CN107880435B - 一种基抗支护用pvc板桩及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了土木工程技术领域内的一种基抗支护用PVC板桩及其制备方法，本发明的PVC板桩由以下质量配比的原料制成：PVC100份、碳酸钙20‑40份、润滑剂1‑2份、增韧剂4‑10份、Ca‑Zn复合稳定剂4‑8份、光稳定剂0‑2份；本发明提升板桩的刚度，提高耐紫外老化性能，成本低下。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种基抗支护用PVC板桩及其制备方法。
背景技术
我国是一个重大自然灾害频发的国家，板桩的应用在筑堤护坝、抵挡风沙、抵挡泥石流、防洪涝、防塌方、防雪崩等方面发挥了巨大的作用，能够有效地降低灾害给人类带来的损失。
传统的板桩按材料可分为木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩等，这些材质均有着一定的缺陷，木板桩强度低，易受微生物攻击而降解，钢板桩与钢筋混凝土板桩造价高，人力机械力成本高、易腐蚀。
现有技术中，出现了一种使用PVC为主原料制成的板桩，其存在成本较高，刚度小的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种基抗支护用PVC板桩及其制备方法，解决成本高且刚度小的技术问题，本发明制备出来的板桩刚度大，成本低。
本发明的目的是这样实现的：一种基抗支护用PVC板桩，由以下质量配比的原料制成：
为了改善PVC树脂之间及PVC树脂和挤出机之间的摩擦，所述润滑剂为内润滑硬脂酸与外润滑聚乙烯蜡的复合物；润滑剂的设置防止挤出机将PVC树脂挤出过程中，PVC出现局部过热分解。
为了进一步提高制备出来的板桩的抗冲击能力，所述增韧剂为MBS与CPE复合物；此增韧剂的加入改善板桩的韧性，提高其抗冲击能力。
为了进一步改善板桩的耐紫外抗老化性，所述光稳定剂为依托立林。
本发明的基抗支护用PVC板桩的制备方法，包括以下步骤：
（1）将原料混合，升温至120-140℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到45±5℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中，单螺杆挤出成型控制条件为，
1区温度195±5℃，2区温度190±5℃，3区温度190±5℃，4区温度190±5℃，5区温度185±5℃，连接段温度165±5℃，口模温度在180-200℃，喂料速度 860±20r/min ，挤出速度500±10r/min ，牵引速度175±5 r /min，真空定型段真空度为0.5-0.7Mpa，冷却水温度为15-20℃。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的基抗支护用PVC板桩主要是以PVC为主，加入增韧剂提高其冲击韧性，加入光稳定剂，不仅改善板桩的耐紫外老化性，而且对板桩的力学强度具有补强效应；本发明制备出来的板桩刚度更大，无毒、环保，耐紫外光性能好，可长期在户外使用，加入的碳酸钙较多，降低成本；可应用于低强度、低应力且高刚度要求的支护工作中，如农田水利工程、市政工程等领域。
附图说明
图1为本发明中不同依托立林添加量下所制备的PVC老化前、后拉伸强度变化图。
图2为本发明中不同依托立林添加量下老化前后的PVC弹性模量变化图。
图3 为本发明中不同依托立林添加量下老化前后PVC断裂伸长率变化图。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。
实施例1
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙20份、硬脂酸0.5份、聚乙烯蜡0.5份、CPE2份、MBS2份，Ca-Zn复合稳定剂4份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至120℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到40℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度190℃，2区温度185℃，3区温度185℃，4区温度185℃，5区温度180℃，连接段温度160℃，口模温度在180℃，喂料速度 840r/min ，挤出速度490r/min ，牵引速度170r/min，真空定型段真空度为0.5Mpa，冷却水温度为15℃。
实施例2
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙40份、硬脂酸0.5份、聚乙烯蜡0.5份、CPE 6份、MBS 4份，Ca-Zn复合稳定剂8份，依托立林2份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至120℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到40℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度200℃，2区温度195℃，3区温度195℃，4区温度195℃，5区温度190℃，连接段温度170℃，口模温度在200℃，喂料速度 880r/min ，挤出速度510r/min ，牵引速度180r/min，真空定型段真空度为0.7Mpa，冷却水温度为20℃。
实施例3
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙35份、硬脂酸1.5份、聚乙烯蜡0.5份、CPE 6份、MBS 4份，Ca-Zn复合稳定剂6份，依托立林1.5份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至130℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到45℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度195℃，2区温度190℃，3区温度190℃，4区温度190℃，5区温度185℃，连接段温度165℃，口模温度在190℃，喂料速度 860r/min ，挤出速度500r/min ，牵引速度175r/min，真空定型段真空度为0.6Mpa，冷却水温度为18℃。
实施例4
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙30份、硬脂酸1.2份、聚乙烯蜡0.5份、CPE 4份、MBS 2份，Ca-Zn复合稳定剂6份，依托立林1份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至130℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到45℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度190℃，2区温度188℃，3区温度188℃，4区温度188℃，5区温度183℃，连接段温度165℃，口模温度在185℃，喂料速度 870r/min ，挤出速度510r/min ，牵引速度177r/min，真空定型段真空度为0.6Mpa，冷却水温度为18℃。
实施例5
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙20份、硬脂酸1.5份、聚乙烯蜡0.5份、CPE 2份、MBS 2份，Ca-Zn复合稳定剂4份，依托立林1.5份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至140℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到45℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度190℃，2区温度192℃，3区温度191℃，4区温度190℃，5区温度185℃，连接段温度165℃，口模温度在190℃，喂料速度 860r/min ，挤出速度500r/min ，牵引速度175r/min，真空定型段真空度为0.6Mpa，冷却水温度为17℃。
实施例6
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙25份、硬脂酸1份、聚乙烯蜡0.5份、CPE6份、MBS 2份，Ca-Zn复合稳定剂6份，依托立林1.5份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至125℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到45℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度197℃，2区温度193℃，3区温度193℃，4区温度192℃，5区温度186℃，连接段温度168℃，口模温度在198℃，喂料速度 865r/min ，挤出速度510r/min ，牵引速度177r/min，真空定型段真空度为0.6Mpa，冷却水温度为19℃。
实施例7
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙35份、硬脂酸1.5份、聚乙烯蜡0.5份、CPE 5份、MBS 3份，Ca-Zn复合稳定剂8份，依托立林1.2份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至130℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到50℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度190℃，2区温度187℃，3区温度188℃，4区温度189℃，5区温度187℃，连接段温度167℃，口模温度在192℃，喂料速度 860r/min ，挤出速度500r/min ，牵引速度175r/min，真空定型段真空度为0.5Mpa，冷却水温度为20℃。
实施例8
制备PVC板桩的原料配方：PVC100份、碳酸钙40份、硬脂酸1.6份、聚乙烯蜡0.4份、CPE 6份、MBS 2份，Ca-Zn复合稳定剂6份，依托立林1.5份。
制备PVC板桩的方法为：
（1）将PVC基体与相应助剂在高速搅拌机中混合，升温至135℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到50℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中挤出成型控制条件：
1区温度195℃，2区温度192℃，3区温度189℃，4区温度189℃，5区温度187℃，连接段温度167℃，口模温度在190℃，喂料速度 865r/min ，挤出速度505r/min ，牵引速度175r/min，真空定型段真空度为0.7Mpa，冷却水温度为17℃。
表1：实施例产品的力学性能测试结果
表2：部分实施例产品紫外光老化实验性能数据
紫外光老化条件：紫外辐照强度0.76W/m2@340nm，试验温度60℃。
对比实施例1与实施例5，可以发现抗紫外剂依托立林不仅具有很好的抗紫外老化作用，还对PVC的力学强度具有补强效应。
以上所有实施例产品中，依托立林的合成方法为：
在100mL的三口烧瓶装上温度计、分水器、冷凝管，加入6mL（56mmol）氰乙酸乙酯和5mL配制的催化剂溶液（使用醋酸和醋酸铵配制的），搅拌0.5小时，然后加入10.9g（60mmol）二苯甲酮，40mL正庚烷，缓慢加热，搅拌，使得二苯甲酮全部溶解，回流分水3小时，然后用自动注射器滴加5mL的催化剂溶液，2小时滴加完毕，再继续回流反应至过夜；进行TLC监控反应（展开剂V乙酸乙酯：V石油醚=1:10），反应完毕，待反应液自然冷却至室温后，向反应体系中加入30mL 冰水混合物，静置析出晶体，抽滤得到粗产物，然后用无水乙醇重结晶，抽滤干燥，得到产物依托立林。
依托立林的合成路线如下：
PVC添加依托立林老化性能测试如下：
根据国标GB/T16422.3-1997进行抗老化测试。通过填充PVC塑料，在紫外灯下辐照，测试其拉伸性能变化，对比填充前后，填充量对PVC抗老化性能的影响，以评价依托立林的抗紫外效果。
采用130℃双辊开炼，PVC抱辊后，切开，开炼3-5次，将开炼的片材200℃，15MPa下热压5min，15MPa冷压5min得到PVC板材。
将所制备的PVC板材在365nm紫外线下辐照24h（12h翻面一次）后测试其力学性能变化。
老化性能测试时的PVC板桩的原料组成成分如表3所示：
表3 原料组成成分
使用拉伸试验机对PVC板桩进行拉伸试验，得到图1-图3所示的不同效果图；其中，如图1所示，给出了不同依托立林添加量下所制备的PVC老化前、后拉伸强度，从图1中可以看出，随着依托立林添加量的提升，拉伸强度逐渐增大，依托立林的添加量为2.0份时，达到最大值38.51MPA，表示依托历练的添加对PVC材料的强度有一定的补强效果，经紫外老化后，由于PVC降解过程中，产生交联，导致其拉伸强度均大于老化前的拉伸强度，另外，随着依托立林添加量的提高，PVC紫外光老化前后拉伸强度变化量逐渐减小，说明依托立林加入后，PVC降解交联过程受到抑制，即加入依托立林后，在一定程度上抑制了PVC的老化降解。
从图2中可以看出，老化前，随着依托立林添加量的提升，弹性模型明显增大，刚度得到提升，依托立林的添加量为2.0份时，达到最大值1975.58Mpa；紫外老化后，一方面，由于依托立林在紫外辐照下发生结构变化，导致其对于PVC的硬化效应削弱，导致PVC的弹性模量下降；另外一方面，PVC部分降解，产生交联，又导致其弹性模量的上升，这两个因素的综合效应结果表现为在低依托立林含量时，PVC降解交联占优，最终老化试样模量增加；高依托立林的添加量时，由于依托立林的消耗，导致PVC软化占主导，最终老化后弹性模量比老化前降低。
从图3可以看出，老化前、后，随着依托立林添加量的提升，PVC断裂伸长率基本平稳，说明依托立林的加入以及在老化过程中消耗，并不会对于PVC整体高分子链相互作用带来较大的影响，PVC主链结构并未改变，依托立林呈共混分散其中；另外，由于老化后PVC交联结构的生成与含量增加，使得老化后断裂伸长率较之老化后有较为明显地下降。
从依托立林作为光稳定剂实验中表明：依托立林的加入，有效提高PVC抗紫外光老化性能；依托立林经复配与含量优化，可形成针对硬质PVC的良好的抗老化助剂体系。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。
Claims (4)
1.一种基抗支护用PVC板桩，其特征在于，由以下质量配比的原料制成：
光稳定剂 1-2phr
其中，所述光稳定剂为依托立林。
2.根据权利要求1所述的一种基抗支护用PVC板桩，其特征在于，所述润滑剂为内润滑硬脂酸与外润滑聚乙烯蜡的复合物。
3.根据权利要求1所述的一种基抗支护用PVC板桩，其特征在于，所述增韧剂为MBS与CPE复合物。
4.制备权利要求1～3任一项所述的PVC板桩的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将原料混合，升温至120-140℃，放料至带夹套水冷却的混合机中，继续混合，至温度下降到45±5℃，排料至料仓；
（2）单螺杆挤出：将料仓中的料经单螺杆挤出、真空定型、水冷定型、切割得到最终产品，其中，单螺杆挤出成型控制条件为，
1区温度195±5℃，2区温度190±5℃，3区温度190±5℃，4区温度190±5℃，5区温度185±5℃，连接段温度165±5℃，口模温度在180-200℃，喂料速度 860±20r/min ，挤出速度500±10r/min ，牵引速度175±5 r /min，真空定型段真空度为0.5-0.7Mpa，冷却水温度为15-20℃。
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