塑料管材承壓性能檢驗的必要性

孫晉陽

山西省大同市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所 山西大同 037000

塑料管材與其他管材相比，因其具有材質(zhì)輕方便運輸、耐腐蝕性強、不生銹、內(nèi)壁光滑不易結(jié)垢、對水流阻力小、工程造價低等特點，因此得到了廣泛的應(yīng)用?；诖?，對于塑料管材的承壓性能進行檢測，意義重大。

1 塑料管材承壓性能檢驗的必要性

塑料管材作為化學(xué)建材的重要組成部分，以其優(yōu)越的性能，衛(wèi)生、環(huán)保、低耗等為廣大用戶所廣泛接受，在建筑工程中的用量越來越大。

據(jù)1990年有關(guān)資料調(diào)查，全國34個城市在1988-1990年間給水工程施工中，灰鑄鐵管應(yīng)用最廣，約占全部新鋪設(shè)管道的3/4以上。大口徑管道（>1000mm）以鋼管和鋼筋混凝土管較多。至今，雖然管道連接方面尚存許多問題，塑料管取代直徑為400mm以下的鑄鐵管和鍍鋅管，已成為<150ram建筑給水和>150ram輸配水埋地管兩大部分必用管材。在塑料管中（包括鋁塑復(fù)合管），PVC-U、PVC-C、PP和鋁塑復(fù)合管有較高的模量、強度與硬度，被視為“剛性管”，因此可以明裝；PE、PE-X和PB力學(xué)性能相對較低，作為“柔性管”適于暗敷。由于導(dǎo)熱系數(shù)明顯低于金屬材料，塑料管能避免冷水管的“出汗”現(xiàn)象或降低熱水管的熱損失進而減少保溫層的厚度，甚至需保溫，其絕熱保溫性能優(yōu)良并可節(jié)約能源。但幾種塑料材料之間的比較還應(yīng)同各自的管壁厚度有關(guān)。較之金屬材料塑料管材的熱膨脹系數(shù)高，尤其是熱水管，使用柔性接口、伸縮節(jié)或各種彎位等熱補償措施較多，埋墻式還需加裝套管等預(yù)留伸縮空間或要求一定的埋設(shè)深度。這里又以聚烯烴類管材為最。塑料材料的軟化溫度和低溫脆點大致決定了管材的使用溫度。PVC-U和PVC-C的低溫脆點高而低溫性較差，反之PE管的低溫性優(yōu)異。PVC-C、PP、PB、PE-X（包括鋁塑復(fù)合）管的軟化溫度較高可用于熱水管。其中，PE-X和鋁塑復(fù)合管有更寬的使用溫度范圍。

就材料本身而言外推至50a， 除鋁塑復(fù)合管借助金屬材料的特性其環(huán)向應(yīng)力明顯較高外，PB管材的表現(xiàn)最佳，而PP承壓較低。為此，在某種應(yīng)用場合給出了各自的設(shè)計系數(shù)并經(jīng)計算與數(shù)據(jù)處理之后，不同種管材可以達到在相同的使用條件下具有同樣的長期使用壽命，其結(jié)果對于承壓較低的材料是通過增加管壁厚度實現(xiàn)的。管壁厚度的增加導(dǎo)致管材內(nèi)流體流通面積的減小，相同流量流速提高，水頭損失加大。同時，雖然PP的密度最低，壁厚的增加也使管材重量和生產(chǎn)用料加大，但是其絕熱保溫性、平直性和抗蠕變性等卻相應(yīng)提高。此外，壓力管道的快速開裂問題以及對不同材料和應(yīng)用條件下的敏感程度已開始受到重視。對這些新興塑料管材的承壓能力要求參見下表所列數(shù)據(jù)。

2 塑料管材壓力分析

（1）工作壓力。給水管道系統(tǒng)在正常的工作狀態(tài)下,作用在管內(nèi)壁上的最大持續(xù)運行壓力，不包括水的水錘壓力。

（2）水錘壓力。由于水的流速發(fā)生突然變化而產(chǎn)生的大于工作壓力的瞬間壓力，也被稱為波動壓力。

（3）設(shè)計壓力。作用在管內(nèi)壁上的最大瞬時壓力，為管道長期運行中的工作壓力與殘余水錘壓力之和。

（4）公稱（額定）壓力。其與管材系統(tǒng)組件的力學(xué)性能相關(guān)的內(nèi)水壓力指標。

3 常用塑型管材承壓性分析

承壓性能所涉及的內(nèi)容是在一定條件下塑料管材能夠承受的內(nèi)壓力和恒壓下的破壞時間。從而確定與之有關(guān)的設(shè)計參數(shù)以及對管材的質(zhì)量進行評價和監(jiān)控。一般進行兩項試驗：液壓試驗和長期高溫液壓試驗。除了承壓能力的檢驗以外，其它項目的質(zhì)量把關(guān)也尤為重要，例如：

第一，抗沖擊性能按GB/T5836．1-2006標準檢測落錘沖擊試驗，多年檢測發(fā)現(xiàn)，一次通過率不足50%，許多產(chǎn)品甚至經(jīng)過10次沖擊即全部破裂。

第二，拉伸強度及韌性。好的UPVC管其拉伸強度曲線應(yīng)具有明顯屈服，延伸率較大，而差的管材常常表現(xiàn)為脆性，延伸率低而易斷裂。

第三，管材線性膨脹系數(shù)。復(fù)合管的多層結(jié)構(gòu)之間線性膨脹系數(shù)不一致，非常易于發(fā)生復(fù)合質(zhì)量問題，因此對產(chǎn)品在制過程中的質(zhì)量問題要有更為嚴謹?shù)臋z驗措施。

第四，維卡軟化溫度。現(xiàn)有文獻述及塑料管在低溫下的快速開裂遠比蠕變開裂問題嚴重。一經(jīng)出現(xiàn)裂紋，其擴展速率達100-500m／s，且無行之有效的修復(fù)方法，給管道正常工作運行帶來災(zāi)難性后果，用戶叫苦不迭,這就需要我們采取有效手段隨時把住質(zhì)量關(guān)口，不能讓承壓不足的管材登陸市場,所以塑料管材的性能檢驗是把住質(zhì)量關(guān)口，不讓質(zhì)量不過關(guān)的管材流入市場的重要環(huán)節(jié)。

4 新型管材的研究進展

傳統(tǒng)管材的性能存在較為明顯的不足，主要是耐化學(xué)藥品腐蝕性、耐壓性以及耐高溫性等性能差。新型管材的研究進展如下：①有關(guān)學(xué)者分析新工藝生產(chǎn)的HDPE雙重壁管的內(nèi)壁粗糙系數(shù)，研究表明：雷諾數(shù)小于2500時，HDPE管的內(nèi)壁粗糙系數(shù)在0.011-0.012較為合適；雷諾數(shù)大于大于2500的情況下，內(nèi)壁粗糙系數(shù)在0.009-0.011為宜；②對于建筑給排水管的老化問題，研究發(fā)現(xiàn)UPVC管的老化與紫外光輻射有關(guān)，紫外光輻射能夠加快UPVC管的老化；其中，鋼帶設(shè)于PE螺旋波紋管表面，將壓制塑料保護層設(shè)于鋼帶表面，在熔融狀態(tài)下使兩者纏繞結(jié)合。該方法促使管的環(huán)剛度更加理想，并且能確保管材能夠長期使用，在成本、質(zhì)量、防形變等相關(guān)性能方面也更加令人滿意。

5 結(jié)語

能夠保證合格的塑料管材上市，待檢性能不僅僅只有承壓一項，維卡變形、老化試驗以及在制產(chǎn)品過程質(zhì)量控制等都是尤為重要的，在我們的共同努力下，愿塑料建材的發(fā)展及其就用能更上一層樓。