三層復(fù)合聚丙烯靜音排水管道系統(tǒng)的研究

俞來明

［宏升塑膠（杭州）有限公司，浙江 杭州　311251］

三層復(fù)合聚丙烯靜音排水管道系統(tǒng)的研究

俞來明

［宏升塑膠（杭州）有限公司，浙江 杭州311251］

塑料排水管道在房屋建筑中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是聚氯乙烯（PVC-U）排水管道，由于價格便宜、施工方便，占據(jù)了建筑排水的主要市場，同時聚氯乙烯（PVC-U）管道排水噪聲大也是大家普遍關(guān)注的問題。對三層復(fù)合聚丙烯靜音排水管道系統(tǒng)進行研究分析。從管材與管件的加工性能考慮，降噪聲學(xué)材料的填料用量75%作為優(yōu)選。管件采用降噪聲學(xué)材料與耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）材料用量之比6∶4作為優(yōu)選。三層復(fù)合聚丙烯靜音排水管道系統(tǒng)各項技術(shù)性能均符合CJ/T 273—2012《聚丙烯靜音排水管材及管件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，是PVC排水管的升級換代產(chǎn)品。

降噪聲學(xué)材料；三層復(fù)合；降噪性能；聚丙烯管道

0　引言

隨著人們生活水平的提高和環(huán)保意識的增強，對居住和工作環(huán)境的噪聲問題越來越重視。生活中的噪聲強度雖然不會威脅到人和動物的生命，但卻能危害到人的健康。世界各國都很重視噪聲問題，把噪聲污染列為主要的環(huán)境污染公害之一［1-3］。

建筑內(nèi)部排水管道的噪聲是建筑噪聲最主要的來源之一。由于環(huán)境、能源、衛(wèi)生等要求，塑料管道逐漸取代傳統(tǒng)的金屬管道已成為共識。在日常生活中，室內(nèi)給排水管道噪聲時有發(fā)生，影響到人們對安靜環(huán)境的要求［4-5］。塑料管道逐漸取代傳統(tǒng)金屬管道，在一定程度上克服了傳統(tǒng)金屬排水管道存在的水流阻力大、易腐蝕、笨重、內(nèi)壁容易結(jié)垢等缺點。但一般塑料管材的隔聲性能較差，用作排水管道時，管內(nèi)水流的噪聲很大，特別是用于室內(nèi)排水時，會嚴(yán)重破壞室內(nèi)的安靜環(huán)境，影響居民的正常生活。盡管PVC管設(shè)計了芯層發(fā)泡內(nèi)壁螺旋等手段，消聲效果仍然趕不上鑄鐵管。為此，設(shè)計使用耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）為基體材料的三層復(fù)合聚丙烯靜音排水管道系統(tǒng)。管材采用三層共擠、三層復(fù)合的方法生產(chǎn)，其外層和內(nèi)層以耐沖擊共聚聚丙烯為原料，中間層由無機礦物填料、PP-B和熱塑性彈性體三元共混的粘彈性材料組成。管件以降噪聲學(xué)材料和耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）材料共混料后一次注射成型。

1　實驗

1.1主要原材料

耐沖擊共聚聚丙烯（熔融指數(shù)≤3.0 kg/10 min）、MO2，工業(yè)級；，中國石化揚子石油化工有限公司；硫酸鋇，800目，余姚市九峰塑化商行；鋁酸酯偶聯(lián)劑，HW-988，浙江沸點化工有限公司；潤滑劑，硬脂酸鈣，河南鞏義白云塑膠有限公司；白油，工業(yè)級，蘇州塞帕漢特種油品有限公司；彈性體POE，DF840，寧波天元石化有限公司；成型模具，自制；色母料：市售。

1.2試樣制備

聚丙烯靜音排水管材及管件設(shè)計依據(jù)CJ/T 273—2012《聚丙烯靜音排水管材及管件》。管材：內(nèi)外層均以耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）樹脂為主要原料、中間層為降噪聲學(xué)材料，采用三層共擠成型；管件：以降噪聲學(xué)材料和耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）材料共混料，承口經(jīng)整體一次注射成型。管徑系列尺寸參照CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)，聚丙烯靜音排水管件規(guī)格和管材配套設(shè)計。管件承口和插口尺寸及偏差應(yīng)符合圖1及CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，插口壁厚e1、承口壁厚e2、主體壁厚e3不宜小于同規(guī)格管材的壁厚。

圖1　管件結(jié)構(gòu)示意

聚丙烯靜音排水管材的壁厚可以根據(jù)不同的性能要求進行調(diào)整，也可以在不改變管材整體壁厚的基礎(chǔ)上調(diào)整各層的相對厚度，以滿足不同的靜音效果和其它性能要求。芯層是主要的吸聲隔聲層，在設(shè)計上當(dāng)然是越厚越好，但其密度較大，太厚會使管密度增大，不利于安裝和使用，并且在擠出過程中工藝更難控制。同樣，皮層也要達(dá)到一定的厚度，才能滿足抗震、耐熱和防腐蝕的要求。

1.3性能測試方法

三層復(fù)合聚丙烯管道系統(tǒng)的連接密封性參照GB/T 6111—2003《流體輸送用熱塑性塑料管材耐內(nèi)壓試驗方法》進行測試，系統(tǒng)噪聲參照CJ/T 312—2009《建筑排水管道系統(tǒng)噪聲測試方法》進行測試，其它物理力學(xué)性能測試方法及技術(shù)要求參照CJ/T 273—2012。

2　結(jié)果與討論

2.1降噪聲學(xué)材料研究

2.1.1降噪聲學(xué)材料的配比

在制備聚丙烯降噪聲學(xué)材料時，需將各種組分原料進行一次配比、造粒［6］。并對粒子密度和熔體指數(shù)等進行測試。降噪聲學(xué)材料的具體配比見表1。

表1　降噪聲學(xué)材料的質(zhì)量配比　%

以上組分制備的降噪聲學(xué)材料隔聲效果好，還具有無毒、無鉛、高強度、加工性能好的特點，并且成本低。特別是在材料成份中引入了硫酸鋇，使材料的面密度有明顯的提高，可廣泛用于建筑行業(yè)、裝飾領(lǐng)域等的隔聲處理，使用此種降噪聲學(xué)材料可有效隔聲降噪。

2.1.2降噪聲學(xué)材料的物理性能

降噪聲學(xué)材料的物理性能應(yīng)符合CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求（見表2），填料（硫酸鋇）用量對降噪聲學(xué)材料密度和熔融指數(shù)的影響見圖2。

表2　降噪聲學(xué)材料的物理性能指標(biāo)

圖2　填料用量對降噪聲學(xué)材料密度和熔融指數(shù)的影響

從圖2可以看出，填料用量為0～80%時，隨著填料用量的增加，降噪聲學(xué)材料的密度增大，MFR也隨之增大；當(dāng)填料用量大于80%時，隨著填料用量的增加，降噪聲學(xué)材料的密度增大，而MFR減小。由此可見，當(dāng)填料用量大于80%時，耐沖擊共聚聚丙烯的占比相對較小，材料流動性變差，使得材料的熔融指數(shù)MFR下降。經(jīng)密度測試，當(dāng)填料用量小于55%時，材料的密度低于1800 kg/m3，不符合CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.3工藝參數(shù)

不同的配方其工藝參數(shù)也不同。經(jīng)過多次試驗，本研究把造粒的溫度設(shè)定為：一區(qū)（178±3）℃，二區(qū)（183±3）℃，三區(qū)（183±5）℃，四區(qū)（194±5）℃，五區(qū)（194±5）℃，六區(qū)（194±5）℃，七區(qū)（195±5）℃，八區(qū)194±5℃，九區(qū)（190±5）℃，十區(qū)（174±3）℃，十一區(qū)（175±3）℃；主機轉(zhuǎn)速為：（150±20）r/min，喂料速度為（25±5）r/min，切粒速度為：（300±50）r/min。造粒機的11個區(qū)的溫度在生產(chǎn)過程中考慮到實際產(chǎn)生摩擦升溫，因此必須實時更新溫度和其它工藝條件，不能一成不變。不同配方工藝生產(chǎn)的顆粒有著不同的物理性能，根據(jù)其不同的性能，在生產(chǎn)管材和管件中必須考慮模具的形狀大小、注塑速度及成型溫度等。管材采用擠出成型工藝，管件采用注射成型工藝。從管材與管件的加工性能考慮，選取填料用量75%作為優(yōu)選。

2.2注塑成型管件材料研究

管件材料采用上述降噪聲學(xué)材料和耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）材料及色母料共混專用料。管件材料的具體配比研究試驗中色母料用量占總質(zhì)量的2%。

將降噪聲學(xué)材料與耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）材料用量按照一定比例混合，添加色母料，選用Φ50直通模具、Φ75彎頭模具、Φ110順?biāo)＞哌M行管件原料配比試驗，結(jié)果見表3。

表3　不同降噪聲學(xué)材料占比管件的試驗結(jié)果

從表3可以看出，降噪聲學(xué)材料占比為50%～60%時，制備的管件質(zhì)量較好。

采用降噪聲學(xué)材料占比為60%，即m（降噪聲學(xué)材料）∶m（PP-B）＝6∶4作為優(yōu)選，制備的Φ110順?biāo)ü芗男阅軠y試結(jié)果見表4。

表4　Φ110順?biāo)ü芗男阅軠y試結(jié)果

由表4可見，該管件的各項測試指標(biāo)均符合CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3三層共擠管材材料研究

管材為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層采用耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）樹脂，中間層采用降噪聲學(xué)材料，通過三層共擠復(fù)合工藝生產(chǎn)。Φ110管材的各項性能測試結(jié)果見表5。

表5　Φ110管材的性能測試結(jié)果

由表5可見，該管材的各項性能均符合CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

2.4管道系統(tǒng)研究

將研制的三層復(fù)合聚丙烯管材與管件按測試要求組裝，進行系統(tǒng)噪聲測試和連接密封試驗，結(jié)果見表6。

表6　管道系統(tǒng)的技術(shù)性能測試結(jié)果

由表6可見，該管道系統(tǒng)的系統(tǒng)噪聲和連接密封性均符合CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5同類產(chǎn)品比較（見表7）

從表7的對比可知，PP-B靜音排水管的性能優(yōu)于PVCU塑料排水管，PP-B具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

表7　PP-B靜音排水管與PVC-U塑料管的對比

3　結(jié)語

（1）從管材與管件的加工性能考慮，降噪聲學(xué)材料的填料（硫酸鋇）用量75%作為優(yōu)選。管件采用降噪聲學(xué)材料與耐沖擊共聚聚丙烯（PP-B）材料用量之比6∶4作為優(yōu)選。

（2）三層復(fù)合聚丙烯靜音排水管道系統(tǒng)的各項技術(shù)性能均符合CJ/T 273—2012標(biāo)準(zhǔn)要求，且降噪效果明顯。主要是與管材中間層彈性體材料和剛性耐摩物質(zhì)填充物的性能有密切關(guān)系，中間層有降噪吸聲的功能，因此起到靜音效果。

（3）三層復(fù)合聚丙烯靜音排水管道系統(tǒng)是PVC排水管的升級換代產(chǎn)品，具有廣闊推廣應(yīng)用前景。

［1］戚建強，朱生高，劉翼，等.建筑排水系統(tǒng)噪聲現(xiàn)狀、防治及評價標(biāo)準(zhǔn)進展［J］.給水排水，2013，34（11）：72-75.

［2］鄧軍.漩流降噪特殊單立管排水系統(tǒng)在高層居住建筑中的應(yīng)用［J］.給水排水，2012，38（1）：73-75.

［3］張海宇.特殊單立管排水系統(tǒng)立管水流形態(tài)淺探［J］.給水排水，2012，38（11）：165-168.

［4］李偉，郭雷，田旭麗.聚丙烯超靜音排水管推介與施工技術(shù)淺析［J］.工程技術(shù)，2009（7）：82.

［5］張邦俊，翟國慶.環(huán)境噪聲學(xué)［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2001：25-265.

［6］俞來明，郁巨華，郁世超，等.一種靜音排水管道用改性耐沖擊共聚聚丙烯及其制備方法：中國，201210252666.7［P］.2014-06-11.

Study of three layers composite polypropylene drainage piping system with sound insulation

YU Laiming
［Hongsheng Plastics（Hangzhou）Co.Ltd.，Hangzhou 311251，Zhejiang，China］

Plastic drainage pipe has been widely used in modern buildings，especially polyvinyl chloride（PVC-U）pipes due to its low price and convenient construction；occupy a major market of building drainage.While，the drainage noise of polyvinyl chloride（PVC-U）pipe is still a key problem received great attention.The three-layer polypropylene composite drainage piping system is studied and analyzed.Based on the processing of pipes and pipe fittings，the optimal consumption of acoustic noise reduction filler is 75%.The optimal mass ratio of acoustic material to the impact resistant copolymer polypropylene（PP-B）is 6∶4.The technical specifications of three-layer composite polypropylene drainage piping system meet the standard CJ/T 273—2012"Soundinsulating polypropylene pips and fittings for drainage".PP-B drainage pipe is the upgrade product of PVC drainage pipe.

acoustic material，three layers composite，sound insulation，polypropylene piping

TU532+.61

A

1001-702X（2015）11-0030-03

2015-05-07；

2015-06-10

俞來明，男，1983年生，浙江杭州人，工程師，碩士，從事給排水材料科學(xué)與工程研究。