硬質PVC給水管材性能檢測中應注意的問題

張蘭華

（河北盛華化工有限公司，河北 張家口 075000）

硬質PVC給水管材性能檢測中應注意的問題

張蘭華

（河北盛華化工有限公司，河北 張家口 075000）

對PVC-U給水管材國家標準中的物理性能及力學性能項目的檢測方法進行了分析，指出了在檢測過程中應注意的問題，并提出了建議。

硬質PVC給水管材；檢測項目；力學性能；物理性能

硬質聚氯乙烯（PVC-U）管材具有質輕、耐腐蝕、強度好、價格低廉、運輸及安裝維修方便等優點，在建筑業、市政工程、農業、工業等領域廣為應用。但是，PVC-U管材產品的質量參差不齊，有相當一部分產品質量不穩定，主要表現在易漏水、易脆裂、變形嚴重等問題上。因此，進行管材的性能測試和質量檢測必不可少。

本文結合GB/T10002.1-2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》，對管材的物理性能和力學性能各項目的檢測方法標準進行較為詳細的說明，指出在實際檢測工作中應注意的問題，并提出一些建議。

1 力學性能

1.1 落錘沖擊試驗

落錘沖擊強度表征管材抵抗外力沖擊的能力，這個外力可能來自運輸、安裝及使用過程，該項目能較好地表征管材的沖擊韌性。經驗表明，對于剛性管材而言，管材破壞往往不是因為內應力，而是管材損傷缺陷導致的應力集中。所以，管材的抗沖擊性能是產品力學性能的重要指標之一。

GB/T14152-2001中落錘沖擊方法采用的是真實沖擊率法。將整批管材用于沖擊試驗，沖擊破壞總數除以沖擊總數即為真實沖擊率（TIR），以百分數表示。GB/T10002.1-2006采用≤5%。從GB/T14152-2001中的圖C1和表C1中可以查到：5%TIR要求至少進行50次沖擊不得有1次破壞，此時，可以判定管材的真實沖擊率符合規定要求。

有些廠家和檢驗機構對TIR的概念不清，僅進行十多次或更少次數的沖擊試樣沒有破壞就判定批量管材的TIR為零。標準引入TIR的概念后，推導所得到的是1個區間。區間有3種情況，也就是標準中的3種質量判定情況。通過標準中給出的區間邊界判定值只能確定以下的3種判定情況，而不能得到準確的TIR值，也就是說檢驗結論只能是≤5%合格、＞5%不合格及不可判定，而不能像維卡軟化溫度、密度等那樣用具體數值來表示結果。

GB/T10002.1-2006中規定進行0℃的低溫沖擊，沖擊之前進行的狀態調節有空氣浴和水浴2種方式。由于空氣浴冷凍時間是水浴的4倍 （水浴為15 min，空氣浴為60 min），而且，檢測過程中頻繁開關門會造成溫度波動很大，建議使用冰-水共混系統（0℃），設備簡單、溫度均勻、冷凍時間短，且試驗時間較空氣浴充足 （壁厚小于或等于8.6 mm的試樣，從空氣浴中取出10 s內完成試驗，而從水浴中取出，可放寬至20 s內完成）。

1.2 液壓試驗

液壓試驗是考核管材力學性能最基本的項目，反映了管材在應用中所能承受的壓力和管材壽命。

PVC-U給水管材液壓試驗按GB/T6111-2003進行，試驗原理為，將狀態調節后的試樣置于規定的恒溫環境中并施加恒定的液壓，直至規定的時間或試樣破壞。管材破壞形式一般有以下3種方式：（1）韌性破壞。在試樣破裂時《伴隨塑性形變或局部球形膨脹；（2）脆性破壞。試樣破壞區無明顯變形，試驗壓力無屈服現象，試樣破裂時壓力快速下降；（3）滲漏或滲出。在內壓力作用下，試樣內的水通過管壁微小裂縫滲出（如橫向小裂紋），儀器頻繁補壓、泄壓，若降低壓力，試樣可能不出現水滲出現象。無論出現以上哪一種破壞形式，要求在原始記錄上都要標明，以便及時反饋給生產部門改進工藝和配方。

在用夾具固定試樣時，有A型和B型2種夾具。A型夾具是2個密封接頭之間彼此不連接，內壓力產生的拉力作用于管壁與實際應用的受力模式相同，且不會受到試樣熱脹冷縮的影響；B型夾具是2個密封接頭之間有連接，如拉桿，使用此種夾具時，由于兩端夾具被拉桿固定，內壓力不會傳導至管壁，與實際受力模式不同，且受試樣熱脹冷縮的影響，易發生破裂。所以，除非有特殊規定，一般采用A型夾具。

試驗前，需要先測量出管材的平均外徑和整個自由段的最小壁厚，可能需要使用長臂測厚儀。有了以上的數據可根據公式P=2×環應力×最小壁厚/（平均外徑-最小壁厚）計算出試驗壓力。之后，將試樣進行狀態調節后方可加壓試驗。狀態調節的目的是使管材受熱均勻，消除內外溫差的影響。

進行液壓試驗的設備除了應能滿足GB/T6111-2003中的規定外，還應能夠自動測定試樣內的壓力并記錄壓力的變化，能自動控制恒溫箱的溫度并使之均勻，能自動記錄試驗時間，最好可以記錄壓力隨時間的變化曲線。

試驗時，將主壓力表的上、下限調整到合適位置。

試驗完畢后，試樣的裝卸也是重要的。對于小口徑的試樣來說，裝卸比較簡單，而對于大口徑的試樣，裝卸就比較麻煩。首先，需要排水，例如對于?315 mm管徑的管材，只是試樣中的水量就近80 L；而對于?630 mm的管材，水量可達310 L。一些企業開發了排水裝置，幫助檢驗機構實現簡單、快速排水。

2 物理性能

2.1 密度

GB/T10002.1-2006中要求管材密度按照GB/T1033-86中的A法測定，也就是浸漬法，測定方法比較簡單。通常，用新鮮蒸餾水作為浸漬液，方便制取又經濟實用。標準中要求管材密度應為1.35~1.46 g/cm2，但是真正能達到此要求的管材不多。因為純PVC的密度約為1.4 g/cm2，而無機粉料（如：碳酸鈣）的密度都很大，通常是聚氯乙烯的2倍以上。很多企業為了過度追求利潤，加大無機填料的用量，導致密度超標；有的廠家根本不重視密度的檢測，甚至干脆不檢測這一項。企業應該控制像碳酸鈣等無機填料或其他低密度原料的用量，使產品符合國家標準要求。

2.2 縱向回縮率

縱向回縮率指標是表征在管材生產工藝中擠出、牽引和冷卻工序的工藝合理性與匹配性，可以借此完善擠出生產工藝。適用于測量外壁光滑、橫截面恒定的管材，不適用于波紋管等管材。

該指標測定原理及方法比較簡單。將規定長度的試樣放在一定溫度下的加熱介質中保持一定的時間，測量加熱前后試樣標線間的距離變化，以相對原始長度的長度變化百分率來表示。標準中有2種測定方法，方法A為液浴試驗（熱浴槽內為恒溫的液體介質），方法B為烘箱試驗（加熱介質為空氣）。如無特殊要求，一般建議采用B方法（烘箱試驗法）。采用該法，成本低，經濟實用；操作簡便，溫度易控制。如采取其中的平放試樣測定方法，只需在平板上墊一層滑石粉即可測量。

測量該指標時，劃線是一項重要工作，必須保證2條圓周標線間的距離為100 mm，并使其一標線距任一端至少10 mm。建議使用高度游標卡尺來劃線，很方便實用，但是要保證試樣端面平整，管材軸線與平面垂直良好。另外，對于管徑≥400 mm的管材，可沿軸向均勻切成4片進行試驗，使凸面朝下放置在有滑石粉的平板上測量。

2.3 維卡軟化溫度

檢測維卡軟化溫度的目的是控制其增塑行為，可以用來檢驗管材的生產配方，確保產品的使用溫度范圍。測定原理是，把試樣放在加熱介質中，在50℃/h的等速升溫和50 N負荷下，1 mm2標準壓針壓入管材試樣1 mm時的溫度即為管材的維卡軟化溫度（VST）。

試樣可用能切割管材的試樣鋸來制備，從管材上縱向裁下，呈弧形管段，尺寸為50×（10~20）mm。對于不同的壁厚，分以下3種情況對待：（1）壁厚為2.4~6.0 mm的試樣，可直接進行試驗；（2）壁厚小于2.4 mm的試樣，采用2片試樣疊加試驗方法，為了防止疊加時產生的空隙影響測量結果，墊層的試樣應壓平；（3）壁厚超過6 mm的試樣，應加工外表面，使壁厚減至4 mm。應注意的是，無論在哪一個壁厚范圍，試樣都要求是弧頂朝下，即壓針壓在凹面里。

2.4 二氯甲烷浸漬試驗

二氯甲烷是PVC的溶劑之一，其對塑化不良顆粒的溶解能力明顯高于塑化良好的塑料。正是利用這一點，可以考核管材或管材的某個部位的塑化情況及均勻性。PVC管材的塑化質量及均勻性與管材的其他性能密切相關，塑化質量差的管材，其耐內壓、抗沖擊等指標往往不能滿足要求。二氯甲烷浸漬試驗測定PVC管材塑化性能不失為簡便、快捷的方法。因此，作為管材首要檢測目標之一，應首先進行此項試驗。

GB/T10002.1-2006中二氯甲烷浸漬試驗要求試驗溫度為15℃，浸漬時間為15 min，采用的是GB/T13526的92版，試樣長度不小于100 mm，試驗方法比較簡單。2007年，國家對此標準進行了重新修訂，與92版標準比較起來方法稍稍復雜了一些，主要有如下不同之處。

（1）考核部位不同。92版標準考核內、外表面和橫截面（包括圓周和壁厚）三部分。而新版標準則主要考核斜面，同時規定了斜面夾角，切割高度得以確定。

（2）N、L、M、S的表示意義不同。 92版標準表示內、外表面及橫截面的破壞程度，而新版標準則表示斜面圓周方向破壞率。

（3）試樣浸入深度不同。92版浸入深度規定不小于30 mm，而新版標準規定斜面應全部浸入。

（4）水封層高度不同。92版規定為20 mm，而新版標準的水封層加厚，推薦為25~30 mm。

（5）新版標準中增加了在水封中的停留時間，而92版標準沒有此項。

（6）新版標準給出了試驗裝置示意圖，利于實施，而92版標準中沒有給出。

（7）試樣長度不同。92版標準規定試樣長度不小于100 mm，而新版標準規定為160 mm。

切割斜面示意圖見圖1。在新版標準中，特別應注意的是切割斜面。應先根據壁厚e，確定斜面角度ɑ，再計算出斜面高度H，然后，將其中1個端面沿整個厚度倒成斜面，要求如下：

管材壁厚e(mm)斜面角度ɑ（°）

則斜面高度 （即應浸入二氯甲烷的深度）可以計算如下：

例如，當e為2.0 mm時，H為11.3 mm；e為30 mm時，H為52 mm。通過浸入深度的計算，可以確定二氯甲烷的最少深度。在試樣制備時，可以先切割斜面再截取。在斜面切削或打磨時，應避免熱量積聚。由于斜面夾角不好控制，可以通過斜面長度L來控制，斜面長度L可依下式計算：

斜面銑削、打磨完成后，還應以800#水磨砂紙輕輕打磨至表面光滑。

需要注意的是，（1）二氯甲烷的沸點較低（約40℃），當環境溫度較高時（夏季），在開啟瓶蓋前應將其置于冷水中冷卻一定時間，開啟時瓶口不要朝向人；（2）二氯甲烷有毒，會傷及皮膚和眼睛，其蒸汽濃度允許值為100×10-6，因此，在操作過程中應謹慎，盡量在通風櫥中或通風良好的環境下操作，不得隨意傾倒廢棄二氯甲烷。

Performance testing and attentive problems of rigid PVC watersupply pipes

ZHANG Lan－hua
（Hebei Shenghua Chemical Industry Co.，Ltd.，Zhangjiakou 075000，China）

Testing methods of physical properties and mechanical properties in rigid PVC water－supply pipes were stated and analyzed by combining the standards of rigid PVC water supply pipes and practical work experience.Attentive problems during testing were indicated and some suggestions were raised.

rigid PVC；water－supply pipes；test items； attentive problems

TQ325.3

B

1009－1785(2012)04-0023-03

張蘭華(1969—)，女，工程師，1992年畢業于河北輕化工學院有機化工專業，河北盛華化工有限公司氯堿工程中心分析檢測室從事化工工藝、質量分析20年。

2011-11-08