建 筑 用 塑 料 管 材

建筑用塑料管材

復(fù)合材料中心

80年代初期，我國(guó)開始系統(tǒng)地研究在市政工程和建筑工程中使用塑料管道。我國(guó)先后開發(fā)出聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管、鋼塑復(fù)合（PAP）管、交聯(lián)聚乙烯（PE－X）管、聚丙烯（PP－R）管、氯化聚氯乙烯（CPVC）管、工程塑料（ABS）管、鋼塑復(fù)合（SP）管、玻璃鋼夾砂（RPM）管等品種。

一、管材的分類一、管材的分類1.聚氯乙烯（PVC）管材2.聚乙烯（PE）管3.玻璃鋼夾砂（RPM）4.PPR冷熱水用管材管件5.交聯(lián)聚乙烯（PE－X）管6.鋼塑復(fù)合（PAP）管

PVC管道目前主要用于建筑給排水、電工穿線管、農(nóng)業(yè)排灌管、城市供水排水管、通訊管等。其中排水管占50%。在通用樹脂生產(chǎn)中，以PVC樹脂耗乙烯量最低，生產(chǎn)成本也最低。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)每噸PVC需耗乙烯0.5314噸，而每噸聚乙烯平均耗乙烯1.042噸，國(guó)內(nèi)每噸PVC樹脂的乙烯耗量比聚乙烯少消耗約50%。另外，從塑料制品角度看，PVC與各種助劑相容性好，在生產(chǎn)管材中可加入大量低廉的填料，使生產(chǎn)成本大大降低。1．

聚氯乙烯（PVC）管材1.1UPVC管：

UPVC硬聚氯乙烯管目前在全國(guó)各省市的自來水管道系統(tǒng)和住宅自來水管上推廣應(yīng)用，在建筑業(yè)上主要用作排水管、雨水管和穿線管。UPVC管材有很好的力學(xué)性能，且具備極好的耐腐蝕性，使用過程中重量輕，安裝方便，不需維護(hù)。1.1UPVC管：而使用鋼鐵作公用工程的下水管道，在使用過程中由于易腐蝕，必須經(jīng)常涂敷涂料，維護(hù)費(fèi)用高。一般建筑及公用工程用金屬管道20年左右就需更換，而作用加工良好的UPVC管道，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年。因此，UPVC管材是一種生產(chǎn)成本低、強(qiáng)度高，耐腐蝕的良好塑料制品。1.2芯層發(fā)泡管：芯層發(fā)泡管是采用三層共擠出工藝生產(chǎn)的，內(nèi)外兩層與普通UPVC管相同，中間是相對(duì)密度為0.7-0.9g/cm3。低發(fā)泡層的一種新型管材，其環(huán)向剛性是普通UPVC管的8倍，而且在溫度變化時(shí)尺穩(wěn)定性好，隔熱性好，特別是發(fā)泡芯層能有效阻隔噪聲傳播，更適用于高層建筑排水系統(tǒng)。

1.2芯層發(fā)泡管：發(fā)泡芯層管較實(shí)壁管材可節(jié)省原料25%以上，且內(nèi)壁抗壓能力大大提高。而在內(nèi)壁帶有若干凸形螺旋線的芯層發(fā)泡消音管，水沿管內(nèi)壁自由連續(xù)呈螺旋狀流動(dòng)，在排水管中央形成氣柱，使管內(nèi)壓力降低10%，通用能力提高10倍，排水量增加6倍，噪聲比普通UPVC排水管低30-40db。1.3PVC徑向加筋管：生產(chǎn)這種管材采用特殊模具和成型后續(xù)裝置，是一種重型大口徑超強(qiáng)筋環(huán)狀波紋管材。特點(diǎn)是管外壁上帶有徑向加強(qiáng)筋，能大大提高管材環(huán)剛度和耐壓強(qiáng)度的作用，特別適用于市政工程中的排水。1.4PVC雙壁波紋管：雙壁波紋管是同時(shí)擠出兩個(gè)同心管，再將波紋管外管熔接在內(nèi)壁上而制成的。雙壁波紋管具有光滑的內(nèi)壁和波紋狀外壁，質(zhì)輕而強(qiáng)度高，比普通UPVC管可節(jié)省40-60%的原料，主要用作通訊電纜護(hù)管、建筑排水管和農(nóng)用排水管等。1.5CPVC管：CPVC管材是由含氯量高達(dá)66%以上的氯化聚氯乙烯加工而得的一種耐熱性好的塑料管材。CPVC管材的耐熱溫度比UPVC管材高30℃以上，而且尺寸穩(wěn)定性提高，線膨脹系數(shù)降低。CPVC管的耐熱、耐老化、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，在沸水中也不變形，可用于熱水、耐腐蝕液體和氣體的輸送。2．聚乙烯（PE）管優(yōu)良的撓性：聚乙烯的撓性使PE給水管可以進(jìn)行盤卷。用于不開槽施工，PE給水管道的走向容易依照施工方法的要求進(jìn)行改變。良好的抗刮痕能力：可有效避免給水管道系統(tǒng)因刮痕而造成材料應(yīng)力集中，引發(fā)管道破壞的事故發(fā)生。較好的耐沖擊性：PE管韌性好，耐沖擊強(qiáng)度高，重物直接壓過管道，不會(huì)導(dǎo)致管道破裂。良好的施工性能：PE管道質(zhì)量輕，焊接工藝簡(jiǎn)單，施工方便，工程綜合造價(jià)低，使用壽命長(zhǎng)：可達(dá)50年以上。2.1PE給水管：PE給水管衛(wèi)生性能優(yōu)越，不含重金屬添加劑，不結(jié)垢，不滋生細(xì)菌。通水性好，內(nèi)壁光滑，摩擦系數(shù)極低，介質(zhì)通過能力高，不泄漏。聚乙烯是惰性材料，可耐多種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕，無電化學(xué)腐蝕，不需要防腐層。PE給水管道主要采用熔接連接（熱熔連接或電熔連接）和承插鏈接，與橡膠圈類接頭或其他機(jī)械接頭相比，不存在因接頭扭曲造成泄漏的危險(xiǎn)。2.2PE燃?xì)夤埽篜E燃?xì)夤苁且环N高韌性的管材，其斷裂伸長(zhǎng)率一般超過500%，對(duì)管基不均勻沉降的適應(yīng)能力非常強(qiáng)，也是一種抗震性能優(yōu)良的管道。先進(jìn)的電熔管件結(jié)構(gòu)。嵌入式電熔管件集外形美觀、施工便捷、性能優(yōu)異為一體，避免了裸露式管件電阻絲易氧化、易脫絲短路及封閉式電熔管件導(dǎo)熱性能差，焊接性能不理想等缺陷。良好的快速裂紋傳遞抵抗能力。聚乙烯燃?xì)夤艿朗褂弥两?，尚未出現(xiàn)過傳統(tǒng)材料燃?xì)夤艿腊l(fā)生過的在管道偶然發(fā)生開裂時(shí)，裂紋便以幾百米/秒的速度增長(zhǎng)，瞬間造成幾十米甚至上千米管道破壞的大事故。2.3PE纏繞結(jié)構(gòu)壁管材：HDPE纏繞結(jié)構(gòu)壁管材是以高密度聚乙烯為主要原料，先經(jīng)第一臺(tái)擠出機(jī)擠出異型方管，再由第二臺(tái)擠出機(jī)擠出異型膠條，經(jīng)熱成型機(jī)纏繞復(fù)合而成。其內(nèi)外壁光滑平整，規(guī)格φ200mm~φ3000mm。具有極強(qiáng)的耐腐蝕和抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力，在輸送腐蝕流體或在腐蝕性極強(qiáng)的土壤中敷設(shè)時(shí)無須任何防腐處理。可替代高能耗材質(zhì)（水泥、鑄鐵、陶瓷）制作的管材，廣泛應(yīng)用于市政建設(shè)、住宅小區(qū)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、廣場(chǎng)、礦山、農(nóng)業(yè)、涵洞、橋梁等領(lǐng)域的雨水、污廢水管道系統(tǒng)。2.4PE聚乙烯雙壁波紋管材：高密度聚乙烯雙壁波紋管材具有以下特點(diǎn)：具有較好的柔韌性、抗震性能好HDPE是高分子聚合物，屬于粘塑性材料，具有很好的柔韌性，能較好地適應(yīng)沉降從而提高了管道抗震能力。具有很高的環(huán)剛度連接簡(jiǎn)單，接頭密封形式合理，安全可靠管道采用電熱熔帶連接技術(shù)，施工快捷，連接質(zhì)量高，接頭強(qiáng)度大，可做到100%無泄漏。3玻璃鋼夾砂（RPM）自1993年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委、國(guó)家教委、中科院將玻璃鋼夾砂管列入國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃以后，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今已鋪設(shè)了約100萬米的玻璃鋼夾砂管，主要用于引水工程和城市配水工程以及排污工程。

近年來，有關(guān)單位對(duì)纏繞玻璃鋼夾砂管制造工藝的改進(jìn)，成功地增加了夾砂量，進(jìn)一步提高了管的剛度，降低了成本，從而開拓了在市政工程方面的應(yīng)用。

4.PPR冷熱水用管材管件PPR管重量輕。密度為0.89-0.9g/cm3，僅為鋼管的九分之一，紫銅管的十分之一。由于重量輕，可大大降低運(yùn)輸費(fèi)用和安裝的施工強(qiáng)度。衛(wèi)生無毒。PP-R材料完全由碳、氫兩種元素組成，未添加任何有毒的重金屬鹽穩(wěn)定劑，材料的衛(wèi)生性能已通過國(guó)家權(quán)威部門檢測(cè)。耐熱性能好。當(dāng)工作水溫為70℃，可以長(zhǎng)期使用，短期使用水溫達(dá)到95℃，軟化溫度為140℃。使用壽命長(zhǎng)。PP-R管材在額定的使用溫度和壓力下，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年以上。4.PPR冷熱水用管材管件除少數(shù)氧化劑外，可耐多種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕，不會(huì)生銹，不會(huì)腐蝕，不會(huì)滋生細(xì)菌，無電化學(xué)腐蝕。保溫性能好。由于PP-R材料導(dǎo)熱系數(shù)低，20℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.21-0.24W/mk,比鋼管(43-52W/mk、紫銅管（333W/mk）小得多，故PP-R管保溫性好。膨脹力小。由于PP-R材料彈性模量較小，因溫度變化產(chǎn)生的膨脹力較小，適合采用嵌墻和地坪面層內(nèi)的直埋暗敷方式。水流阻力小。管材內(nèi)壁光滑，不會(huì)結(jié)垢，磨阻系數(shù)僅為0.007，遠(yuǎn)低于金屬管道，通水能力較同規(guī)格的金屬管道提高30%以上。4.PPR冷熱水用管材管件系統(tǒng)連接牢固。PP-R管道采用熱熔連接方式進(jìn)行連接，將同種材料的管材和管件連接成為一個(gè)整體，接口處的拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度均高于管材本體強(qiáng)度，從而杜絕了漏水的隱患。綠色環(huán)保。在生產(chǎn)、施工、使用過程中對(duì)環(huán)境無任何污染，不會(huì)造成污染問題，屬于綠色產(chǎn)品。配套齊全。PP-R管道系統(tǒng)配套齊全，可以解決一般工程的配套要求。造價(jià)適中。PP-R管道與鍍鋅管價(jià)格相當(dāng)，施工便捷，造價(jià)更低。5．交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管20世紀(jì)70年代出現(xiàn)PEX。PEX是PE經(jīng)交聯(lián)而成的材料。與未經(jīng)交聯(lián)的PE相比，PEX可以完全消除長(zhǎng)期靜液壓條件下的脆性破壞，從而提高了室溫下的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度和熱水條件下的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度性能。交聯(lián)可以起到類似提高分子量的作用。從而提高材料抵抗快速裂紋增長(zhǎng)的能力。5．交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管生產(chǎn)PEX比生產(chǎn)熱塑性PE管材困難的多。隨著管材的管徑增大，生產(chǎn)難度增大。PEX通常限于生產(chǎn)小口徑管。交聯(lián)也給管材管件的連接帶來困難，PEX很難采用熱熔、接焊和熱熔承插焊。現(xiàn)在使用的是電熔焊。PEX原料由專門的PE基礎(chǔ)樹脂加入必要的添加劑制成。PEX所用的PE基礎(chǔ)樹脂應(yīng)有較高的分子量和較窄的分子量分布。PEX原料窄供貨時(shí)是尚未交聯(lián)的粉料或粒料形式的專用料。該材料在管材生產(chǎn)過程中或生產(chǎn)過程后實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。6．鋼塑復(fù)合（PAP）管鋼塑復(fù)合管采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼管為基體，經(jīng)特殊加工工藝使鋼管內(nèi)壁和PE、PO、PPR、PVC、UHMWPE等化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良的熱塑性塑料有機(jī)地結(jié)合為一體。鋼管外壁可根據(jù)用戶需要采用多種防腐方式或包裹保溫材料。鋼塑復(fù)合管以鋼管為基體，經(jīng)酸洗、熱處理等一系列工藝流程，使鋼管內(nèi)、外壁分別和PE、UHMWPE、PPR、PVC等材料緊密地合為一個(gè)整體。6．鋼塑復(fù)合（PAP）管產(chǎn)品特性：

抗腐蝕性能優(yōu)良輸送介質(zhì)和鋼管完全有效的隔離，只與塑料層接觸，具有良好的抗腐蝕效果，延長(zhǎng)管道的使用壽命。耐磨性佳，不接夠垢摩擦系數(shù)小，耐磨壽命是鋼管的6倍。其內(nèi)壁粗糙度為0.007-0.009mm，內(nèi)壁光滑，輸送介質(zhì)時(shí)，阻力小，不結(jié)垢，這種剛?cè)嵋惑w的接構(gòu)，可迅速消除壓力沖擊。機(jī)械強(qiáng)度高 6．鋼塑復(fù)合（PAP）管對(duì)沖擊、壓力、彎曲和強(qiáng)度的影響具有很強(qiáng)的承受力。適用溫度范圍廣采用不同材質(zhì)的塑料，可以產(chǎn)耐溫在-45℃~+140℃范圍的管道。衛(wèi)生性能良好塑料層衛(wèi)生指標(biāo)符合國(guó)家生活引用水輸送管道標(biāo)準(zhǔn)，無毒無味，食品級(jí)的材料。使用壽命長(zhǎng)在正常壓力、溫度范圍下，壽命可達(dá)50年。二、管材主要性能的檢測(cè)方法與評(píng)價(jià)規(guī)格尺寸維卡軟化溫度拉伸屈服強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率環(huán)剛度環(huán)柔性冷熱水循環(huán)試驗(yàn)缺口快（慢）速裂變縱向回縮率烘箱試驗(yàn)密度抗壓性能透光性彎曲性能壓扁性能結(jié)合強(qiáng)度沖擊試驗(yàn)氧化誘導(dǎo)時(shí)間熔體質(zhì)量流動(dòng)速率體積電阻率氧指數(shù)交聯(lián)度可以說，以上列舉的每一項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于管材性能來說都非常重要，換句話說，每一項(xiàng)都很容易不合格，所以對(duì)于檢驗(yàn)來說很重要。2.1規(guī)格尺寸內(nèi)徑Di：決定過流面積和流體輸送能力。應(yīng)用中通常先根據(jù)流體輸送能力的要求來決定。壁厚e：管壁中的材料是承受各種載荷的物質(zhì)基礎(chǔ)。壁厚是決定管材承受荷載的能力的一個(gè)關(guān)鍵性因素，也是管材成本高低的一個(gè)關(guān)鍵因素。管材強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是計(jì)算壁厚。外徑De：公稱直徑外徑與壁厚之比，即標(biāo)準(zhǔn)尺寸比SDR（standarddimensionratio）管系列S2.2維卡軟化溫度原理：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。壓入1mm時(shí)的溫度即為試樣的維卡軟化溫度（VST）（vicatsofteningtemperature）設(shè)備：熱變形、維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀試樣支架、負(fù)載桿壓針（1±0.015）mm加熱浴槽（試樣至少在介質(zhì)表面35mm以下，每小時(shí)（50±0.5）℃等速升溫。試驗(yàn)過程注意點(diǎn)熱變形、維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀2.2維卡軟化溫度GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》QB/T2479-2005《埋地式高壓電力電纜用氯化聚氯乙烯（PVC-C）套管》GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》不合格率：20％。排水管件新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)維卡軟化溫度的要求有很大提高。在原料中加入適量的碳酸鈣可以提高產(chǎn)品的維卡軟化溫度，但隨著碳酸鈣含量的繼續(xù)增加，產(chǎn)品的加工性能就變得很差，為了提高加工性能，一些企業(yè)就會(huì)向原料中添加低分子量的增塑劑，而少量增塑劑的使用在使加工過程順利進(jìn)行的同時(shí)，也較大地降低了產(chǎn)品的軟化溫度，這種產(chǎn)品受力易變形、彎曲，甚至產(chǎn)生破壞。原理：沿?zé)崴苄运芰瞎懿牡目v向裁切或機(jī)械加工制取規(guī)定形狀和尺寸的試樣。通過拉力試驗(yàn)機(jī)在規(guī)定的條件下測(cè)得管材的拉伸性能。試驗(yàn)儀器：微機(jī)控制電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)夾具制樣（125～130）注意點(diǎn)GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》QB/T2480-2000《建筑用硬聚氯乙烯（PVC-U）雨落水管材及管件》2.3拉伸屈服強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率2.3拉伸屈服強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率不合格率：40％。拉伸屈服強(qiáng)度是對(duì)管材原料、生產(chǎn)等各種因素的綜合反映。管材生產(chǎn)過程中為了降低成本，改善性能可以向原材料中加入一定量的碳酸鈣，通常不超過10％，加入適量的碳酸鈣能提高塑料制品的相對(duì)密度，但過量的加入降低了物料的流動(dòng)性，不但會(huì)降低PVC管材的物理機(jī)械性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)磨損擠出設(shè)備。但一些企業(yè)為了追求高利潤(rùn)，盲目的加大碳酸鈣的用量，用這些原料擠出的管材塑化不良必然影響管材的拉伸性能。另外，一些企業(yè)在原料中加入回收料，回料中常常含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在管材擠出過程中就形成缺陷，降低管材的拉伸性能。2.4環(huán)剛度

試驗(yàn)原理：用管材在恒速變形時(shí)所測(cè)得的力值和變形值確定環(huán)剛度。將管材試樣水平放置，按管材的直徑確定平板的壓縮速度，用兩個(gè)相互平行的平板垂直方向?qū)υ嚇邮┘訅毫?，在變形時(shí)產(chǎn)生反作用力，用管試樣截面直徑方向變形量為0.03d時(shí)的力值計(jì)算環(huán)剛度。試驗(yàn)儀器:環(huán)剛度試驗(yàn)儀/微機(jī)控制電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)壓板量具注意事項(xiàng)GB/T19472.1-2004《埋地用聚乙烯(PE)結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng)第1部分：聚乙烯雙壁波紋管材》GB/T19472.2-2004《埋地用聚乙烯（PE）結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng)第2部分：聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管材》環(huán)剛度試驗(yàn)儀2.5液壓試驗(yàn)試驗(yàn)原理：試樣經(jīng)狀態(tài)調(diào)節(jié)后，在規(guī)定的恒定靜液壓下保持一個(gè)規(guī)定時(shí)間或直到試樣破壞。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，試樣應(yīng)保持在規(guī)定的恒溫環(huán)境中，這個(gè)恒溫環(huán)境。試驗(yàn)儀器：液壓試驗(yàn)機(jī)GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T18742.2-2002《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng)第2部分：管材》GB/T18998.2《工業(yè)用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系統(tǒng)》GB/T18993.2-2003《冷熱水用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系統(tǒng)第2部分：管材》注意：250，外徑三倍，大于315/10002.5液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn)機(jī)2.6縱向回縮率試驗(yàn)原理：將規(guī)定長(zhǎng)度的試樣，置于給定溫度下的加熱介質(zhì)中保持一定的時(shí)間。測(cè)量加熱前后試樣標(biāo)線間的距離，以相對(duì)原始長(zhǎng)度的長(zhǎng)度變化百分率來表示管材的縱向回縮率。試驗(yàn)儀器：電熱鼓風(fēng)干燥箱GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》2.6縱向回縮率縱向回縮率不合格率為4％。聚合物在高溫和牽引力的作用下，分子鏈會(huì)沿牽引力方向取向，若工藝溫度、擠出速度、牽引速度與冷卻速度協(xié)調(diào)一致，聚合物分子運(yùn)動(dòng)特性會(huì)使這種取向大部分解除；但若生產(chǎn)工藝不當(dāng)，這些分子取向會(huì)遺留在產(chǎn)品內(nèi)部而形成內(nèi)應(yīng)力，在產(chǎn)品使用過程中由于內(nèi)應(yīng)力收縮而拉壞管道系統(tǒng)。內(nèi)應(yīng)力主要通過管材標(biāo)準(zhǔn)中縱向回縮率項(xiàng)目來體現(xiàn)。這次檢查中有多家企業(yè)縱向回縮率不合格，可能是為了提高產(chǎn)量而加大了牽引速度，使得冷卻過程與生產(chǎn)速度不匹配所引起。2.7密度原理:：試樣先在空氣中稱重，再在液體中稱重，計(jì)算得到試樣的密度。試驗(yàn)儀器：分析天平GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》注意：分析天平2.7密度密度的不合格率為8％。管材在生產(chǎn)過程中可以添加一定的回料、改性劑等。有些廠家為了減少成本，降低了原料的使用，大量摻入劣質(zhì)的回收料等降低成本，最直接的就體現(xiàn)在材料份量的改變，密度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。UPVC排水管密度要求是2006年標(biāo)準(zhǔn)修訂新增加的項(xiàng)