冷熱水用聚丙烯PP-R管與PP-B管性能比較

文 劉麗霞

本文以即將實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18742.2-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng) 第2部分：管材》為背景，通過對PP-R管和PP-B管進(jìn)行一系列物理項(xiàng)目測試，從而對其性能進(jìn)行比較。結(jié)果表明：PP-B管的高溫耐壓性能相對PP-R管較差，若作為熱水管使用，其長期使用壽命不如PP-R管；作為冷水管使用則PP-B管在低溫性能上優(yōu)于PP-R管，PP-B管更適合在北方寒冷地區(qū)輸送冷水用。

概況

一、產(chǎn)品概況

冷熱水用聚丙烯管材是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合性能良好的新型塑料管材，屬于國家大力推廣應(yīng)用的化學(xué)建材產(chǎn)品之一。其按使用原料的不同主要分為3種：均聚聚丙烯（PP-H）、無規(guī)共聚聚丙烯（PPR）和嵌段共聚聚丙烯（PP-B）。由于PP-H管的耐沖擊性不好和耐蠕變性能差，使用量非常少,目前市場上以PP-R管和PP-B管為主。

無規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）管除具有一般塑料管質(zhì)量輕、耐腐蝕、不結(jié)垢、使用壽命長等通用優(yōu)點(diǎn)外，還具有清潔無毒、長期耐熱和耐壓性好、良好的保溫節(jié)能性，是真正的綠色環(huán)保建材產(chǎn)品。而且，安裝方便，連接可靠。PP-R管的特點(diǎn)逐步被我國管道工程界認(rèn)同，從各種新型輸水管材中脫穎而出，短短幾年時間發(fā)展迅速，應(yīng)用十分廣泛。

嵌段共聚聚丙烯（PP-B）管雖然在高溫耐壓性能和使用壽命方面不如PP-R管，但是其在常溫或低溫使用場合的柔韌性要比PP-R好，尤其是PP-B管具有較好的抗低溫沖擊性能，使其更適于冷水的輸送，因此，PP-B管在我國寒冷的北方地區(qū)使用量也非常大。

二、產(chǎn)業(yè)分布

目前，我國PP-R管和PP-B管產(chǎn)業(yè)主要分布在山東、江蘇、浙江、廣東、福建、上海等沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，但由于此行業(yè)門檻較低，再加上沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的這種低附加值產(chǎn)業(yè)的淘汰速度加快，導(dǎo)致該產(chǎn)業(yè)正向內(nèi)地省市加速轉(zhuǎn)移。

PP-R管和PP-B管雖然才興起十幾年的時間，在我國還是取得了飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一大批國內(nèi)知名品牌。目前在我國給水管材的市場上比較有知名度和影響力的品牌有金德、中財、偉星、日豐、聯(lián)塑、中塑、金牛和公元等。

三、監(jiān)測項(xiàng)目

本次以即將實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18742.2-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng) 第2部分：管材》（2018年5月1日實(shí)施）為背景，通過對PP-R管和PP-B管進(jìn)行一系列物理項(xiàng)目測試，從而對其性能進(jìn)行比較。具體監(jiān)測項(xiàng)目為熔融溫度Tpm、簡支梁沖擊試驗(yàn)(0±2)℃、簡支梁沖擊試驗(yàn)(-10±2)℃、靜液壓試驗(yàn)（95℃,165h）、靜液壓試驗(yàn)（95℃,1000h）、氧化誘導(dǎo)時間（210℃）、完成95℃/1000h靜液壓試驗(yàn)后的氧化誘導(dǎo)時間（210℃）。涉及到的檢測依據(jù)具體如下：

GB/T 18742.2-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng) 第2部分：管材》。

GB/T 19466.3-2004《塑料 差示掃描量熱法(DSC)第3部分：熔融和結(jié)晶溫度及熱焓的測定》。

GB/T 19466.6-2009《塑料 差示掃描量熱法(DSC)第6部分：氧化誘導(dǎo)時間(等溫OIT)和氧化誘導(dǎo)溫度(動態(tài)OIT)的測定》。

GB/T 18743-2002《流體輸送用熱塑性塑料管材簡支梁沖擊試驗(yàn)方法》。

GB/T 6111-2003《流體輸送用熱塑性塑料管材耐內(nèi)壓試驗(yàn)方法》。

檢驗(yàn)概況

一、樣品來源

本次在江蘇地區(qū)的生產(chǎn)企業(yè)共抽樣50批次，其中25批次標(biāo)識為PP-R管，另外25批次標(biāo)識為PP-B管。品牌覆蓋ABM、JOMUGY、FEZGY、HOFEA、GNEN、皮爾特、歐薩、星豐、鋮力、三能、中億、歐塑、格蘭特、同越、日源、蘇博士、中柏等。

表1. PP-R管和PP-B管的監(jiān)測項(xiàng)目及依據(jù)

二、檢測依據(jù)

本次PP-R管和PP-B管的監(jiān)測項(xiàng)目和依據(jù)具體如表1所示。

總體評價與分析

一、總體評價

本次聚丙烯管材共抽樣50批次，其中25批次為PP-R管，另外25批次為PP-B 管。監(jiān)測結(jié)果表明：1、在不低于0℃時，PP-B管和PP-R管均具有良好的耐沖擊性能，而在-10℃時，PP-B管的耐沖擊性能優(yōu)于PP-R管，PP-R管在-10℃及以下的低溫條件下使用時存在破裂的風(fēng)險。因此，PP-B管更適合作為冷水管用，尤其在寒冷的北方地區(qū)使用PP-B管輸送冷水比用PP-R管更有優(yōu)勢。2、PP-B管的靜液壓試驗(yàn)合格率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PP-R管，且不合格項(xiàng)目主要體現(xiàn)在靜液壓試驗(yàn)（95℃,1000h）上，說明PP-B管的高溫耐壓性能相對PP-R管較差，若作為熱水管使用，其長期使用壽命不如PP-R管。3、共發(fā)現(xiàn)16批次管材的氧化誘導(dǎo)時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗(yàn)后的氧化誘導(dǎo)時間小于標(biāo)準(zhǔn)要求，問題發(fā)現(xiàn)率為32%。其中，9批次為PP-R管，7批次為PP-B管，說明兩種類型的管材在耐熱氧老化性能上無明顯差別。

圖1 PP-B管的典型DSC曲線

二、監(jiān)測項(xiàng)目分析

1、熔融溫度

熔融指完全結(jié)晶或半結(jié)晶聚合物從固態(tài)向具有不同粘度的液態(tài)的轉(zhuǎn)變階段，在差示掃描量熱（DSC）曲線上表現(xiàn)為吸熱峰，發(fā)生熔融的溫度叫熔融溫度。一定程度上，可通過對材料進(jìn)行熱分析，根據(jù)熔融溫度值來識別材料種類。在GB/T 18742.2-2017新標(biāo)準(zhǔn)中就增加了熔融溫度項(xiàng)目用以區(qū)分材料種類，要求：Tpm（PP-B）≥160℃，Tpm（PP-R）≤148℃。如圖1所示為PP-B管的典型DSC曲線，如圖2所示PP-R管的典型DSC曲線。

熔融溫度測試結(jié)果表明：樣品標(biāo)識材質(zhì)信息與實(shí)際相符，即25批次為PP-R管，另外25批次為PP-B管。

2、簡支梁沖擊試驗(yàn)

簡支梁沖擊試驗(yàn)是測定流體輸送用熱塑性塑料管材沖擊強(qiáng)度的方法，將一小段管材或機(jī)械加工制得的無缺口條狀試樣在規(guī)定的測試溫度Tc下進(jìn)行預(yù)處理，然后以規(guī)定的跨度將試樣在水平方向呈簡支梁式支撐，用具有給定沖擊能量的擺錘在支撐中線處迅速沖擊一次。對規(guī)定數(shù)目的試樣沖擊后，以破損率表示試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 PP-R管的典型DSC曲線

近年來，聚丙烯管材在冷熱水輸送管道中被普遍使用，其在長途運(yùn)輸?shù)念嶔?、裝卸及安裝施工過程中不可避免地會受到外力的沖擊，若材料本身的耐沖擊強(qiáng)度不夠，則有可能會發(fā)生管材的破裂甚至斷裂。簡支梁沖擊試驗(yàn)（(0±2)℃和(-10±2)℃）在一定程度上反映了管材的耐低溫沖擊性能，破損率越高，說明耐低溫沖擊性能越差，在氣溫低時管材的施工及使用破裂風(fēng)險越大。

按照GB/T 18742.2-2017標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，PP-B管和PP-R管的簡支梁沖擊試驗(yàn)溫度均為（0±2）℃，要求試驗(yàn)后試樣的破損率≤試樣數(shù)量的10%。經(jīng)檢測，簡支梁沖擊試驗(yàn)(0±2)℃項(xiàng)目全部合格，且試驗(yàn)后試樣的破損率均為0%，說明在不低于0℃時，PP-B管和PP-R管均具有良好的耐沖擊性能。

而簡支梁沖擊試驗(yàn)(-10±2)℃結(jié)果表明：PP-B管在-10℃下的簡支梁沖擊試驗(yàn)全部無破損，破損率為0%，PP-R管在-10℃下的簡支梁沖擊試驗(yàn)有10批次破損率大于10%（破損率在30%～80%之間）。說明在-10℃時，PP-B管的耐沖擊性能優(yōu)于PP-R管，PP-R管在-10℃及以下的低溫條件下使用時存在破裂的風(fēng)險。因此，PP-B管更適合作為冷水管用，尤其在寒冷的北方地區(qū)使用PP-B管輸送冷水比用PP-R管更有優(yōu)勢。

3、靜液壓試驗(yàn)

靜液壓試驗(yàn)是冷熱水用聚丙烯管材非常關(guān)鍵的物理力學(xué)性能指標(biāo)，它反映了管材在一定溫度的水環(huán)境中使用時所能承受壓力的大小和壽命的長短。靜液壓試驗(yàn)不合格的管材，在實(shí)際使用中經(jīng)受一定溫度的水壓，使用壽命較短，極易出現(xiàn)爆管的現(xiàn)象，達(dá)不到設(shè)計使用壽命50年的目標(biāo)。

圖3 靜液壓試驗(yàn)（95℃，165h）后破裂照片

對于一般的監(jiān)督抽查，由于時間的限制，時間最長的靜液壓試驗(yàn)通常只進(jìn)行靜液壓試驗(yàn)（95℃,165h）項(xiàng)目，該項(xiàng)目合格并不能預(yù)測管材的長期使用壽命狀況，也不能真正反映出管材的實(shí)際質(zhì)量狀況。而靜液壓試驗(yàn)（95℃,1000h）項(xiàng)目在一定程度上反映了管材在熱水環(huán)境中使用時所能承受壓力的大小和壽命的長短，只有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品才能保證在熱水溫度下的使用周期內(nèi)不會發(fā)生破裂或滲漏現(xiàn)象。該項(xiàng)指標(biāo)不合格，說明該產(chǎn)品不適用于在熱水環(huán)境或壓力下長期使用。

經(jīng)檢驗(yàn)，靜液壓試驗(yàn)（95℃,165h）項(xiàng)目1批次不合格，靜液壓試驗(yàn)（95℃,1000h）項(xiàng)目9批次不合格，且不合格的全部為PP-B管，靜液壓試驗(yàn)后的典型破裂照片如圖3、4所示。由此可見，PP-B管的靜液壓試驗(yàn)合格率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PP-R管，且不合格項(xiàng)目主要體現(xiàn)在靜液壓試驗(yàn)（95℃,1000h）上，說明PP-B管的高溫耐壓性能相對PP-R管較差，若作為熱水管使用，其長期使用壽命不如PP-R管。

4、氧化誘導(dǎo)時間

氧化誘導(dǎo)時間為在常壓、氧氣或空氣氣氛、規(guī)定溫度下，通過量熱法測定材料出現(xiàn)氧化放熱的時間，是材料耐氧化分解的一種相對度量，其在一定程度上反映了材料耐熱氧老化的性能，氧化誘導(dǎo)時間越長，管材耐熱氧老化性能越好。在GB/T 18742.2-2017新標(biāo)準(zhǔn)中已增加了氧化誘導(dǎo)時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗(yàn)后的氧化誘導(dǎo)時間項(xiàng)目，要求分別為不低于20min 和16min。

圖4 靜液壓試驗(yàn)（95℃，1000h）后破裂照片

本次即按照新標(biāo)準(zhǔn)中的要求進(jìn)行了以上項(xiàng)目的測試，共發(fā)現(xiàn)16批次管材的氧化誘導(dǎo)時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗(yàn)后的氧化誘導(dǎo)時間小于標(biāo)準(zhǔn)要求，問題發(fā)現(xiàn)率為32%。其中，9批次為PP-R管，7批次為PP-B管，說明兩種類型的管材在耐熱氧老化性能上無明顯差別。

氧化誘導(dǎo)時間越短，管材耐氧化分解的性能越差，管材在使用中，尤其是在高溫條件下使用，越容易老化，影響管材的使用壽命。通過比較氧化誘導(dǎo)時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗(yàn)后的氧化誘導(dǎo)時間發(fā)現(xiàn)，完成95℃/1000h靜液壓試驗(yàn)后管材的氧化誘導(dǎo)時間均有不同程度下降，說明經(jīng)過95℃/1000h靜液壓試驗(yàn)后管材已開始發(fā)生一定程度的老化。