量问题时，找不到原因。

当用CPE、EVA、高抗冲MBS类增韧剂改性PVC时，高速混合的最终温度不宜超过110℃，搅拌时间也不宜过长，以免CPE等增韧剂黏结成团块。特别要注意CPE是松软物料，极易吸收液体类添加剂，如增塑剂等。因此，CPE一定要在液体类添加剂之后投入，否则会导致CPE吸收液体类添加剂并结成团块从而使操作无法进行。严重时能使高速混合机电流过载导致电路及设备损坏。

如要求生产白色PVC产品，在配方中需加入一定量的钛白粉（TiO2）。在混料时，钛白粉应在高混结束前1～2min放入，如果过早放入，会影响白度，这是因为钛白粉在一定条件下与金属细粉结合使白度降低。一般情况下，利用双螺杆挤出生产线生产UPVC塑料管材，其工艺流程基本相似，不同品种的管材，其工艺流程的区别也较小，如生产ф50mm以上的给水压力管，需要扩口这道工序，而ф50mm以下则不需要；生产建筑用排水管不需扩口，而埋地排污管需要扩口；生产双壁波纹管除了要扩口外还需要波纹成型这道工序；而芯层发泡管则需用2～3台挤出机共挤出。

在挤出工艺温度的控制上，加料段第一区温度在挤出机各区的加热温度中属最高，以后各区会逐步降低，这使得物料在加料段中就受到高温加热，加速了物料的熔融塑化。

其中扩口程序是通过扩口机对UPVC实壁管的一端进行扩口，以方便连接。扩口有两种形式：一种是柔性连接扩口，即在扩口内放置橡胶密封圈，管材连接后可任意伸缩；另一种是溶剂粘接形式的平扩口，见图3-14和图3-15。

（3）PVC实壁管挤出生产过程中常见的问题，产生原因及解决方法

①脆性　在生产过程中最常见的问题是管材脆性。同一配方和生产工艺，不同的工作条件，管材的性能也不一样，脆性现象的产生原因很多，也较复杂，其主要原因有下列几个方面。

a.PVC物料在挤出过程中熔融塑化程序不够，即塑化未到位。挤出机塑化性能不佳是造成塑化不够的原因。挤出机螺杆的主要功能是使物料塑化并压实，不同的设备制造商生产的挤出机的塑化能力不同，甚至有很大的差别。双螺杆挤出机可以从两个观察孔中看到塑化情况，如发现管材出现脆性，可检查挤出机螺杆塑化情况，发现螺杆塑化不好，应进行更换或从配方上进行调整。在选购设备时也应首先考虑挤出机的塑化能力，这样既保证产品质量，也可维持较低的配方成本。

b.模具的压缩比和平直段长度是PVC管材脆性的原因之一。使用压缩比小且平直段短的模具，制品会产生明显的纵向支架熔接线，严重时甚至会裂开。尤其应注意的是利用一个机头生产大小不同规格或不同壁厚的管材时，其压缩比会有很大差距，在模具设计时应充分考虑到这一因素，即不同规格的跨度不能太大。

c.工艺温度不当，也是产生脆性的原因之一。在双螺杆挤出机上，适当调高机身上的进料段温度能改变物料的塑化程度，从而降低产品的脆性。

d.物料中挥发物过多，特别是水分过多会造成物料塑化不良，并产生气泡。混料机的排气和挤出机轴真空可以排除挥发物。平时原材料应尽量保持干燥，减少物料的水分。

e.配方不当也可产生管材的脆性。物料中填充剂含量过多且没有相应的抗冲改性剂协调，或者内润滑过量，物料分子间摩擦力降低也是产生物料塑化不良的重要原因。

挤出过程中不正常现象的产生原因是多方面的，在诸多因素中，能找到主要原因非常重要，配方及工艺温度的调整不是克服不正常现象的唯一办法，它仅可以在一定程度上弥补由设备和模具所造成的缺陷，但这一方法会带来配方成本的提高。在选购设备和模具时应充分考虑其性能质量与价格之比。

②内壁毛糙及外壁无光泽　PVC管材的外观质量在国家标准中有一定的要求，同时也是影响市场竞争力的因素之一。管材外壁质量是由模具的口模及定径套来决定的。口模温度偏低，挤出的管坯明显无光泽，过高的口模温度可使管外壁光泽消失同时产生毛糙现象。应调整口模温度直至满意为止。真空定径套光泽度校差、冷却水温偏高、负压不够及定径长度偏短等也会使表面推失去光泽，好的定径套不但能使挤出管坯的表面光泽进一步提高，还能保证管材的外径尺寸。

管材的内壁质量是由模具中的芯棒及挤出机的螺杆温度决定的。螺杆温度偏高，内壁毛糙并变黄，严重时会因挥发物料分解而起泡，这种气泡通常称之为“热泡”。螺杆温度偏低，内壁也会不光滑，但随着运行时间的积累会逐渐改善。因为挤出机是由安装在料筒上的电热圈进行外部加热的，所以料筒和螺杆有一定的温差，螺杆的温度主要来源于料筒热量通过介质的传递及螺杆运行时物料与螺杆、料筒内壁及物料与物料之间的摩擦热，螺杆温度可随加工时间的延长而升高。因此控制螺杆的温度是提高管材内壁质量的主要手段之一。螺杆油冷却装置可解决这一问题，油温设定一般为80～100℃，然后再根据现场情况进行调整。由此可见，由螺杆温度偏高而产生的内壁不光滑是比较容易克服的。

模具中芯棒平直段偏短、温度偏低也会使内壁质量较差，尤其是厚壁或大口径管。但随着挤出时间的延长，因芯棒温度偏低而出现的内壁质量差的现象会有所改善。通过芯棒内部安放加热棒或加热圈，设定温度为140～160℃，可以明显提高内壁质量。挤出机螺杆和模具的芯棒如另由加热和冷却系统来控制，其温度的变化是提高管材内壁质量最可靠的方法。另外，物料中的水分和挥发物的存在，也会影响内壁质量。

如果管内壁有明显的纵向熔接线，这是因机头压缩比偏小或支架背偏厚形成的。机头压缩比偏小还会产生管壁波浪形起皱。

③管外壁有间断微凸小圆孔或间断微小凸条，内壁相应有微凹或微凹条。

这一现象基本上是由定径套产生的。定径套通过均布小圆孔抽真空，通常会因圆孔大小不一、分布不均而形成负压区域不均，从而产生表面的微凸圆孔。同理，真空定径套的沟槽不均一会形成表面波浪形间断微条。

④管外表有小黑点或小白点　小黑点或小白点基本上是由原辅料中的杂质造成的。PVC树脂有可能在VC单体聚合时产生不塑化的“鱼眼”和少量低分子量的化合物。“鱼眼”会使管材表面产生小白点，低分子量化合物产生小黑点。另外，物料中的改性剂，尤其是氯化聚乙烯也会造成上述现象。聚乙烯氯化时反应釜中的残留物重复氧化条件不当等原因形成了不能塑化的颗粒。要改变这一现象，首先检查原辅料，一旦发现问题，立即更换，并做好记录，以免重复采购。

管外表的焦粒与小黑点不一样，焦粒是物料分解的现象，它不呈微小颗粒状，它是由于物料中的焦屑在挤出中带出或在模具支架及口模处黏附的物料因受热时间较长而产生的，物料的分解现象经常从管坯色泽度开始，如不及时调整温度，颜色会进一步加深，管材表面出现焦斑，并伴有氯化氢气味，严重时会形成口模出料极度不均，最后物料彻底分解。很多情况是分流梭支架处粘料而产生黄色支架，如果经过一段时间的挤出，黏附物料还不能清除，则必须将模具拆卸，彻底清理并打光。

⑤管壁厚度不均匀　管壁厚度不均匀有两种现象：一种是管材圆周断面壁厚均匀，偏差很小，而整段管材在挤出中有厚度，主要原因是挤出机的挤出量或牵引机的牵引速度产生周期性的变化；另一种较为普遍的现象是管材圆周断面壁厚有明显偏差，它的产生原因是模具安装时口模与芯棒的中心未对正，或是模具螺栓及压板螺栓松紧不一致。因此，安装模具时不能一次性将螺栓紧死，应按顺时针方向将每一根螺栓充分拧紧后再回松一圈，待加热温度达到设定温度后，在即将开机前再按顺时针方向将每一螺栓真正紧死。螺栓必须是符合设计要求的标准件，螺栓的松紧不一致会因物料挤出时的压力而产生出料的不一致，从而导致壁厚偏差。另外PVC物料的流动性与温度的关系比较密切，而机头及口模的加热圈通常是使用包覆式的，包覆边是用螺丝使其结合的，在包覆边处经常留有不小的孔隙，或电热圈与机头及口模的接触面松紧不一，中间隔有空气介质，这就使加热不均匀，从而产生料流速度的偏差。如果机头尺寸不大，可以通过壁厚调节螺栓进行适当调整，或将电热圈转动方向来调节加热温度。容料大的挤出机头最容易产生料流的不一致，因为模具大，很难通过壁厚调节螺栓来调整壁厚偏差。通常使用4～6块分开控制的加热圈，通过调节某一加热圈温度来调节模具中的局部温度，使料流状态基本一致。

⑥管材弯曲　管材弯曲经常与壁厚不匀有关，出料块的部位壁厚偏厚会产生管材的弯曲现象，如果管材壁均匀，挤出的管材也并不弯曲，但放置几天后就产生弯曲现象，这是因为PVC物料在挤出成型过程中所产生的应力使管材在一定的外界条件下如强烈的日光照射、管材堆放处的不平整、低层管材受到上层管材的压力等随时间的推移逐渐弯曲，如果配方中增塑剂含量过多或选用易挥发和迁移速率大的增塑剂，管材在日光照射后极易弯曲，不含增塑的未增塑PVC管材如果冷却定长不够也会产生弯曲现象。

⑦管外壁局部出现灰黑色木纹状条纹　管外壁局部发现有连续的灰黑色木纹状条纹，每次生产时均有此现象重复出现且很难消除，这时应将模具全部拆除，检查合流芯过渡套挤出的物料是否带有灰黑色，如发现有这种现象且连续不断，这是螺杆与料筒之间或螺杆与螺杆之间产生了磨损，应当将双螺杆拆下并检查磨损程度，重新安装时一定要精确地调整好螺杆的间距，重新开机后进一步检查挤出物料是否还带有灰黑色条纹。这种情况并不常见，但一旦发现必须及时处理，避免因长期磨损动作造成螺杆报废。

3.3.5　未增塑聚氯乙烯（UPVC）塑料管材的生产

一般来说，具备了必要的条件，就可以生产PVC塑料管材。但是，对各种不同用途的产品，如压力管与非压力管等其生产所需的设备、模具、配方及工艺等不相同。只有采用合适的方法，才能生产出符合其性能要求的产品。

由于未增塑聚氯乙烯（UPVC）塑料管材的品种比较多，内容也多，本文仅对每一个品种的主要要求和配方工艺重点介绍。

（1）UPVC给水压力管　UPVC给水压力管可在一定压力下输送温度不超45℃的介质，它包括饮用水、非饮用水、气及一定条件下的酸、碱、盐等有机或无机化学介质。适用于建筑物内外埋地或架空敷设。由于压力管在工作时需承受一定的工作压力，产品性能要求较高，且管材安装应采用柔性连接，因此，生产设备中除了挤出机外，还需采用扩口机。对于输送饮水用的压力管，还必须考虑卫生要求，其卫生指标必须符合GP/T10002.1—2006标准中所示的卫生指标，并且符合GB/T 17219—1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。因此，其配方设计上有一定的要求。

①原辅料　UPVC压力管以PVC树脂为主料，经挤出成型加工而成。适合生产UPVC压力管的PVC树脂其K值选取范围为68～70。国产PVC-SG5型或PVC-S1000树脂适合生产UPVC压力管。

辅料中最主要的是热稳定剂、润滑剂等。生产饮用水管时，需要考虑采用重金属含量低及无毒的辅料。

②UPVC饮用水压力管的配方　在设计配方及确定加工工艺时要考虑产品的性能要求及设备与模具的性能，同时还应尽量提高产品质量和降低成本，以下是几个典型的UPVC给水压力管的配方。

a.双螺杆挤出生产线生产符合GB/T 10002.1—1996标准的UPVC饮用水给水管的配方（管材颜色为深灰色）见表3-1。

b.双螺杆挤生产线生产符合GB/T 10002.1—1996标准的非饮用水给水管配方（管材颜色为深蓝色）见表3-2。

③工艺流程及相关工艺参数

a.工艺流程　PVC给水压力管的生产工艺流程如下（双螺杆挤出机）：

b.混料工艺参数　经配方后的物料需经高速混合及低速冷却拌和两个过程，拌料温度是其主要工艺参数，它直接影响配方料的混合质量，从而影响制品质量。

高速混合设定温度值为120～125℃，此温度值通常是物料在混料缸内高速搅拌时产生的摩擦热，不宜通过对筒壁外加热来产生温度。启动高速混料机时应先启动低速，旋转5～10s后再转入高速，以免启动电流太高而损坏电机。由于连续生产，调整混料缸内的温度很难散发，这对后续物料的混合和分解质量产生很大影响，因此必须确保每混一缸配方料，高混机内的起始温度低于40～45℃。合理的混料应该是间断式的。

低速拌和冷却的目的是将高混的物料进一步分散，并打碎可能结成的团块，使物料达到冷却的均一性。低速拌和的温度控制在40～45℃。从低速拌和冷却缸出料口排出的物料应送入干燥的储料器内，并停放12h以上（俗称困料）再输入挤出机加料口。

混合后的物料应过筛，除去杂质及不能熔化的物质，物料经过上料器输入挤出机的喂料系统。上料器的料仓还应安装磁力架，除去铁屑之类的有损设备及产品质量的物质。

c.挤出工艺参数　在挤出过程中，由于未增塑PVC物料对温度的要求很重要，往往因温度控制不当造成挤出困难或分解，因此，挤出温度应根据配方、挤出机的性能特点、机头结构、螺杆转速、测温点的位置、测温仪器的误差以及测温点的深度等因素来确定。事实上不可能有一个能普遍适用的加工温度，只有通过对工作现场的仔细观察和分析，才能确定适合该挤出生产线的工艺和加工温度。

a）工艺温度控制　挤出机的工艺温度是工艺控制中最重要的关键工艺参数。在温度显示表上的温度都是由热电偶将热量通过电流的形式反映出来。当显示温度超过设定温度值时，控温系统将电流断开，反之，则电流自动接通。控制系统比较灵敏的继电器在挤出过程中会频繁地发出断开和闭合的跳动声。表3-3为锥形双螺杆挤出UPVC工艺温度范围。

注：芯棒预热温度为140～160℃。

表3-3是上海申威达锥形双螺杆挤出机生产未增塑PVC管材的工艺温度控制范围。

b）塑化质量的控制　通过扭矩仪表的显示来控制或调节物料的凝胶程度。不同的设备、模具及不同的配方其扭矩值不一样，这就要凭生产操作经验自行调整。经验在塑料制品加工中非常重要。提高扭矩一般是通过增加喂料量或降低主机螺杆转速来达到的。

主机电流表上电流值的变化在一定程度上也反映了物料熔融塑化的程度。不同类别的挤出机其功能也不同，很难得到具体的电流取值范围。在开始启动挤出机主机时，由于料筒内的物料尚未充满，机头压力尚未建立，主机电流很低，当物料熔融塑化并进入合流芯时，电流明显增加，当料流进入口模和芯棒平直段的狭缝中时电流骤然增大至最大值。此时背压表和熔体压力表的显示值也迅速上升，这是操作最关键的时刻，也是挤出机负载最大的时刻，一旦物料挤出口模，封闭的压力获得释放，主机电流、背压、熔体压力都会逐渐下降至正常运行时所显示的值。然后根据挤出物料的状态来判断其塑化程度，并调整工艺温度和确定最佳塑化状态下相应的主机电流值。参照所确定的主机电流值，通过喂料量和主机螺杆转速的调整来达到要求。

螺杆压力表所显示的是挤出过程中的熔体压力，它既反映螺杆的受力状态，也反映物料熔融塑化状态。过高的熔体压力会使物料的熔体破裂增加，通常情况下，熔体压力不超过35MPa。

背压表上所显示的值是挤出过程中料流因阻力而产生的反作用力，这种力是轴向反力，由止推轴承和减速齿轮承受。为了保护设备在荷载情况下的安全性，挤出机设置了超荷载自动报警装置，在设定的背压条件下，在超载时会自动报警并切断电流。

c）真空表　主机轴真空的目的是将挤出过程中物料的挥发物及水分排出，根据塑料管的管径和壁厚，对轴真空度也略有不同，小口径管真空度为0.02～0.04MPa，大口径管为0.06～0.08MPa。有些国产挤出机抽真空时将挤出机内未塑化的粉料抽出，因而使抽真空无法正常工作。产生这种情况的基本原因是螺杆结构不合理或螺杆加工精度不符合要求，未能使物料在排气口前成为半塑化状态。用手电筒照射挤出机的两个视镜孔（观察孔），可以观察到物料的塑化状态。还有一种情况，由于排气口的位置设计不当，也会造成上述现象的发生。有些挤出设备因螺杆设计不当，在塑化段前的无螺纹区存在一定压力，使未塑化的粉料或已经部分塑化的物料在一定的主机转速下，从两个观察孔中排出。所以使用这类挤出机，只能维持在较低的主机转速下才能连续工作。

塑化的物料通过模具初步形成管坯，这时通过真空定径套可起到冷却定型的作用。通过对定径套轴真空，使定径套内壁产生负压，管坯外壁在负压情况下，紧贴定径套内壁，在冷却水的冷却下使产品定型。管材外径尺寸的准确及外表的平滑和光泽，与定径套负压的大小、冷却效果及定径套内壁的光洁度等因素有关。真空定径套真空度范围与塑料管直径和壁厚有关，薄壁管或小口径管其真空度为0.04MPa左右，厚壁管或大口径管的真空度为0.06～0.08MPa。

定径套的长度通常为管材外径的3～5倍，如ф110mm的管材，其定径套长度为350～550mm，定径套过短，管材在应力的作用下，会随时间推移而逐渐弯曲，且对其表面质量也有影响。

真空冷却定型箱是为生产较大口径管材或生产效率很高的挤出机配套使用的，由于真空冷却定径套无法使产品完全定型，需通过真空冷却水箱使之完全定型。通常，真空冷却水箱和真空定径套所产生的负压都是由一个真空泵来完成的。这会造成大口径塑料管生产时废料量的增加。目前已有不少挤出生产线设置两个真空泵，分别使真空定径套和真空冷却水箱产生负压。真空冷却水箱所产生的负压可小于定径套，真空度范围为0.02～0.04MPa。

d）油温冷却表　螺杆温度偏高或偏低都会使塑料管内壁粗糙，因此，螺杆中没有油温冷却装置。螺杆的温度值由油温冷却表来反映。通常在油温表上将油温设定为80～120℃。

e）牵引线速度显示表　牵引机的牵引速度必须与挤出机的挤出量同步，当塑料管壁厚度需要调整时，可通过主机螺杆转速及牵引机的牵引速度进行调整。牵引机的线速度表所显示的是每分钟挤出管材的长度，它以每分钟毫米长度（mm/min）来表示，通过仪表上的生产速率可计算出机台的生产效率和产量（根据规格）。

f）其它辅助设备的控制　锯割机自动定长切割的长度是由牵引机的线速度并通过锯割机的控制仪表进行设定，计量单位为mm。所有自动化过程都是由计算机程序控制来完成。

扩口机上的控制仪表有液压控制、气压控制、加热炉加热时间控制及冷却控制等。在扩口机上，被扩口加工的塑料管从输送、加热、扩口、冷却及卸管都是连续进行的，并保证每根塑料管能按顺序不间断地进入被加工状态。

鉴于挤出机螺杆对物料塑化的性能差异，上述温度范围仅指上海申威达ф65mm锥形双螺杆对UPVC挤出工艺温度的控制范围。如果螺杆能使物料在较低温度下塑化，则工艺温度可适当降低，例如一些同规格欧洲产的挤出机，其工艺温度可降低10～15℃。另外，配方中的填充料含量也对塑化温度有一定的影响。

④UPVC给水压力管的性能要求

UPVC给水用（包括饮用水和非饮用水）塑料管的产品性能必须符合一定的标准，目前PVC给水管的国家标准是GB/T 10002.1—2006。若水温在25～45℃之间时，应通过表3-4中不同温度下的下降系数Ft来修正工作压力，用下降系数乘以公称压力Ft得到最大允许工作压力。

作为饮用水管，其重要指标之一是卫生指标。卫生指标的控制必须从树脂的选用开始，层层把关，包括稳定剂、润滑剂等都必须符合卫生指标要求。目前国家对卫生指标的控制主要为VC含量和微量有毒金属含量的控制。要做到产品符合卫生指标，最主要的就是慎重选择原辅材料。表3-5为UPVC给水压力管的卫生指标。

无论是饮用水管或非饮用水管，其物料力学性能要求都可参照同一标准，其中二氯甲烷浸泡和液压试验对管材质量的考验最为严峻。表3-6和表3-7为GB/T 10002.1—2006标准中新要求的性能指标及卫生指标中新需检测的项目。

（2）PVC建筑排水管　目前国家正大力推广化学建材，其中塑料管材类占相当大的比重。因此这一类管材的市场正方兴未艾。PVC建筑排水管用于建筑物内排污、排废水，使用量相当大。

①原辅材料的选择　PVC建筑排水管对PVC树脂无卫生指标要求，一般选用PVC-S1000或PVC-SG5型树脂。同样，生产这类管材也需要稳定剂、润滑剂、改性剂、填充剂、着色剂等。这些原辅材料都可参考上文进行选择。

鉴于PVC建筑排水管的国家标准（GB/T 5836.1—2006）中来对选用材料及填充剂含量作出限制，因此在产品性能符合标准要求的前提下可适当增加填充量，以达到既能降低生产成本，又能改善加工条件的目的。但对填充料的白度和细度等要求要高一些，以保证对产品色泽和强度的要求。此外，必须添加一些能满足高填充后对加工条件有帮助的助剂。

填充料一般采用碳酸钙（CaCO3），由于其用量相对较多，对产品的影响也相对增加，因此，必须对碳酸钙的品质有所要求：白度应大于90％，轻质碳酸钙的细度一般为320～400目，重质碳酸钙的细度一般为500～600目。此外，由于PVC树脂与CaCO3相容性差，在它们的结合面上易产生空穴及新的应力集中点。这就是通过填充CaCO3使制品性能变差的主要原因。为了消除结合面上的空穴，必须有效地提高PVC树脂与CaCO3的相容性。这就是常说的CaCO3的活化处理。但一般情况下使用的CaCO3都不经过处理。

PVC在加工过程中加入恰当量的增塑剂，可使PVC分子间的距离增加，这有利于填充剂的加入。另外，增塑剂通常是液体状的，它在加工时有一定的膨胀性，如果与CPE配合使用，可大量吸收填充物料，不增加PVC加工难度。合理使用增塑剂，会给生产加工带来很多有利因素。常用增塑剂是邻苯二甲酸二辛酯（DOP），它与PVC树脂有很好的相容性，且价格低廉，加工性好，无毒。它是无色透明液体，不影响着色。

另外，可加入一些其它材料以提高产品质量，如加入环氧大豆油（ESBO）及氯化石蜡等。环氧大豆油虽然与PVC树脂相容性差，但它具有耐热性，它的环氧基具有在PVC加工中的稳定作用，且可使产品光泽性提高。48°～52°氯化石蜡作为辅助增塑剂，可提高PVC制品的阻燃性能。

值得一提的是，一些生产企业认为PVC建筑排水管的性能要求没有给水压力管高，因此在辅料的选用上要求不高，但是有时使用较好的辅料非但不会增加成本，反而会因其质量好而减少了使用量，从而降低了产品成本，同时管材的质量也可有所提高。

②工艺流程　无论采用单螺杆挤出机还是双螺杆挤出机生产PVC建筑排水管，两种设备的工艺流程相似，只是单螺杆挤出机最好经过造粒后再进行挤出生产。PVC建筑排水管不需扩口，其所有的连接都由管件完成。以下为该管材的工艺流程：

对于工艺控制及工艺参数的确定，与生产UPVC给水压力管相似，工艺温度的设定也可参照UPVC给水压力管。

③配方　在PVC建筑排水管的配方设计时，应根据其使用要求酌情调整。通常要求产品的多项性能指标达到国家标准，但原材料成本略高。除此之外还可以设计高填充PVC建筑排水管配方。这种管材性能尚可，稍逊于达标管，但可大大降低配方成本。PVC建筑排水管作雨水管使用时，其性能要求相对要高一些。特别是高层建筑雨水管相对于建筑排水管来说，其要求更高。因为屋顶积存大量雨水需顺管道下落，由于是高层建筑，雨水的落差较大，存在的势能就较大，因此管材必须经受住这种能量。再者，雨水管通常都是室外敷设，常年暴露在日晒雨淋之中，因此它的耐老化要求也较高。在配方设计时也需进行相应的调整。现将一些实用的配方列出，以供参考。

a.单螺杆挤出生产线生产配方（管材颜色为白色）

b.双螺杆挤出生产线生产配方（管材颜色为白色）

PVC-S1000型树脂100；OGP-101（复合稳定剂，日本三井）1.5～3.5；PbSt（硬脂酸铅）0.2～1；BaSt（硬脂酸钡）0.1～0.8；HSt（硬脂酸）0.5～1.5；DOP0.5～3；CPE2～8；Wax（石蜡）0.1～0.8；轻质CaCO3适量；TiO2适量；群青适量。

c.单螺杆挤出机生产线生产高填充PVC建筑排水管的配方（管材颜色为白色）。

d.双螺杆挤出机生产线生产高填充PVC建筑排水管的配方（管材颜色为白色）。

e.双螺杆挤出生产线生产PVC雨水管的配方。

④性能要求　PVC建筑排水管的性能要求应符合国家标准GB/T 5836.1—2006，其主要物理机械性能如表3-8所示。当然，高填充料管材的所有指标要达到标准的要求还是较困难的，但差距不太大，可在使用要求不太严格的场合使用。

（3）UPVC埋地排污管

UPVC埋地排污管主要用于城市生活污废水、工业废水等的排放，其主要性能指标应符合国家标准GB/T 10002.3—2011。UPVC埋地排污管的生产要求类似于UPVC压力管。根据UPVC埋地排污管的使用要求和特点，要求管材的口径要大，国家标准中确定其最小规格为ф110mm，因此，这类管材属于大口径管材。

①原辅料　同样，按照PVC挤出加工的要求，选择PVC-S1000型树脂作为主料，其辅助材料如热稳定剂、润滑剂等的选择等与PVC压力管相似。

②生产工艺　由于UPVC埋地排污管从生产设备到模具形式都与UPVC压力管相似，因此，其工艺流程甚至工艺温度控制等都可借鉴UPVC压力管。由于这种管材的性能要求高，特别是增加了环刚度的要求，因此在生产过程中要严格对待。

③配方设计　由于埋地排污管主要是敷设在地下，且没有内压要求，因此，对于PVC埋地排污管来说，环刚度是其主要性能指标，环刚度有三个级别，可考虑路面的承载情况采用不同的环刚度。由于国家标准中对材料的要求中，并未限制使用增塑剂，所以配方中也可适当添加少量增塑剂。国标中对产品密度有规定，因此填充剂含量不宜多。总之，配方设计应参考标准，满足标准中要求的性能指标要求，同时，尽可能地降低配方成本。以下为UPVC埋地排污管的配方（产品为深灰色）。

④性能要求　PVC埋地排污管的国家标准为大口径管材，因此，对其性能要求也比较高，其主要性能指标见表3-9。从表中可知，国家标准对UPVC埋地排污管的性能指标控制是较严格的，生产这类管材时也应密切注意产品质量，防止不达标的废管产生。

（4）PVC建筑用电工套管　PVC建筑用绝缘电工套管主要用于建筑物内电线、电缆的护套管。PVC塑料所具有的绝缘、难燃、内壁光滑、量轻及耐腐蚀等性能上的优点，使得这类管材的性能较好地满足了其使用要求。通过配方和加工工艺调整，PVC电工套管不但可以在室温下弯曲，而且其刚性可满足建筑施工中灌浆时所承受的压力，不会被压扁而影响穿线，且具有阻燃自熄的功能。PVC建筑用绝缘电工套管的质量和性能必须符合JG 3050—1998建工标准，尤其是其阻燃性能必须满足氧指数≥32％、自熄≤30s的要求。

①原辅料　选择PVC-S1000型树脂作为建筑用电工套管的主料，其它辅料可与PVC建筑排水管等相同。同样地，适当添加一些碳酸钙可降低配方成本，但对碳酸钙的白度等有一定的要求。

②PVC建筑用电工套管的生产工艺流程及控制

a.单螺杆挤出生产线生产PVC建筑用电工套管的工艺流程：

b.双螺杆挤出生产线生产PVC建筑用电工套管的工艺流程：

生产PVC建筑用电工套管的工艺参数及工艺温度控制可以借鉴其它PVC管材的生产工艺。

③配方设计　PVC建筑用电工套管的特点是：可以冷弯；符合消防要求中氧指数、难燃等指标。配方设计中可采用CPE作为增韧剂，而PVC本身就具有自熄的特点，再加上CPE中具有一定的氯含量，因此产品可符合消防要求。以下为三个生产PVC建筑用电工套管的配方，产品符合JG 3050—1998标准，色泽为微黄色。

a.生产优质PVC建筑用电工套管的配方

b.生产高填充量PVC建筑用电工套管的配方

c.生产高填充量的PVC建筑用电工套管的配方

④PVC建筑用电工套管的主要性能指标　PVC建筑用电工套管有一个重要指标是关于消防要求，即氧指数要求及难燃度，有时还必须要求烟雾指数。要达到这些性能指标，全靠配方的调整，设计人员在配方设计时必须注意这一点。PVC建筑用电工套管的主要性能指标见表3-10。

（5）PVC双壁波纹管　双壁波纹管是一种管外壁为波纹形结构，用来增加管材刚性和抗外压，内壁为平滑实壁形，用来输送介质或通过电线电缆的特殊形式的管材。它的最大优点是比同规格的PVC实壁管在用料上节约40％～60％，其它性能基本不变。外壁的波纹形状是由波纹成型机来完成的。PVC双壁波纹管的管外壁是波纹形的加强筋，内壁是平滑的实壁。

由于外壁有加强筋，PVC双壁波纹管所能承受的外压有很大提高，它的环刚度大于或等于同规格的PVC实壁管，而所用材料比实壁管至少少一半。近几年，我国在PVC双壁波纹管的生产设备和技术工艺等方面发展很快，管径最大可达800mm，广泛用于电力、通讯线缆的扩套管、市政建设中的下水道排污管及农用灌溉等。PVC双壁波纹管已成为PVC管材类中的大类之一。

①原辅料　PVC双壁波纹管的国家标准中对PVC树脂无卫生指标要求，对碳酸钙（CaCO3）填充剂的添加量及是否增加增塑剂没限制。它对加工原辅料的选用，可参照PVC建筑排水管或埋地排水管对原辅材料的选用要求。

②生产工艺及配方

a.生产工艺　PVC双壁波纹管的生产工艺与PVC实壁管不完全一样，图3-16为PVC双壁波纹生产线示意图。

PVC双壁波纹管的工艺流程如下：

PVC双壁波纹管生产工艺要点如下。

a）配方料的搅拌温度　高速混合设定温度为：120℃，由物料在高速搅拌时的摩擦产生，不需外加热。低速冷拌设定温度为40℃，物料通过低速搅拌缸夹套内的循环冷却水冷却。混合后的配方熟料需经40目过筛。

b）挤出工艺温度　双壁波纹管的生产工艺（采用平行双螺杆挤出机）参阅表3-11。

在波纹管的生产中，对冷却装置要求较严，尤其是对冷却水的水温及水质要求比生产PVC实壁管严格。冷却水温度应控制在5～8℃。冷却水温偏高会带来成型上的困难。为了确保冷却水有较低的温度，供水泵需经冷却塔冷却，并由冷冻机使冷却水温度维持在工艺要求范围内。

b.配方设计　按照上文提及的UPVC管材的配方设计原则，可设计如下的PVC双壁波纹管的生产配方。

a）双壁波纹管配方一

b）双壁波纹管配方二

c.操作方法　PVC双壁波纹管生产线开机前的准备工作与实壁管基本一致。检查并调整好所有设备的运行状态，尤其是波纹成型机的模块安装与调节。使所有设备处于开机待命状态。

国产双壁波纹管成型设备基本采用气压内定径工艺，当然亦有采用真空负压外定径工艺的。本节仅介绍内定径法。挤出机启动前详细检查各区温度是否达到设定值。在一切正常的情况下，启动主机使螺杆运行并将物料挤出。当物料从口模处挤出时应仔细观察物料的塑化状态及内外层挤出物的料流速率是否一致。在达到上述现象较满意时即停止主机螺杆的运行。主机停机后应迅速在芯棒处安装内定径塞，同时安装好冷却水套。随后立即将波纹成型机移至模具的口模处，在开启冷却水及压缩空气的同时开启波纹成型机。成型模块的运行使外壁形成了波纹状。当波纹管行至切割机时，切割机将波纹管切断，这时应检查管材内外壁厚及粘连情况，发现不正常现象及时调整。在波纹管的生产操作中开机前的调整工作非常重要，尤其是在波纹成型机模块安装时的调整必须反复进行，调整其成型中心与挤出口模中心的同心度及水平高低的一致性。开机后波纹成型不能再作大的调整，否则物料会卡死在成型机中而无法连续运行。与实壁管的操作一样，壁厚的偏差也可以通过调节螺栓来调节，内、外壁的壁厚也可以通过气压来调整。

停机时必须有序地关闭相关设备，先关闭挤出机，待已成型的波纹管和结尾料全部送完后再依次关闭波纹成型机、压缩空气、冷却循环水等。最后需迅速拆下模具并仔细认真地清理黏附在模具上的PVC物料，对模具进行常规保养，以便下次使用。用专用的停机料通过挤出将挤出机内的剩余物料清理干净，且专用停机料与主机的开机料可以通用。

以下是停机料配方（此配方也适用于PVC实壁管）。

参照PVC芯层发泡管的挤出原理，用两台挤出机通过共挤出机头生产双壁波纹管能提高生产效率。另外，更换成型模块的形状可生产不同波形的单、双壁波纹管。

相对而言，生产PVC单壁波纹管要简单一些，波纹成型机的成型原理相同，但机头内只有一个流道，模具的制作及生产操作也要简单一些。单壁波纹管在水土保湿及土地改造方面应用较多，但必须在单壁波纹管上开出均布的小孔，埋设后一旦通水，就可由小孔向土壤中渗水，以保证土壤的湿度，它特别适宜于干旱缺水地区。开孔机的开孔作业可以在生产线上完成，也可以二次加工。

③PVC双壁波纹管的性能要求　QB/T1916—2004标准是国家对PVC双壁波纹管的质量控制标准，标准中产品的等级分类是按环刚度和压力等级来划分的，环刚度等级分类见表3-12，压力等级分类见表3-13。

①当用于低压输水灌溉时应进行此项试验。

PVC双壁波纹管的质量控制主要是落锤冲击试验，扁平试验等，对于P2、P3压力等级的管材，还必须进行液压试验等。其主要力学性能指标如表3-13所示。

④PVC双壁波纹管生产过程中的常见问题、产生原因及解决方法

a.脆性　双壁波纹管的脆性是常见的现象之一，它产生的原因主要是三种情况：一是配方不当，尤其是内润滑过量，使物料熔融化扭矩偏低。CaCO3填充量过多，物料流动性差，在较长的模具狭缝中产生熔体破裂。解决方法为：合理调整配方中的润滑体系，合理添加CaCO3填充剂，适当加入ACR等加工助剂，提高物料凝胶率。二是物料塑化不良。除配方不当外，原辅料中挥发物过多，尤其是水分过多也会使物料塑化不好。此外模具结构不合理使内、外壁结合性差，也会产生脆性现象。三是工艺控制不当。工艺温度偏低或过高、芯棒温度偏低或过高及气压不稳定，出现瘪纹或破纹等都会产生脆性。

b.波纹管外壁有错纹、瘪纹、塌纹或破纹　错纹的产生是设备的原因，波纹成型机模块制造精度差，有微小的错位或不规则，传动机构中模块的推移或链条的节距因误差等都易产生错纹。如发现有错纹现象，应检查设备，并对设备进行调整和修理才能消除。另外，配料中如果PVC树脂黏性大，加工温度偏低，尤其是口模温度偏低均能产生物料流动性不好或流料不稳，并由此在波纹管外壁成型时产生错纹。

瘪纹和塌纹的产生除上述原因外，压缩空气气压不足或不稳都会产生瘪纹和塌纹。因配方不当或挤出机机身温度偏高，挤出物料太软（烂），会造成波纹成型困难或纹迹不清。消除的方法是调整配方及工艺温度。

破纹主要是由于定型气压过大或不稳而造成的。气压的稳定性和可调性及真空负压稳定性和可调性在波纹管生产加工中是非常重要的。成型模块的移动速度偏快，或一对模中的两个模块移动产生位移或滑差也是产生破纹的原因之一。

c.管外壁无光泽　塑化不良会使管壁无光泽，口模偏短或真空负压不够，造成定径压力偏小，会使管壁光泽差，冷却套冷却不够也会产生这种现象。

d.管内壁有纵向划痕　管内壁的纵向划痕是由物料在挤出时析出的润滑剂黏附在冷却套上造成的。在配方中调整润滑剂的配比就可以克服这一现象的发生。

e.内、外管脱壳（黏附力差）　塑化不良，内、外壁黏附力就差。工艺温度偏低，尤其是成型温度偏低或冷却定径过快也会产生粘接力不够。另外，配方中外润滑剂过量不但会使外润滑剂析出黏附在筒壁，在管内壁产生划痕，还会形成内、外壁不能粘接。

f.管内壁有破裂或呈波纹状　内层成型气压过大或外层压力过小，或内层温度偏高及内壁厚偏小都会产生管内层呈波纹或破裂。

PVC双壁波纹管在生产加工中所产生的不正常现象中有部分与PVC实壁管有共性，所以当分析这些不正常现象的原因时，还应参考PVC实壁管生产中所产生的不正常现象的原因及消除方法，以便正确处理、及时解决。

（6）特大口径缠绕波纹管　PVC特大口径缠绕波纹管的生产原理是在一个缓慢旋转的大型芯模上，通过一台沿芯模轴而移动的ф65mm口径的挤出机，向芯模挤出实心或空心的棒料或中空型材，再通过水冷或风冷后脱出芯模，使其形成特大口径的缠绕波纹管。这种缠绕波纹管的直径可达3～4m。它可以作为大、中型城市的地下排污管，替代传统使用的水泥排污管。由于塑料缠绕波纹管重量轻，安装施工方便，且又耐酸、碱等化学物质的腐蚀，因此，它的应用前景非常广阔。生产PVC特大缠绕波纹管不需要大型挤出机，其设备的总投资并不大。在我国塑料管生产行业中是一个发展热点。

（7）PVC结皮低发泡管　PVC发泡管是在PVC实壁平管的基础上发展起来的，它包含两个关键技术，即物料的挤出技术和挤出发泡成型技术。发泡管的发泡形式有两种：一种是结皮低发泡；另一种是夹心层发泡，即芯层发泡管。PVC结皮低发泡管是在挤出物中添加发泡剂，经挤出形成内、外层管壁结皮的低发泡管。

①原辅料

a.PVC树脂　生产PVC结皮低发泡管的主料为PVC树脂。PVC树脂的选用，与前面所提及的实壁管及双壁波纹管略有不同，主要是考虑到PVC的分子量（聚合度或黏度）对发泡的影响。因此，选用的PVC树脂最好是P=600～700。即国产型号的SG7型或SG7型。

b.稳定剂　在有利于发泡的情况下，稳定剂宜选用铅盐类稳定剂，包括传统的无机碱式铅盐、有机碱式铅盐及铅盐类复合稳定剂。

c.润滑剂　润滑剂的选用可参照前面章节中所论述的有关内容。对于发泡管来说，对润滑剂并无特别要求。但如CaCO3填充料量较大，超过40质量份，则也需调整润滑剂用量。或将CaCO3预先进行表面涂覆处理，以避免因调整润滑剂的用量而产生配方设计上的困难。CaCO3的预处理方法为：CaCO3（轻质或重质）100份，HSt（硬脂酸）1份在高速混合机中混合5min，使混料温度达到75℃，冷拌至40℃后出料即可。

d.改性剂　改性剂的种类有促进物料塑化类和改善脆性的抗冲类。ACR可提高塑化质量，它不仅能促进物料在挤出过程中的塑化，也有利于发泡制品泡孔的均匀性。MBS对制品提高抗冲有很大作用，同样，它对提高发泡质量也有帮助，能起到泡孔调节的作用。CPE是PVC实壁管生产中最常用的增韧剂，它虽然对产品有十分明显的增韧作用，但不利发泡剂的发挥，添加CPE后挤出的发泡物料泡孔少而大，且泡孔均一性差，制品无光泽。因此，在PVC发泡管的配方中通常将CPE与MBS配合使用或仅用MBS作为抗冲改性剂。另外，EVA在发泡制品中一般是不使用的。

e.发泡剂　发泡剂的种类很多，有无机类化学发泡剂、有机类化学发泡剂等。适合PVC硬制品的发泡剂是偶氮类化合物。最常用的是AC（偶氮二甲酰胺）发泡剂，它的发气量大，分解温度与PVC挤出成型温度又比较接近，相对密度为1.65，比PVC略重，且又有阻燃、自熄、无毒、无味及不变色等优良性能，因此，它几乎是PVC发泡制品生产中唯一可选用的发泡剂。

f.发泡助剂　在发泡过程中能起到促进发泡、提高发气量和使泡孔大小均匀、稳定发泡结构的助剂称为发泡助剂。前面提到的铅盐类稳定剂、硬脂酸润滑剂、ACR及MBS改性剂，甚至填充料CaCO3等都是常用的发泡助剂，也称发泡调节剂、抵制剂等。只要在发泡管的加工配方中合理地调整好这些助剂的用量，完全可以在不增加新的助剂的情况下生产PVC发泡管。

②PVC结皮低发泡管的生产工艺及配方

a.生产工艺　挤出生产工艺流程可参照PVC建筑排水管的工艺流程。但是，工艺温度的控制要注意挤出机机身温度应不高于AC发泡剂的分解温度，否则会因在挤出机内过早发泡而使物料挤出困难。当然，合理使用发泡助剂能使发泡物料在挤出过程中抑制发泡并调节发泡剂的分解温度。

b.配方设计

结皮低发泡管的配方中关键是发泡剂的应用，而对于填充料最好经过处理。

以上为该管材的配方（管材颜色为白色）。

PVC结皮低发泡管若与PVC建筑排水管相比，相同的规格、相同的CaCO3填料含量，其重量要下降17％～20％。PVC结皮低发泡管断面的泡孔细小均匀，一般肉眼无法看到明显的疏松发泡状。

c.结皮低发泡管的成型模具特点　PVC结皮低发泡管的优点是生产设备和模具投资小，它与生产建筑排水管的设备相同，一条生产线既可生产建筑排水管又可生产结皮低发泡管。它的缺点是结皮层与发泡层为同一个物料配方和生产工艺，仅仅是在模具的作用下形成结皮层，要想进一步提高皮层的外观和内在质量是非常困难的。

（8）PVC芯层发泡管　芯层发泡管是由二台或三台挤出机分别挤出不发泡的内、外皮层和发泡的芯层，通过其挤出机头形成芯层发泡倍率较高的管材，其芯层发泡倍率较结皮低发泡管要高。

发泡管在塑料管口中能得到迅速发展是由于发泡层能使管材具有重量轻（密度0.9～1.0g/cm3）、隔声及隔热等优点。由于发泡管原料消耗明显降低，因而生产成本在一定程度上有所下降。近几年国内生产发泡管的企业已超百家，主要生产PVC芯层发泡管。图3-17是山东潍坊塑料建材有限公司生产的PVC芯层发泡管产品断面示意图。

PVC芯层发泡管具有两方面的市场优势：由于芯层为发泡体，管材的重量降低，因此具有价格优势；管材的发泡芯层具有隔声作用，降低了水流的噪声，具有使用优势。

①PVC芯层发泡管的生产

a.工艺流程　PVC芯层发泡管是由芯层和皮层两种不同配方的物料分别通过芯层和皮层的挤出机共挤出机头挤出成型而成的。其芯层的发泡质量和皮层的外观及内在质量可以通过各自的配方和工艺分别调整，实现单独控制。这对提高发泡管产品质量和降低生产成本是有利的。芯层发泡管的生产工艺流程基本与实壁管相似，只是挤出机挤出部分是采用二台或三台双螺杆挤出机进行共挤出，机头是共挤机头。其工艺流程如下：

b.工艺控制　由于芯层发泡管有芯层和皮层的区别，并且分别由二台或三台挤出机通过共挤模头完成。因此，芯层和皮层的挤出工艺和温度有较大的区别。

皮层要求有较好的表面光泽，因此塑化质量要求高，而皮层使用的PVC树脂黏性比芯层材料相对要高，分子量也大一些（P≈1000），同时它在复合模中与芯层要有很好的结合性，所以皮层的挤出温度应比芯层高8～12℃。芯层选用低分子量的PVC树脂（P≈700～800），物料进入挤出机后应在短时间内软化并压实，形成对气泡密封所需的压力。因此进料段温度宜高，但以后几段的温度应逐段以5～8℃下降，避免在挤出机内形成失控发泡产生泡孔破裂。口模温度的调节则是以芯层发泡质量进行控制的。表3-14是发泡管芯层和皮层挤出温度参照表。

选用型号规格较大的挤出机挤出芯层物料，因为发泡料热容量较大，螺杆转速不宜偏高。一台或二台用于皮层的挤出机，其螺杆转速应符合与芯层料的挤出量相匹配的挤出量。

如前所述，芯层发泡管是在口模与定径套之间的距离内进行发泡的，所以发泡质量除取决于调节口模温度外，对于口模与定径套之间的距离的调节也非常重要。发泡快的物料，距离应短一些，但也不能太短；反之，距离应长一些，但也不能太长。一般口模与定径套之间的距离在120～200mm之间调节。发气量与发气速率是提高泡孔质量的关键，在配方相对合理的情况下，对口模温度和口模与定径套之间的距离的调节非常重要。一般情况下还需凭经验根据泡孔质量来调整挤出机的挤出温度、口模温度及口模与定径套的距离。

定径套冷却定型的要求比普通PVC实壁管高，它必须使芯层发泡管充分冷却，通过温度的迅速降低终止物料的发泡过程。与PVC建筑排水管一样，定径套内的真空负压、接触面光洁程度等决定了芯层发泡管外表皮层的外观质量。

c.生产配方设计

a）PVC芯层发泡管的芯层配方（白色）

PVC芯层发泡管的配方必须分为两个部分：芯层配方和皮层配方。芯层配方中要注意发泡剂的应用，而皮层配方可参考PVC建筑排水管配方。

b）PVC芯层发泡管的皮层配方一（白色）

c）PVC芯层发泡管的皮层配方二（白色）

②PVC芯层发泡管的性能要求

国家标准GB/T 16800—2008排水用芯层发泡硬质聚氯乙烯（PVC-U）管材是产品质量控制的依据，见表3-15。

由于芯层发泡管的芯层材料是发泡物料，所以整体的芯层发泡管无法对比上述要求，它仅对皮层材料进行规范。

与双壁波纹管相似，芯层发泡管外壁需要具有一定的抗压刚性，国家标准也按环刚度等级对芯层发泡管进行了分类，见表3-16。

①S0管材供建筑物排水选用；S1、S2管材供埋地排水选用，也可用于建筑物排水。

芯层发泡管的内外皮层的厚度对管材的环刚度有直接的影响，因此国家标准对不同环刚度级别的管材的内、外皮层的厚度也有规范，见表3-17。

芯层发泡管的物理机械性能应符合表3-18的规定。

①公称外径大于或等于200mm的管材可以不作此项试验。

②真实冲击率法适用于型式试验，通过法适用于出厂检验。

低温（0±1）℃落锤冲击试验是对芯层发泡管的脆性检验，它是对产品实用性的考验，表3-19是国家标准中对PVC芯层发泡管落锤冲击试验的规定。

（9）PVC螺旋消声器　在先进国家，住宅建筑中排水系统是暗敷为主，而我国目前设计建筑住宅中，有相当大的比例是明敷，排水噪声直接干扰着人们的日常生活。在同等条件下，PVC建筑排水管的噪声要比铸铁管高5～10dB。而PVC螺旋消声管可比普通PVC建筑排水管降低噪声8～10dB，比芯层发泡管降低4～8dB。

在通常情况下管道中存在空气，自上而下的水流在管道中与不规则运动的空气碰撞，管道内壁对流体流速所形成的速度梯度和黏滞速率，即使在稳定流状态下也会形成一定的水声。如果因外因引起“水锤”等现象，噪声就会突发而至，在某些情况下，由于水流方向及流速的变化等复杂因素均可产生一定的水流噪声。因为PVC塑料管的材质及内壁的摩擦系数比铸铁管小，所以PVC实壁排水管的水流噪声比铸铁管大。

根据立管中水声噪声产生的基本原因，通过改变管材内壁的构型来降低噪声是可能的。如果管材内壁呈螺旋型突筋结构，迫使水流沿管材内壁旋转流下，减少水流与空气的碰撞，规范流体流动的方向，减少“水锤”影响，就能降低水流的噪声。

PVC螺旋消声管就是根据以上原理设计的，通过改变管材内壁的结构，从而改变水流的方向及流动形式来达到消声的目的，这种管材在室内排水方面具有较大的潜力。它有两种形式：一种为单壁螺旋管，它是在PVC建筑排水管内壁增加了形成一定角度的螺旋凸筋；另一种是PVC芯层发泡螺旋管，它是在PVC芯层发泡管的基础上使皮层内壁呈螺旋状凸筋。图3-18为山东潍坊塑料建材公司生产的PVC-U芯层发泡螺旋管产品图。

①PVC螺旋管消声管的生产设备　生产PVC螺旋消声管的挤出设备与生产PVC实壁管的挤出设备相同，关键是模具的结构比较复杂。PVC螺旋消声管内的螺旋凸筋是由模具中心棒的转动产生的，直通式机头无法使芯棒旋转，通常采用挤出机的进料方向与机头中心呈90°角的直角机头，口模在机头中心的延长线上安装转动机构，驱动电机通过减速使芯棒按一定的速率旋转。

②PVC螺旋消声管的生产　生产PVC螺旋消声管首先应选择合理的内壁螺旋角度和螺旋凸筋，然后根据旋转角度设计芯棒旋转速率。如生产ф110mm×3.2mm的PVC螺旋消声管的经验数据是螺旋轴向夹角为16°，凸筋高度在2.5～3mm，其芯棒旋转速率为1r/min。螺旋管的规格不同，其内壁的螺旋角与凸筋高度也不一样。

一般螺旋管内壁的凸筋为6条。可以在芯棒上铣上一定形状和深度的槽，通过挤出成型形成凸筋。生产PVC芯层发泡螺旋管则应用三台挤出机共挤技术，其中一台挤出机专供挤出螺旋状内壁皮层。

a.生产工艺　PVC螺旋消音管的生产工艺流程如下：

PVC螺旋消声管的生产工艺温度控制可参考PVC建筑排水管的生产工艺。

b.配方设计　配方设计时可参考PVC建筑排水管的配方，但考虑到此管材的特殊结构可能对挤出加工有一些影响，故对有些组分进行了调整，具体如下：

③PVC螺旋消声管的性能要求　目前国家尚无PVC螺旋消声管的标准，其力学性能要求基本与PVC建筑排水管相同，如拉伸强度、维卡软化温度、落锤冲击性能等。要达到最佳降噪声效果，就必须对管材内壁的凸筋具有最合理的结构设计。

（10）PVC通信用多孔管　随着通信事业的飞速发展，对地下埋设通信的光缆、电缆所需护套管的形式和数量的要求都有很大提高，宽带网的发展也迫使护套管的形式要有一个较大的更新和发展。PVC通信用多孔管（又称梅花管）在形式上较好地适应通信光缆、电缆地下敷设的要求。多孔管是由多个管孔组成一个完整的管体，它能满足电信施工中对不同线容的需求。以PVC3～5孔为例，利用不同的孔径能满足施放100～300对的通信电缆，或96～1000芯的光缆的需要。由于多孔管中单个孔的孔径较小，所以设备投资不大，项目投资的资金回收较快，国内已有上百家中小企业生产通信多孔管。目前多孔管的形式从孔数上分类有3孔、4孔、6孔和7孔管，并在同一管体中有不同孔径的几个子管。从它的材料来分，有PE多孔管和PVC多孔管两种。本节着重介绍PVC多孔管，图3-19为多孔管分布及孔管剖面图。

①PVC多孔管的生产设备　主机宜选用平行或锥形双螺杆挤出机，由于该产品对物料塑化要多于普通PVC实壁管，挤出机的螺杆结构可采用PVC门窗型材挤出机专用螺杆，也可使用常规双螺杆挤出机的通用型螺杆。牵引辅机可采用通用的履带式牵引机。切割机宜选用行星式锯割机。冷却水箱采用真空喷淋冷却水箱。另外该管不需扩口，连接方法采用注塑管件连接，因此，不需准备扩口机。

生产PVC多孔管的挤出机头结构与单孔实壁管完全不一样。其关键技术是成型机头的设计及制作。目前市场上PVC多孔管均存在两个主要缺陷。一是子管内孔毛糙、无光泽。它的产生原因是内孔管坯未能冷却定型。参照PVC结皮低发泡管模具结构原理，使芯棒中每根子管的模芯伸出口模15mm，伸出段与模芯用聚四氟乙烯隔热，不需要进入冷却介质即能改善子管的内壁质量。另一个缺陷是各子管壁厚不均匀，管中心处壁厚比管外部薄，而且各子管圆度较差，圆度变形也在靠近管中心处。产生的原因是管外壁紧贴真空定径套，得到了充分的冷却定径，因此各子管的圆整度及光泽都较好；而在管体中心处由于管坯温度较高而又不能及时冷却，因此产生了变形，并使管变薄。这两种缺陷产生的原因都是因子管的管坯内、外壁温差过大，形成管材外表和壁厚无法调整和控制。只要按上面所述方法修改模具，即可消除这两项缺点。

由于考虑到多个子孔管的模体内成型，机头的压缩比不宜过大，通常控制在4～6，口模和芯棒的平直段不宜太短，一般取子管外径的8～10倍，光洁度要求高，流道处任何部位都不能产生挂料，凹凸部位应有足够的圆弧过渡。

②原料的选用　PVC树脂的选用主要考虑多孔子管在模具中成型的特点，分子量不宜过高，通常选用SG5～SG7（P=800～1000）。其它配料如稳定剂、改性剂等均与其UPVC管材相同。

③生产工艺　PVC多孔管的工艺流程与其它UPVC挤出管材相似，一般要参考PVC建筑排水管的生产工艺，其挤出工艺温度也可参考PVC建筑排水管。产品挤出时真空定径套应有良好的冷却效果及足够的真空负压，循环冷却水温不宜超过8℃，真空负压不宜小于0.04MPa，真空定径套的内径形状必须与多孔管各子管外径的形状相符，尺寸与相应的规格要求相符。口模内径形状与尺寸也应符合相应要求，并应考虑PVC的出模膨胀率。

④配方设计

a.PVC多孔管配方一（微黄色）

b.PVC多孔管配方二（微黄色）

根据上文中的配方设计要求，再参考其它PVC挤出管材的配方，可得出如上配方。

⑤其它形式的多孔管　如果PVC多孔管将各子管的形状由圆形改成六边形，不仅能从根本上改善管材外观质量，也能使管壁均匀，且生产效率也有很大提高。因为形状改变已使管材的挤出变成了型材的挤出。子管之间的结合处已由原来的圆弧切点接触变成六边形的边面接触，这就在挤出加工原理中更为合理。图3-20为六边形7孔管产品的剖面图。

国内有些生产企业是将多根PVC小口径管作为子管穿入普通PVC实壁管内，再在两端加上多孔端盖，这样即可满足通信线缆敷设中多管多孔的施工要求。

⑥产品性能　PVC多孔管的物理机械性能应符合YD/T841各标准的要求。

3.3.6　PVC软管

PVC制品的材料是由多组分材料混合而成的，它的性能是由所含组分的种类及比例所决定的。PVC软管属PVC软制品，其用途非常广泛。软管的柔软性是由配方中增塑剂的含量所决定的。生产PVC软制品所需增塑剂的量很大，它与PVC树脂的组合比可以达到1:1甚至更多。PVC软管的加工性比硬质PVC管容易，工艺较简单，设备投资也相应较少。

（1）生产设备　PVC软管的主要生产设备有混料机（卧式）、挤出机、牵引机和卷绕机等。卧式混料机采用中速（500～800r/min）搅拌。其结构见图3-21。

挤出机通常选用平行双螺杆挤出机或单螺杆渐变型挤出机。螺杆长径比为（1:25）～（1:28），牵引机采用上下两根平带式牵引装置。卷管机可选用自动强力盘管机。整条生产线的设备比较简单。图3-22为PVC软管生产线示意图。

PVC软管采用支架式机头，口模和芯棒的平直段可比硬质PVC管短，图3-23为PVC软管的口模与芯棒结构图。

（2）原料　PVC软管所用原料主要为PVC树脂、增塑剂、稳定剂、外润滑剂（不需要内润滑）及着色剂等。

PVC树脂应选用分子量较大、聚合度较高的牌号。国产树脂通常选用SG2～SG3型，进口树脂选用P≈1200～1400。增塑剂的选用首先应考虑与PVC的相容性，同时还应考虑软管的一些应用上的特殊要求。如耐高温的电缆软管（温度不低于100℃）、耐低温的软管（工作温度可在-35℃以下）、耐油软管、耐酸软管、透明软管、无毒食品级软管及输液（血）软管等。软管的性能主要取决于增塑剂的用量和性能。由于软PVC加工性好，一般不需要添加内润滑剂，外润滑剂用量也很少，甚至可以不用。软PVC的塑化温度比硬PVC低5～10℃，所以对稳定剂的选用要求不是很高，加入少量的主稳定剂或仅加一些金属皂类稳定剂即可。

（3）PVC软管的生产流程　无论使用单螺杆或双螺杆挤出机，PVC软管的生产均不需要造粒。相对于硬质PVC塑料管的生产来说，其工艺比较简单。以下为PVC软管的生产工艺流程图。

（4）工艺温度与配方　PVC软管单螺杆挤出工艺温度见表3-20。

a.PVC透明软管

b.透明油管配方

c.耐酸软管

d.耐寒软管

说明：混料时先将PVC树脂与液体增塑剂混合2min，再加入其它组分混合。

e.PVC无毒软管（食品卫生级）

f.输血管配方

3.3.7　PVC的改性

PVC材料是塑料材料中开发最早、应用研究最多的通用塑料，它的最大特点是在塑料材料中最适合改性，所以PVC材料的应用发展前景也是最好的。

PVC材料在性能上有明显的优越性，它具有良好的力学性质、优良的耐化学侵蚀及较好的阻燃性能。但是它的缺陷也是明显的，加工性能较差，加工条件苛刻，黏性大，流动性差，热稳定性差。制品性能方面的缺点是耐冲击强度差，低温脆性大，耐热温度（工作温度）偏低，在配方组分中含有对人体有害的成分等。另外，PVC系高分子聚合物，其制品不易风化分解，一次性使用的产品会造成一定的环境污染和公害。但是，PVC较容易得到改性，上述PVC性能上的主要缺陷均可通过改性予以解决。

PVC材料的改性主要从两个方面进行，即化学改性法和物理改性法。化学改性是通过接枝共聚的化学反应来改变PVC的分子结构以达到改性的目的。这种方法大多被PVC树脂生产企业或化工类企业所采用。改性后的PVC树脂将以一种新的原料名称或牌号出现。物理改性是通过共混、掺和等方法来达到PVC材料改性的目的。它不改变PVC的分子结构，用机械设备在合理的温度控制下赋予PVC材料新的性能。物理改性简易可行，多为PVC制品的生产企业采用。

（1）化学改性　化学改性通常有两种途径。其一是以VC单体为一元，改性单体为另一元，它们在反应釜内进行接枝共聚并获得新的无规共聚物。例如，PVC材料的一大缺陷是低温脆性大。为了提高PVC材料的韧性，可接枝丁二烯，形成PVC-丁二烯接枝共聚物。同理，PVC材料还可以与丙烯酸酯或CPE等弹性体接枝成为抗冲击型PVC树脂。PVC制品的另一主要缺陷是耐热性较差。硬质PVC塑料管的长期工作温度一般不宜超过50℃，随着使用温度的增加，允许的安全工作压力下降幅度较大。这使PVC管材在应用上存在着局限性，尤其是在温度较高而压力又较高的情况下，无法使用PVC制品。聚四氟乙烯（PTFE）树脂是综合性能特别好的塑料材料，有塑料王之称，尤其是耐热性好，并具有最佳的化学稳定性，可在250℃温度下连续使用，且无燃烧性，但是它的加工十分困难，常规的热塑性塑料的加工设备如挤出机、注塑机等无法对其进行加工，通常要使用传统的模压后再进行烧结成型。虽然现在已有先进的专用挤出设备可以对其实施挤出一步法成型加工，但难度仍然较大。而PVC树脂相对于PTFE树脂来说已是属较容易加工的材料了，且加工技术也较成熟。如果能将PTFE的优良性能与PVC的加工性能结合起来，就能有较地扩大PVC制品的应用范围。将氯乙烯单体（VC）接枝到PTFE或将四氟乙烯单体（F4）接枝到PVC上去，形成改性的PVC树脂或PTFE树脂。同理也可将耐热温度高于PVC的甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝到PVC分子在形成耐热性PVC树脂。

化学改性的第二种方法是将PVC树脂作为主要原料，通过增加PVC分子中的极性元素对其进行有效改性。典型产品为通过PVC树脂的氯化改性而生产的PVC树脂，即CPVC树脂。CPVC材料的耐热性（维卡软化点）比PVC高出20～50℃，其耐候性、化学稳定性及阻燃性均比PVC材料优越。

国外对CPVC树脂的生产及应用极为重视，它已被广泛地应用到化工、高温介质的输送及具有消防要求的场所用产品等领域。目前我国的CPVC树脂生产的发展趋势已越来越明显，如CPVC埋地式高压电力电缆护套管已被电力部门广泛接受。国产CPVC树脂的性能也越来越趋于稳定。山东省东营旭业塑胶材料有限公司生产的CPVC树脂无论加工性能还是其产品性能都已经达到一定水平。

CPVC树脂的制备关键是选用合适的PVC树脂及合理的氯化工艺。PVC树脂的分子量不宜过大，应选用P≈500～700，该树脂是由特殊助剂悬浮而成的CPVC专用PVC树脂，这种PVC树脂皮层（膜）尽可能薄，表面积要大。氯化工艺是PVC材料氯化改性的关键技术。采用了水相悬浮法生产CPVC树脂，这种方法的关键是对氯化速率的控制。为了使氯气能有效地扩散到PVC颗粒中去。引发剂及光照能量的选择也很重要。氯化反应过快会影响到CPVC的分子结构。

由于CPVC材料的成型加工难度比PVC材料要大得多，所以CPVC树脂表面氯含量应接近PVC树脂，而内部的氯含量应尽可能地高。这样就能提高CPVC树脂的加工流动性，使其易于加工。

（2）物理改性　PVC树脂与其它物料通过机械方式进行共混以达到某些特殊要求，这种方式即为物理改性。如通常在PVC树脂中加入8％～12％的CPE树脂可有效地提高PVC材料的抗冲击性能，解决其脆性问题。但CPE树脂的加入可使PVC制品的耐热温度下降，通常每加入一份CPE，可使PVC树脂的制品维卡软化点下降0.8℃左右，所以如需要生产有一定温度要求的制品，还必须考虑采用其它改性剂。其次，采用EVA树脂改性PVC材料也是可考虑的改性方法。EVA是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，它的性能是由VA所占含量及其分子量所决定的。用作共混改性PVC的EVA树脂的VA含量通常在40％～50％之间。如在PVC树脂中加入5％的EVA进行共混即可提高PVC材料的抗冲击性能。但EVA树脂在共混中使用比例不能太多，否则会由于它与PVC树脂相容性不好而降低PVC树脂本身的性能。通常EVA掺入会使PVC制品的刚性迅速下降。

要提高PVC树脂的耐热性及阻燃性，可将CPVC树脂与PVC树脂共混，这种方法可使PVC制品的耐热温度提高20～40℃，并可获得较好的阻燃性能和较小的烟雾指数。

将一定量的碳酸钙（CaCO3）作为填充剂加入到PVC树脂中进行共混，可提高其尺寸稳定性，并可降低产品成本。但碳酸钙一定要适量，如过分降低成本而大量加碳酸钙，则会使PVC制品性能大幅度下降。

将一些导电、导磁、发光物质掺入到PVC树脂中可制成具有特殊性能的PVC塑料制品。

机械共混法投资小，简单可行。PVC制品的生产企业都可采用这种方法来获得改性PVC材料，同理还可用这种方法克服成型加工中遇到的困难。

对PVC树脂的改性，无论是化学改性还是物理改性，各相关产业都十分重视，并投入可观的人力物力来研究和开发这类科技项目，因此，这一课题的开发前景非常可观。

（3）PVC/CPE天然气管　PVC/CPE天然气管是采用CPE改性PVC树脂生产的专门用于输送天然气的管道。荷兰是较早将塑料管用于输送天然气的国家，自1966年起就有3200km的高抗冲PVC（PVC/CPE）天然气管线得到应用。管线的使用压力不超过0.2MPa。而美国是使用PVC天然气管较多的国家。从国际燃气协会（International Gas Union，简称IGU）了解到，美国早在1972年，就已敷设PVC天然气管线36000km。在世界范围内已有14个国家和地区敷设PVC天然气管线56000km。由于天然气的芳烃含量比城市煤气低，而改性PVC（CPE/PVC）的抗应力开裂性能比普通PVC-U高8倍（根据相同的S/P值），所以它在天然气管网的应用上具有一定的推广使用价值。

从IGU（国际燃气协会）在20世纪70年代的统计资料上反映，在荷兰，≤800kPa的输气管线66.5％是使用的塑料管，其中35％是硬质PVC管，5.5％是PVC/CPE管，4％是高密度聚乙烯管。图3-24显示了荷兰使用工作压力小于800kPa的燃气管网所用各种材料的比例。

①PVC/CPE天然气管的生产

PVC/CPE天然气管的生产方法及工艺流程基本上与PVC-U给水管相同，生产设备和模具也无差异。关键技术是工艺配方。因为燃气管的安全使用要求明显高于其它类别的管材，长期侵蚀的条件下，环境应力开裂时间是对塑料燃气管线考核的最重要的指标之一。利用CPE改性PVC的主要作用是提高PVC的耐环境应力开裂性能和长期静压强度性能，以确保管线的长期使用，使其安全使用年限可在50年以上。

选用锥形双螺杆挤出机生产PVC/CPE天然气管，应尽量在可能低的温度下完成物料的塑化。机头压缩比不宜过大，一般为10～20。高速混料温度可设在110℃，低速拌和温度可定为45℃。表3-21为挤出温度参考表。

②配方设计　PVC/CPE天然气管配方的主要特点是CPE的应用，正确的CPE用量可大大提高管线耐环境应力开裂性能和长期静压强度性能。以下为参考配方。

a.管材颜色为黑色，色标为黄色的PVC/CPE天然气管配方

b.管材颜色为黄色的PVC/CPE天然气管配方

③产品性能　煤气是由煤、焦炭、半焦等固体燃料和重油等经干馏或汽化而制成的可燃性气体。它的主要成分有烷烃、烯烃、芳烃及一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气及其它杂质，各城市的煤气由于原料品质不同，其组分也不完全相同。天然气是自然资源，是地壳层内的可燃气体，其形成的机理与石油类似，通常与石油共存在，主要成分是烷烃有机混合物（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）。它可以像石油一样开采后由管道输送利用。PVC材料化学稳定性好，天然气中所含的化学成分对PVC无侵蚀作用，即使长期使用对PVC性能也没有影响，所以PVC管道是输送天然气的理想材料。城市煤气所含组分较为复杂，尤其是煤气组分中的芳烃对PVC有一定的侵蚀作用，各城市的煤气中芳烃含量有高有低，其侵蚀程度也不完全一样，所以PVC管道不宜用作城镇煤气的输送管线。由于输送天然气的压力通常较低，对PVC管道来说达到承压要求并不困难，主要是提高其耐环境应力开裂性能和长期耐压性能。

目前国内尚未建立PVC天然气管道、管件的国家标准和行业标准。PVC/CPE天然气管材的长期静液压强度按GB 6111方法进行试验，性能要求≥8.0MPa（20℃，50年，95％）；短期静液压强度按GB 6111方法试验，20℃，90MPa，韧性破坏时间>100h；耐环境应力开裂按GB 1842方法试验，试验结果以试样破损概率为零的时间（F0）表示。英国Hepwor公司根据断裂韧度理论，对管材截取的环片切开一个口，并加砝码荷载4h，以此判断应力开裂的承受能力。