硬聚氯乙烯（PVC-U）管材凭借质量轻、耐腐蚀、施工便捷、性价比高等优势，在低压输水灌溉领域（滴灌、农田节水灌溉等）应用前景广阔。但当前该领域专用 PVC-U 管材技术文献匮乏，导致产品质量参差不齐，制约行业发展。本文以 GB／T13664—2006 为标准，研发高填充纳米级活性碳酸钙 PVC-U 管材，通过优化设备模具、配料混料工艺、原辅材料配方及挤出工艺参数，在 D90mm（L／D=22：1）平行双螺杆挤出机上成功生产出 φ160×3.2mm（PN0.32Mpa）规格产品。结果表明：纳米级活性碳酸钙的引入可显著改善 PVC 体系相容性与加工流动性，实现增韧增强效果；相较于传统配方，该产品不仅性能达标，还能降低原材料消耗，配方成本每吨节约约 200 元，为管材企业创造显著经济效益，对推动低压输水灌溉用 PVC-U 管材行业高质量发展具有重要意义。
1 实验部分
1.1 主要原辅料
实验选用市购优质原辅材料，确保产品性能稳定性：
PVC 树脂粉：SG-5 型，新疆天业（集团）天能化工有限公司，粘数控制在 113～118ml/g，表观密度≥0.54g/ml，符合 GB／T5761—2006 标准；
复合稳定剂（1904 7T）：大连开米森化工产品有限公司；
外润滑剂：PE 蜡（成都盛腾塑料助剂有限公司）、半精炼石蜡（辽宁抚顺石化公司）；
加工改性剂：抗冲加工改性剂 CPE—135A、HLn 一 401（山东日科化学股份有限公司），ACR 加工改性剂；
纳米级活性碳酸钙：山西兰花华明纳米材料有限公司，表面经 3-5% 硬脂酸（HST）活化处理；
着色剂：炭黑 N330（新疆阜康市鸿泰化工有限公司）。
1.2 实验设备
1.3 实验方法
按照优化配方精确计量各原辅材料，投入高混机中混合 8～10min，控制混合温度 115～135℃（新疆冬季适当提高），干混料表观密度维持在 0.60～0.65g/ml，高混室加料量为其空容积的 50～70%（800L 高搅锅建议加料 200～280KG，优选 240KG）。混合后经冷混至 50℃以下放料，过 20～40 目旋振筛去除凝聚颗粒。将处理后的混合料加入双螺杆挤出机，通过调整工艺温度、主机转速（最高转速的 60～75%）、喂料转速（与主机转速匹配，保证扭矩 40～60%）、真空度（≥0.05MPa）及牵引速度等参数，实现管材稳定挤出，最终生产出符合国家标准的低压输水灌溉用 PVC-U 管材。
2 生产关键因素优化分析
2.1 设备与模具适配性
挤出机螺杆与机筒间隙直接影响塑化效果，间隙过大会导致漏料回流，降低塑化均匀性。针对高填充 PVC 体系，模具设计需重点优化供料量与压缩比，采用更大供料量和压缩比确保物料密实度；芯棒支架应设计为小尺寸光滑结构，模具表面经硬铬镀层处理，最大限度降低合缝线对管材性能的影响。实验证实，选用专业厂家定制的机头、口模、定径套及扩口模具，是保障高填充 PVC-U 管材质量的基础。
2.2 配料与混料工艺控制
配料与混料的核心目标是实现物料均匀分散与易挥发物彻底去除。物料分散不均会导致产品性能波动，易挥发物残留则会引发管材气泡、翻料等缺陷。除严格控制混料温度与时间外，需确保高混机排气装置畅通，减少冷凝液滴与物料凝聚形成的 “晶点”；冷混后物料温度控制在 40～50℃，可有效提升挤出速度并稳定管材壁厚。此外，混料后过筛处理能进一步去除杂质与凝聚颗粒，避免液压试验时出现变形、沙眼刺水问题。
2.3 原辅材料及配方优化
2.3.1 核心材料选型
PVC 树脂：优选表观密度 0.64g/ml 的 SG-5 型树脂，可使挤出速率提升 15～25%，同时保障管材液压性能稳定；
稳定剂与润滑剂：采用钙锌复合稳定剂或有机锡稳定剂，确保管材热稳定性与加工性；当纳米级活性碳酸钙添加量≤20 份时，可省略内润滑剂，外润滑剂添加量控制在 0.1 份以内或不添加；
纳米级活性碳酸钙：作为核心填充材料，其表面活化处理后与 PVC 树脂相容性优异，可改善体系流动性、尺寸稳定性及耐热耐老化性能，在增强增韧的同时，部分替代钛白粉、气相白炭黑等高价助剂，减少 PVC 树脂及抗冲改性剂用量，显著降低生产成本；
加工改性体系：添加 0.5～1 份 ACR 加工改性剂，可促进 PVC 塑化均匀性、降低塑化温度，减少热稳定剂损耗，提升管材强度与耐老化性能。
2.3.2 配方优化原则
低压输水灌溉用 PVC-U 管材配方需兼顾加工性与耐压性能。根据静液压受力分析，管材耐水压能力与拉伸强度正相关，而拉伸强度受配方组成与主机负载（60～75% 为宜）影响显著。通过 6 个多月、20 余次上机试验，最终确定的优化配方可实现加工稳定性与产品性能的平衡，满足低压灌溉场景使用要求。同时，需根据环境与输水温度，参考 GB/T10002.1 标准中的压力折减系数修正工作压力，避免温度过高（≤45℃）或过低（≥0℃）导致管材性能失效。
2.4 挤出工艺参数调控
挤出工艺的核心是通过参数匹配调整主机负载。螺杆转速与喂料转速需根据配方流变性能精准匹配，确保塑化均匀；挤出机真空度需维持在≥0.05MPa，彻底排出物料中残留的易挥发物，避免管材内部产生气泡。此外，机头出料后需保证水箱托架、定径套、牵引机履带与管材表面处于同一平面，定径套四周温度均匀，避免管材变形。
2.5 其他关键控制点
开机前需完成设备调试与参数校准，确保各系统运行正常；生产过程中实时监测管材外观、尺寸及壁厚，及时调整工艺参数。通过全流程精细化控制，可实现合格产品的稳定量产。
3 结论
纳米级活性碳酸钙可有效改善 PVC-U 管材配方体系的界面相容性，构建无机 - 有机互穿网状结构，提升熔体粘结强度，显著改善管材物理力学性能；
该填充材料对 PVC-U 管材具有显著的增韧增强效果，在保障产品性能达标的前提下，优化了加工流动性能；
与传统配方相比，纳米级活性碳酸钙替代轻钙后，物料塑化能力与加工稳定性提升，挤出速率与牵引速度提高，实现产能提升与生产成本降低；
以 φ160×4.0mm 管材为例，采用优化配方后每吨产品配方成本降低约 200 元（口径不同略有差异），按年产能 1 万吨计算，年节约成本可达 200 万元，经济效益显著。
总结
高填充纳米级活性碳酸钙 PVC-U 管材的研发成功，为低压输水灌溉领域提供了低成本、高性能的新型管材解决方案。通过原辅材料优化、配方调整与工艺管控，可实现产品质量与经济效益的双重提升，对推动 PVC-U 管材行业的绿色低碳发展具有重要推广价值。
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