PVC-O管材介紹與生產制造工藝
 

一、PVC-O簡介
1.多數高分子聚合物可以通過取向工藝來使其分子規整排列，可顯著提高其物理性能。我們常見的一些聚合物制品就是通過取向制造工藝來實現其卓越性能的，例如各類纖維、吹塑容器、吹膜制品等。取向工藝可以大幅提高高分子管材的綜合性能，同時可以減少原材料的消耗，以后將會是管材的一種重要發展方向。PVC-O雙軸取向聚氯乙烯管材就是利用這種制造工藝生產的管材，此工藝是將擠出生產的PVC-U管材進行軸向和徑向進行雙向拉伸，讓管材中的PVC長分子鏈在雙軸向上有序排列，從而使PVC管材的強度、韌性、抗沖、抗疲勞、耐低溫等性能大幅度的提升，此工藝獲得的新型管材性能大大超過了普通PVC-U管材。
2.研究表明PVC-O管材相對于PVC-U管材可大幅節約原材料資源，降低成本，提高管材的綜合性能，以及管道的施工與安裝成本更低。
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4種不同的管材類型(400mm口徑以下），分別是球墨鑄鐵管、HD-PE管材、PVC-U管材和PVC-O 400級管材。從上圖數據可以看出鑄鐵管和HDPE管的原料成本Z高，基本持平。球墨鑄鐵管K9的單位米重，是PVC-O管材的6倍多，這就意味著運輸和施工安裝極為不方便。PVC-O管材的各項數據Z好，原材料成本Z低、重量Z輕、同噸位的原料可生產更長的管道。
3、下部視圖為PVC-O管材與其它種類管材數據對比：

1.以?250×1.0MPa管材為例：
--1.0MPa的PVC-O管材壁厚為4.9mm，米重為5.5Kg,
--1.0MPa的PVC-U管材壁厚為9.6mm，米重為10.6Kg
--1.0MPa的HD-PE管材壁厚為14.8mm，米重為10.4Kg
2.目前以上三種管材市場售價分別如下:
PVC-O管材每噸市場售價約為：20000元/噸
PVC-U管材每噸市場售價約為：11000元/噸
PE100管材每噸市場售價約為：12000元/噸
3.假如各鋪設這三種管材的長度為一公里，那這三種管材價格分別為：
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
結合以上數據可以看出，PVC-O管材鋪設安裝成本Z低，生產銷售利潤Z高
二.PVC-O管材發展歷程
1、PVC-OZ早是英國YorkshirelmperialPlastics(Uponor)在1970年領先開發的，后來澳大利亞Vinidex(1986)、美國Upomor-ETI(1990)、荷蘭Polva和法國Seperef也相續生產。早期都是采用“離線”(off-line)加工工藝(兩步法)，離線法是通過將生產切割后的每段PVC-U管進行二次加熱，然后將管材放入專用的模腔內進行拉伸，離線法的優點是生產啟動操作比較簡單，管坯生產時可以實時測量控制壁厚，橫向拉伸值可以取的更高，取向是可以同步制造出帶R-R承插口（無需二次擴口）。缺點是生產時每根管材的兩端作為工裝加緊密封段，后必須切除兩端無效管材（約5％左右），早期生產效率也比較低，以315mm管材為例，生產一根6米的管材需要1小時左右。另外離線法加工設備投資高，很難推廣，但是在大口徑（≥630mm）領域，兩步法的優勢就會凸顯出來，因為目前一步法做到630口徑時開機啟動難度太大，包括在生產過程中對產品的尺寸控制非常困難，廢品率比較高。

2、后來Petzetakis 1972研發出在擠出加工過程中“在線”(in-line)進行取向，連續生產PVC-O。該工藝也被稱做為“一步法”，其在線使用一個擴張拉伸模與管坯擠出模具連接在一起，擴張拉伸模被安裝于兩臺牽引之間，生產時第二臺牽引速度大于第一臺，這個速度差就是PVC-O管材的軸向拉伸值。擴張拉伸模會將PVC-U管坯進行徑向擴張至一個固定比例，這就得到了徑向拉伸要求，PVC-U管材經過雙向拉伸工藝后就得到了PVC-O管材，“在線”雙軸取向生產工藝大大提高了生產效率，減少了制造成本，增強了PVC-O和其他管材的競爭力。早期一步法也遇到難以解決問題，首先在線生產時管坯出現壁厚變化時，無法在線測量和調整，因管坯壁厚出現偏差后，將會直接影響雙向拉伸時管材的壁厚控制難度，壁厚偏差過大會導致管材圓周取向的均一性，這對管材的性能非常不利。早期對管坯的預熱都是在熱水中進行，管壁厚出現偏差時無法進行單點溫度控制調整，同時使用熱水預熱安全風險和操作難度較大。
下圖006為PVC-O管材一步法工藝生產流程圖：

3、PVC-O 管材的相關標準
國際標準：ISO16422-2014
南非標準：SANS 1808-85:2000
西班牙標準：UNE ISO 16422
美國標準：ANSI/AWWA C909-02
法國標準：NF T 54-948:2003
加拿大標準：CSA B137.3.1-09
巴西標準：ABTN NBR 15750
印度標準：IS 16647:2017
中國城建標準：CJ/T445-2014 (GB國標起草中）
三、PVC-O生產工藝的突破:
1、2002年Molecor開發了一種全新的生產技術投放市場，新式離線+干法PVC-O生產系統。這種干法是指PVC-U管坯預熱不需要以水為預熱介質，而是采用紅外線加熱，介質就是熱空氣。首先將管坯輸送到一個多工位預熱的紅外加熱烘箱內，管材在加熱時需要連續轉動，以保證整個管材圓周的預熱溫度一致性更好。預熱完成后管坯會被輸送到專用的模具內進行徑向拉伸，此工藝是采用管內輸入壓縮空氣進行拉伸。此新型此工藝生產的PVC-O管材效率有大幅提升，產品口徑：90～1000mm。
下圖007為Molecor離線干法管坯預熱示意圖：