淺談塑料管材的質(zhì)量現(xiàn)狀及性能檢測(cè)

劉清梅

（三亞建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，海南三亞 572000）

0 引言

塑料管材已在我國(guó)各領(lǐng)域廣泛使用，塑料管材與傳統(tǒng)的金屬管和水泥管相比，具有重量輕、有較好的耐腐蝕性、抗沖擊和拉伸強(qiáng)度、塑料管內(nèi)表面比鑄鐵管光滑得多、摩擦系數(shù)小、阻力小、運(yùn)輸方便、連接方式多種多樣等優(yōu)點(diǎn)。塑料管廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)、工業(yè)、水利、市政和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，塑料管材的質(zhì)量如果出現(xiàn)問題，會(huì)直接影響工程建設(shè)質(zhì)量。塑料管材質(zhì)量不合格引起的變形、泄漏、甚至大面積爆管等問題需要引起高度重視。為了減少這些問題的發(fā)生，必須做好工程施工前材料的檢測(cè)工作。

1 幾種常用的塑料管材

塑料管材與我們的生活息息相關(guān)，塑料管材一般是以塑料樹脂為原材料[1]，根據(jù)需要加入各種不同類型的添加劑，然后經(jīng)過各種不同的工序加工而成的一種新型塑料產(chǎn)品。塑料管材以其優(yōu)越的性能和優(yōu)點(diǎn)為廣大用戶青睞，不同的塑料管材有不同的性能，現(xiàn)在常用的主要有硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC-U）管、氯化聚氯乙烯（PVC-C）管、聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP-R）管等幾種管材。

1.1 硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC-U）管

PVC-U管是一種以聚氯乙烯（PVC）樹脂為原料，不含增塑劑的塑料管材。PVC-U管的最大應(yīng)用是在建筑業(yè)上，主要用作排水、排污、通風(fēng)和穿線管。PVC-U管具有抗腐蝕能力強(qiáng)、自熄性和阻燃性好、內(nèi)壁光滑、易于粘接、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是PVC-U管力學(xué)性能差、抗沖擊性差、熱膨脹系數(shù)大，使用溫度范圍較窄，只適用于冷水管。

1.2 氯化聚氯乙烯（PVC-C）管

氯化聚氯乙烯（PVC-C）主要的原材料是PVC和氯，經(jīng)過氯化作用而成的一種新型產(chǎn)品，具有耐高溫、抗腐蝕和良好的阻燃性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道、冷熱水管道、電力電纜套管和消防管道等重要領(lǐng)域。

1.3 聚乙烯（PE）管

聚乙烯管材是以聚乙烯（PE）混配料為原料，經(jīng)擠出成型的一種管材，根據(jù)工藝配方和用途的不同，產(chǎn)品也不同，目前PE給水管和PE燃?xì)夤苁莾纱笾髁鞣较?。PE給水管按其最小強(qiáng)度分為PE80和PEl00級(jí)，建筑上應(yīng)用最廣泛的是PEl00級(jí)給水管。PE燃?xì)夤馨雌渥钚”诤穹譃镾DR11和SDR17.6兩個(gè)系列。

聚乙烯（PE）管具有耐腐蝕性、柔韌性好、耐低溫、較好的衛(wèi)生性能、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。PE管的連接主要有電熱熔接性、熱熔對(duì)接連接、鋼塑連接三種方式，安裝方便，被廣泛應(yīng)用于城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)。

1.4 三型聚丙烯（PP-R）管

三型聚丙烯管又叫無規(guī)共聚聚丙烯管，俗稱PP-R管。具有質(zhì)量輕、無毒無味，衛(wèi)生性能好，耐熱保溫性能好、耐腐蝕、價(jià)格適中、質(zhì)量穩(wěn)定，是理想的冷熱水管材料，廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)建筑內(nèi)的冷熱飲用水給水系統(tǒng)、熱水供暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。PP-R管連接采用熱熔技術(shù)，管在熱熔連接之后，管材與管材之間、管材與管件接口地方均融合在一起，整體性能好，安裝通過檢漏試驗(yàn)后，很少會(huì)再出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，因此深受廣大消費(fèi)者的青睞。

2 塑料管材的質(zhì)量現(xiàn)狀

目前，市場(chǎng)上塑料管材的品牌較多，質(zhì)量也參差不齊，從檢測(cè)統(tǒng)計(jì)的情況來看，一些大企業(yè)、大品牌的質(zhì)量明顯優(yōu)于中小企業(yè)的質(zhì)量。近年來，由于原材料緊缺，價(jià)格大幅上漲，一些中小企業(yè)為保持較高的利潤(rùn)，采用回收料、廢料或添加輔料來降低生產(chǎn)成本，偷工減料的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，由于材料、工藝等的變化，增加了塑料管材質(zhì)量的不確定因素，主要表現(xiàn)在拉伸強(qiáng)度偏低、密度偏大、高溫容易變形、滲漏、爆管等質(zhì)量問題。因此，加強(qiáng)管材的質(zhì)量檢測(cè)，才能確保管材的使用性能得到保障。

3 常用塑料管材的性能檢測(cè)及原因分析

3.1 物理性能

3.1.1 密度

測(cè)定塑料管材的密度指標(biāo)主要目的是控制無機(jī)填料的添加量。塑料管材配方中鈣粉添加量過多，會(huì)導(dǎo)致管材密度增大，超過標(biāo)準(zhǔn)限值，使得塑料管材的抗壓性能降低，韌性降低。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，建筑用聚氯乙烯（PVC-U）管材的密度是按照GB/T 1033.1—2008中浸漬法來測(cè)定，要求管材的密度為1350～1550kg/m3。在實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，仍有部分管材不能滿足這一要求，反映出塑料管材充填碳酸鈣過高的現(xiàn)象。

3.1.2 維卡軟化溫度

維卡軟化溫度用來評(píng)價(jià)材料的耐熱性能，確保其使用溫度范圍，指導(dǎo)工藝配方、進(jìn)行質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一。其測(cè)量原理是：把試樣放在液體介質(zhì)或加熱箱中，在等速升溫條件下測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)壓針在（50±1）N力的作用下，壓入從管材或管件上切取的試樣內(nèi)1mm時(shí)的溫度[2]。在實(shí)際檢測(cè)中，有部分管材達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，主要是因?yàn)楣懿某涮钐妓徕}后，產(chǎn)品的加工性能變差。為了解決加工性能問題，一些企業(yè)添加了低分子量的增塑劑，使用少量增塑劑可以使工藝進(jìn)展順利，但會(huì)大大降低維卡軟化溫度。檢測(cè)結(jié)果表明，這類產(chǎn)品的軟化溫度僅為65℃左右，這種管材在受力時(shí)容易變形、彎曲甚至破壞，在做拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)得到很好的印證。

3.1.3 縱向回縮率

縱向回縮率指標(biāo)是用來控制擠壓生產(chǎn)工藝的，反映了擠出、牽引和冷卻工序的合理性和兼容性[4]，其實(shí)質(zhì)就是管材內(nèi)應(yīng)力的大小，如果控制不當(dāng)，就會(huì)在使用過程中因內(nèi)應(yīng)力收縮使管道系統(tǒng)發(fā)生破壞。

根據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6671—2001，測(cè)定縱向回縮率有兩種方法，一種是液浴試驗(yàn)，將試樣放入恒溫的熱浴槽中進(jìn)行熱浴加熱，到規(guī)定處理時(shí)間拿出試樣，待冷卻進(jìn)行測(cè)量。另一種是烘箱試驗(yàn)，將試樣放入恒溫的烘箱中進(jìn)行熱處理，到規(guī)定處理時(shí)間拿出試樣，待冷卻進(jìn)行測(cè)量。兩種方法都比較容易實(shí)施，考慮到經(jīng)濟(jì)效益和試驗(yàn)的效率，烘箱試驗(yàn)更加適合，檢測(cè)時(shí)一般以烘箱試驗(yàn)為主。需要注意的是在切割試樣時(shí)要保證切面和軸線垂直，劃線時(shí)要保證兩條圓周標(biāo)線的距離為100mm，此外，如果管材直徑大于400mm，則必須沿軸線均勻切割成片，然后再進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，該項(xiàng)目不合格現(xiàn)象很少，這意味著生產(chǎn)企業(yè)工藝較成熟，控制良好。

3.2 力學(xué)性能

（1）拉伸性能。建筑排水管材的拉伸性能，包括拉伸屈服應(yīng)力和斷裂伸長(zhǎng)率，是反映管道基本強(qiáng)度的重要力學(xué)性能指標(biāo)之一。在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，有些管材的拉伸性能不合格，有的甚至不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的一半。一般情況下，硬質(zhì)PVC管的拉伸屈服應(yīng)力會(huì)大于其拉伸斷裂應(yīng)力。比如某產(chǎn)品的拉伸屈服應(yīng)力只有21MPa左右，這樣的劣質(zhì)產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)埋下破損、斷裂、開裂等重大隱患。主要原因是管材的拉伸屈服應(yīng)力在一定填充量下變化不大，但隨著大量填料的使用，填料顆粒與基體的界面會(huì)在拉伸過程中脫離形成空洞，較大的空洞會(huì)導(dǎo)致基體材料快速斷裂，材料在試驗(yàn)中會(huì)直接斷裂而不會(huì)屈服。

（2）落錘沖擊試驗(yàn)TIR。落錘沖擊試驗(yàn)表征管材在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安裝、使用等方面抵御外力損壞管材的能力，如果指標(biāo)不合格，就會(huì)出現(xiàn)上述的問題。標(biāo)準(zhǔn)要求根據(jù)GB/T14152—2001規(guī)定使用時(shí)針旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行試驗(yàn)。整批產(chǎn)品用于試驗(yàn)時(shí)，其沖擊破壞總數(shù)除以沖擊總數(shù)即為真實(shí)沖擊率，以百分?jǐn)?shù)表示[3]。以建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）為例，GB/T5836.1—2018中規(guī)定落錘沖擊試驗(yàn)TIR不超過10%。從GB/T14152—2001中可知，TIR不超過10%至少要進(jìn)行25次沖擊不得有1次破壞，此時(shí)可以判定管材的真實(shí)沖擊率符合標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

在實(shí)際試驗(yàn)中，一些技術(shù)人員對(duì)TIR的概念缺乏理解，認(rèn)為TIR是一個(gè)具體的數(shù)據(jù)，因此得出了錯(cuò)誤的結(jié)論。比如：在做φ160mm排水管材的落錘沖擊試驗(yàn)，根據(jù)GB/T14152—2001的規(guī)定，宜取長(zhǎng)度為（200±10）mm的試樣4段，每段劃8個(gè)等距離的標(biāo)線，共計(jì)32次沖擊，試驗(yàn)不允許有1次破壞。假如在試驗(yàn)中，沖擊到第32次出現(xiàn)破壞，那么32次沖擊，1次破壞，TIR值為：（1/32）×100=3.1%，就簡(jiǎn)單認(rèn)為TIR不超過10%而停止試驗(yàn)是錯(cuò)誤的，根據(jù)TIR值為10%的判定表，沖擊32次是不允許有1次破壞，如果破壞了，就落在B區(qū)，應(yīng)增加數(shù)量繼續(xù)試驗(yàn)，直至根據(jù)全部沖擊試樣的累計(jì)結(jié)果能夠做出判定為止。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，TIR值是一個(gè)區(qū)間而不是一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)，在結(jié)果表示時(shí)只能是三種情況：TIR值小于或等于10%、TIR值大于10%或根據(jù)現(xiàn)有試樣數(shù)不能做出判定[3]。

（3）靜液壓試驗(yàn)。液壓試驗(yàn)是考核給水管質(zhì)量的最基本指標(biāo)，表征了給水管材在使用中能承受的壓力大小和使用壽命的長(zhǎng)短。檢測(cè)表明，PPR給水管的耐壓比PVC給水管耐壓的合格率要高很多。不合格主要體現(xiàn)在有的管材雖然達(dá)到試驗(yàn)壓力，但耐壓時(shí)間持續(xù)不到10min就發(fā)生脆性破裂；有的在規(guī)定的恒壓時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了韌性破壞或滲漏，這主要與基本材料有關(guān)，比如說PVC樹脂的質(zhì)量不好，分子結(jié)構(gòu)有缺陷等等，也和塑化及添加的改性劑有關(guān)。該項(xiàng)指標(biāo)不合格，滿足不了使用壓力等級(jí)的要求和耐久性的問題，壓力一旦瞬時(shí)增高，供水系統(tǒng)中的管道就會(huì)出現(xiàn)爆管的可能，給工程質(zhì)量埋下了隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在檢測(cè)中反映出塑料管產(chǎn)品主要質(zhì)量問題一般都是拉伸性能、落錘沖擊試驗(yàn)、維卡軟化溫度、密度和靜液壓試驗(yàn)。隨著塑料管材日益應(yīng)用廣泛，各地質(zhì)監(jiān)部門要加大抽查力度，以防劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場(chǎng)。檢測(cè)單位加強(qiáng)材料的復(fù)檢，就能確保塑料管材的使用性能滿足使用要求。