新型PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管的開發與應用

熊　磊，劉曉峰，宋華斌（宜賓天原集團股份有限公司，四川宜賓644004）

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新型PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管的開發與應用

熊磊，劉曉峰，宋華斌
（宜賓天原集團股份有限公司，四川宜賓644004）

摘要：介紹了新型PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管的剛韌平衡，解決了傳統PVC管材強而不韌、韌而不強的缺點，彌補了PVC管材韌性差，PE管材強度低的不足，同時解決了PVC波紋管的低溫脆性。

關鍵詞：PVC-M；聚氯乙烯；波紋管；PE

目前，塑料管道使用原料基料主要為PVC、PE 和PP［1，2］，在全球近2 000萬t/a的塑料管材中PVC管道始終占第一位。PVC管道是使用歷史最悠久的塑料管材（超過70年）。在英國、澳大利亞、南非等國家采用共混改性的方法已經成功開發出新型環保PVC管，許多供水公司已經成功將PVC管道應用于給排水管網中［3-5］。在聚烯烴管道發展最快的歐洲，PVC管道仍然在總量中占到1/2以上［6］。在北美和日本，PVC管道占的比例仍在增長［7，8］。

PVC管道雖然廣泛應用于給排水領域，但PVC具有低溫抗沖擊性能差的缺點［9，11］。在地質條件復雜的地區，墜落的石塊、溝底的亂石等受到外界大力沖擊時就容易發生脆性破壞，都可能造成PVC管道的破損，導致PVC管道在應用領域出現了工程事故，在不少用戶印象中形成PVC管就是容易碎的脆性管。

宜賓天原集團股份有限公司（以下簡稱“天原集團”）經長期的研發，開發出高品質天原牌PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管系列管道。該系列環保雙壁波紋采取只增韌性不增塑、不添加填料的方法，既保持了PVC材料高強度特性，同時解決了傳統PVC雙壁波紋管低溫脆性問題。

1　PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管用抗沖改性劑選型

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管是通過對傳統PVC- U波紋管管材進行改性而獲得的一種環保高抗沖雙壁波紋管。在原PVC- U管的基礎配方上加入該公司自主研發的抗沖改性劑YBTY1或YB-TY2，或將2種抗沖改性劑進行復配，抗沖改性劑的加入增加了材料的延展性并同時保持了材料原有的強度，從而使得波紋管的韌性得到較大提高，具有良好的抗沖擊性能。

1.1抗沖改性劑共混樣品的制備

將不同配比的抗沖改性劑與PVC用雙輥開煉機在一定溫度下混煉一定時間，下片后在平板硫化機上模壓成型，然后在萬能制樣機上制樣，對制得的樣品進行性能測試，通過實驗結果驗證不同抗沖改性劑對PVC的增韌改性的效果。

按下述實驗步驟制備基料樣條進行物理性能檢測。

（1）共混改性。向高速混料機（2 900 r/min）中加入稱量準確的PVC-SG5、硬脂酸和穩定劑，混料2 min，再向混料機中添加稱量準確的抗沖改性劑，混料5 min后于開煉機上以175℃煉塑6 min后出厚度約為1 mm的薄片；

（2）壓片工藝。將步驟（1）的薄片剪成14×9 cm的薄片于平板硫化機上進行壓板，壓板工藝：先180℃熱壓10 min，再在180℃、10 MPa下保溫保壓10 min，最后10 MPa下冷壓2 min出板；

（3）制樣。檢查（2）步出板，若無分層、起泡現象則利用萬能制樣機根據國標制備所需的測試試樣。

1.2抗沖改性劑選型實驗結果分析

1.2.1抗沖改性劑YBTY1含量對共混料綜合性能的影響

按照上述工藝，二里河鉛鋅礦、東塘子鉛鋅礦成功控制了巷道及采場巖爆，文峪金礦、陳耳金礦各成功掘進了一條埋深超過1 500 m的盲豎井，并安全實施了深部巷道掘進。

圖1為YBTY1含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料拉伸強度、斷裂伸長率的影響。眾所周知，在PVC的增韌改性過程中，會伴隨拉伸強度的大幅降低，但使用YBTY1與PVC進行共混時，將YBTY1的量增加到18份，共混料小樣10℃下的拉伸強度仍高達47.44 MPa，15份的拉伸強度提高到163.638%，說明特種改性劑YBTY1能夠在保證PVC的高強度的前提下提高PVC的柔性，增柔保強性能優異。

圖2和表1是YBTY1含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響及具體測試數據結果分析。

由圖2和表1可知，未添加YBTY1的PVCSG5共混料塑化時間長達7分12秒，且未檢測出凝膠熔融峰。添加YBTY1后，PVC-SG5共混料的塑化時間明顯縮短，且隨著YBTY1含量增加，塑化時間呈持續縮短趨勢，到YBTY1添加量為15份后，繼續添加YBTY1對縮短塑化時間無明顯作用；最大轉矩與平衡轉矩也是隨著YBTY1的增加而增加，其中平衡轉矩在YBTY1含量為12份時，平衡轉矩趨于平衡；最大轉矩溫度隨著YBTY1含量的增加呈降低趨勢，平衡溫度在添加YBTY1后稍有增高，但隨著YBTY1含量的增加，增幅不大。結合圖1、圖2和表1，抗沖改性劑YBTY1使用量為15份時，既能提升PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料拉升性能，同時也能提升PVC加工性。

圖1　YBTY1含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料拉伸強度的影響注：拉伸強度測試條件，10℃下，拉升速度5 mm/min。

圖2　YBTY1含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響注：轉矩流變測試條件，試樣62 g，一區、二區、三區溫度均為185℃，轉子轉速為35 r/min，每次加料壓實間隔時間不超過20 s。

表1　YBTY1含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響測試數據

1.2.2YBTY2含量對共混料的綜合性能的影響

特種增韌改性劑YBTY2含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料拉伸強度、斷裂伸長率及沖擊強度的影響見圖3。

圖3　YBTY2含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料綜合性能的提升注：拉伸強度測試條件：10℃下，拉升速度5 mm/min；缺口沖擊強度測試條件：22℃下，懸臂梁沖擊試驗。

YBTY2用量增加，共混物的拉伸強度會下降，而斷裂伸長率和沖擊強度提高。其中，10℃時YBTY2含量增加到25份時，拉伸強度仍保持在45.791 MPa，斷裂伸長率增加到152.579%；22℃時，YBTY2含量由0份增加到25份沖擊強度由0份時的5.1565kJ/m2提高到20份時的32.718 kJ/m2，韌性提高6倍左右。

圖4和表2是YBTY2含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響和測試數據結果分析。

由圖4和表2可看出，隨著YBTY2用量的增加，PVC-SG5共混體系塑化時間（凝膠化時間）比未添加YBTY2的PVC-SG5共混料短，YBTY2與PVC之間作用加強，塑化溫度逐漸降低，塑化時間縮短，表現出越來越強的促塑化作用，說明添加YBTY2后PVC-SG5共混料容易塑化、易加工。因此，綜合物理性能和加工性能，該公司認為YBTY2最佳使用量為10份。

YBTY2與YBTY1配比變化對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料拉伸強度、斷裂伸長率的影響見圖5。

由圖5可知，在YBTY2和YBTY1總份數不變的情況下，隨著YBTY2含量增加YBTY1含量降低，對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料拉伸強度、斷裂伸長率的影響不明顯，說明YBTY2、YBTY1 2種PVC改性劑可以共同使用。

圖4　YBTY2含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響注：轉矩流變測試條件：試樣62 g，一區、二區、三區溫度均為185℃，轉子轉速：35 r/min，每次加料壓實間隔時間不超過20 s。

表2　YBTY2含量對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響測試數據

圖5　YBTY2與YBTY1配比變化對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料拉伸強度的影響注：拉伸強度測試條件：10℃下，拉升速度5 mm/min。

圖6和表3是YBTY2與YBTY1配比變化對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響及測試數據結果分析。

圖6　YBTY2與YBTY1配比變化對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響

表3　YBTY2與YBTY1配比變化對PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管共混料流變性能的影響測試結果

由圖6和表3可知隨著YBTY1份數減少YBTY2份數增加，PVC-SG5共混料轉矩流變曲線趨勢逐步由YBTY1主導曲線趨勢向YBTY2主導曲線趨勢過度，熔融曲線出現誰多就表現誰的特征熔融曲線。

根據上述實驗數據，改性劑YBTY1主要體現出促進塑化的作用，而YBTY2主要體現出提升抗沖性能的作用。因此，將YBTY2、YBTY1 2種PVC改性劑復配使用，與兩者分別使用時相比，對材料性能影響不大，但復配使用YBTY2∶YBTY1=12∶6時塑化時間較短，塑化溫度較低，加工性能最優，所以在PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管試生產配方中，選取這一復配比例。

2　PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管性能及應用

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管產品質量按天原集團企業標準Q/20885067-X-2015《PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管材》嚴格執行。

天原集團制定的上述企業標準參照GB/T 19472.1-2001《埋地用聚乙烯（PE）結構壁管道系統第一部分聚乙烯雙壁波紋管材》，參照GB/T 18477. 1-2007《埋地排水用硬質聚氯乙烯（PVC-U）結構壁管道系統第一部分雙壁波紋管材》，按照GB/T 1.1-2009《標準化工作導則第一部分：標準的結構和編寫規則》標準編寫制訂，各項指標高于參照標準，質量得以保證，值得客戶信賴。

2.1PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管性能

根據配方研發實驗，選取成本低、性能優的配方，進行生產，得到的產品檢測結果如表4和表5。

表4　PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管DN/OD110 SN4落錘實驗

表5　PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管DN/OD110 SN4環柔性、環剛性檢測

由表4和表5可知，PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管DN/OD110 SN4管壁比HDPE雙壁波紋管薄，按照天原集團企業標準Q/20885067-X-2015指標檢測要求檢測合格，說明PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管DN/OD110 SN4管具備比HDPE雙壁波紋管更優異的力學性能指標。

表6是PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管PVCM DN/OD315 SN4檢測數據。

由表6測試數據表明，PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管DN/OD315 SN4壁厚為國家標準的65%時，性能指標就已達到同等規格HDPE波紋管（雙壁波紋管PE DN/OD315 SN4）國家標準的85%～95%。

天原牌PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管DN/ OD315 SN4工地破壞實驗過程圖示，見圖7。

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管在施工現場25℃時，大型挖掘機以大于31.5 mm/s的速度下壓破壞后，仍能在40 s內恢復為圓管，只在表面出現凹痕，天原牌PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管具有良好的施工適應性。

表6　PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管PVC-M DN/OD315 SN4檢測數據

圖7　管材使用橡膠圈承插連接方式注：dm：平均外徑，D1：承口內徑，A：接合長度；e2：承口壁厚。

2.2PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管應用領域及施工方法

天原集團新開發的PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管韌性提高后破壞敏感性降低，管材不容易受傷或受傷程度大大降低，對長期強度影響變小，使得PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管既有PE波紋管道的優點，又有UPVC波紋管安裝、維修方便的優點。因而，比UPVC波紋管、PE波紋管更具有廣闊的前景，適用領域廣泛，具體應用領域及連接方式見表7。

表7　天原牌PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管適用領域

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管施工時，不需要做混凝土基礎，重量輕，搬運安裝方便，施工快捷；橡膠圈承插連接，方法可靠，施工質量易保證；柔性接口，抗不均勻沉降能力強。

2.3PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管運行成本

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管結構獨特，強度高，內壁光滑，摩擦阻力小，流通量大，與HDPE雙壁波紋管相比，水頭損失更低、水流量更大、水流速度更快、理論功率消耗更低。使用PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管與HDPE雙壁波紋管相比每年能耗最低降44.15%，更加節能環保，具體比較見表8。

表8　PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管與HDPE雙壁波紋管運行比較

3　結論

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管只增韌不增塑，解決了傳統PVC管材強而不韌，韌而不強的缺點，彌補了PVC管材韌性差，同時解決了PVC波紋管的低溫脆性。

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管DN/OD315 SN4在施工現場溫度為25℃時，大型挖掘機以大于31.5 mm/s的速度下壓進行破壞后，仍能在40 s內恢復為圓管，只在表面出現凹痕，具有良好的施工適應性。

PVC-M環保高抗沖雙壁波紋管系列，既有PE管道的優點，又有UPVC安裝、維修方便的優點，同時價格不高于HDPE管材。作為一種新型環保管材，具有強度大、韌性高、抗沖擊、耐疲勞、不腐蝕、成本低、管材質量輕、搬運和鋪設容易等優點，可廣泛應用于輸配水管網、工業生產管網、工業排污、城鄉排水和灌溉系統。

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Development and application of a new environmental friendly high anti-impact PVC-M double-wall corrugated pipe

XIONG Lei，LIU Xiao-feng，SONG Hua-bin
（Yibin Tianyuan Group Co.，Ltd.，Yibin 644004，China）

Abstract：The new type of environmental friendly high anti-impact PVC-M double-wall corrugated pipe （HA-PVC-M-DWC-PIPE）was introduced.The toughness of the new HA -PVC -M -DWC -PIPE was improved greatly and low-temperature brittleness was reduced.

Key words：PVC-M；polyvinyl chloride；corrugated pipe；PE

中圖分類號：TQ325.3

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）05-0015-05

收稿日期：2015-11-25