給水用聚乙烯管材性能分析及應用

張延峰

摘 要：聚乙烯管材的應用現在越來越廣泛，因為其優越的性能在很多領域都有應用，現在供水網絡中所使用的管材主要為聚乙烯管材，對于聚乙烯管的性能測定非常重要，決定了其使用情況，通過對其性能的分析還能有效對其進行研究，進一步發展聚乙烯材料的性能。

關鍵詞：聚乙烯管 供水 測定

中圖分類號：TQ325.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（a）-0067-02

聚乙烯管材的性能決定了其使用領域，目前，在燃氣、供水、灌溉等方面都有很好的使用價值。聚乙烯管柔韌性良好、抗壓性能強，非常適合用于地埋管道，聚乙烯管材本身無毒害，所以能夠使用在供水系統中。該文針對其性能做了介紹，又給出了聚乙烯管材斷裂伸長率測定不確定分析的方法。

1 聚乙烯管的介紹

1.1 聚乙烯管的性能

聚乙烯管一般分為承壓管和非承壓管，聚乙烯管的主要特點如下。

（1）溫度適用范圍大。聚乙烯管對溫度的適應性非常好，一般的溫度范圍都能使用這種管材，可以承受的最低溫度是-70 ℃，可承受的最高溫度為95 ℃，所以一般情況下都可以使用。

（2）抗壓能力好。聚乙烯管的抗壓性能非常良好，當溫度為20 ℃時，爆破壓力超過了5 MPa；當溫度為95 ℃時，爆破壓力超過2 MPa。

（3）無毒。聚乙烯管的材料自身無毒害，在進行管材加工的時候，不添加重金屬成分作為穩定劑，所以沒有產生細菌，也沒有結垢層的出現，符合國家輸送飲用水的標準。

（4）耐磨性良好。聚乙烯管的耐磨性非常好，在運輸顆粒性物料時，其耐磨性能是鋼管的4倍。

（5）耐腐蝕性。對于聚乙烯管來說，化學性質非常穩定，具有良好的耐腐蝕性能，一般情況下，對酸、堿、鹽及有機介質等各種腐蝕性化學物質都有良好的抵抗性。

（6）焊接性能好。聚乙烯管的質量非常小，搬運非常便捷。焊接非常容易，簡單易操作，焊接口很少，大大降低了安裝成本，對安裝人員的專業性能要求很低，安裝聚乙烯管的工作量只為金屬管的1/2。

（7）良好的可溶性。對于聚乙烯管材來說，其接口強度非常好，甚至優于管材強度，在一般的荷載作用下不會發生斷裂的現象，其柔軟性也非常強大，斷裂伸長率最低為500%。

（8）使用周期長。聚乙烯管在可承受的穩定壓力下，一般最低安全使用期限為50年。

1.2 聚乙烯管專用料的等級劃分

現在我國標準規定燃氣輸送聚乙烯管為PE80，給水聚乙烯管為PE100。目前，我國標準規定輸送燃氣和給水的聚乙烯（PE）管為PE80和PE100等級。原始的聚乙烯管PE63，在20 ℃的工況條件下，50年的連續壓力下，管壁承受環向張應力為6.3 MPa，我們常見的PE80和PE100分別為8.0 MPa和10.0 MPa。

1.3 聚乙烯管的生產

在聚乙烯管材研究飛速發展的現今，到2010年全球聚乙烯管的使用量為500×104 t，燃氣管道上的使用達到了總量的20%。最先在燃氣輸送上使用聚乙烯管的是美國，因為它良好的性能指標，使用的推廣非常迅速。在20世紀80年代，我國的燃氣輸送事業也開始使用聚乙烯管，經過長達10年的使用測試后，其各項指標都非常良好，到2010年我國已經有很多優秀的生產廠家，生產線多達1 500條，具有超過100萬t的生產能力。

2 聚乙烯管斷裂伸長率分析評定

2.1 實驗

2.1.1 實驗原理

沿著聚乙烯塑料管道的縱向進行裁切，制取出符合要求的形狀和尺寸試樣。使用拉力試驗機在相應條件下測試聚乙烯管材的拉伸性能。

測試儀器及材料：XWW-10A型電子萬能試驗機、鋼卷尺，試驗所用材料為同一根聚乙烯管材上裁取。

2.1.2 實驗過程

在（23±2）℃的溫度環境條件下，把測試樣品靜置24 h調節試樣狀態，保持外界環境條件不變，先把聚乙烯管材試樣安裝在試驗機上，試樣的軸線要與拉伸應力在一條直線上，調節松緊程度達到最佳狀態，把引伸計調整在管材試樣的標線上，按照預先選擇好的速度開始管材測試，對管材試樣的斷裂時間做記錄。

2.2 數學模型

式中：E為被測試樣的斷裂伸長率；L1為被測試樣斷裂時的標線長度；L0為被測試樣標線的原始長度。

2.3 不確定度的來源

（1）重復測量所引入的不確定度分量u1（b）。

（2）電子引伸計的計量性所引入的不確定度分量u2（b）。

（3）量具的計量性所引入的不確定度分量u2（b）。

（4）量具的分辨率所引入的不確定度分量u2（b）。

（5）數值修約所引入的不確定度分量u3（b）。

（6）環境條件變化所引入的不確定度分量u4（b）。

通過對每一種來源的不確定度進行分析，得出最終的結論。

斷裂伸長率是聚乙烯管材料用來做給水管道一項重要性能指標，是一項破壞性檢測，測定其物理性能，因為檢驗費用較高，工作量相對較大，無法對每一批次生產的管材進行檢測，所以對聚乙烯管材的伸長率檢測采用這種不確定評定非常科學合理，具有很好的實踐性。

3 對聚乙烯管質量的管理

對所有的塑料制品來說，其性能很大程度上取決于其生產的工藝方法。在合理的原料配比下，工藝生產過程出現問題，最后產品的性能會受到很大的影響。例如：不同種類助劑的均勻混合、對配料擠出溫度的控制、管材冷卻速度的控制等，這些都是十分重要的生產工藝過程，需要給予很高的重視。如果在進行配比的時候，助劑的分量不足，那么很難與聚乙烯的顆粒進行均勻的混合。所以在生產過程中，一般先把助劑配置成母料，之后再與顆粒的聚乙烯料均勻混合后擠出使用。聚乙烯管材在生產過程中會出現很大的內應力，因為生產時會發生交聯、結晶的現象，這個內應力必須進行消除，否則在使用過程中會出現很多問題，例如：變形、翹曲、收縮等。對于聚乙烯管材來說，擠出后的冷卻時間就是用來消除內應力的，所以在生產過程中要保持足夠長的冷卻時間來達到消除的目的。

從理論上來說，沒有缺陷的、取向完全的聚乙烯材料拉伸強度非常好，能夠達到1 500 MPa，但是在實際的生產中，這個數值只是20～50 MPa，與理論值的差距非常大。主要是因為生產過程中存在下列問題。

材料的擠出溫度，在生產過程中需要嚴格控制材料的擠出溫度，一般情況下，對于密度較低的聚乙烯材料，擠出溫度控制在160 ℃左右（上下幅度10 ℃的范圍內），對于密度較高的聚乙烯材料，擠出溫度控制在165 ℃～185 ℃。如果擠出溫度過高非常容易發生材料焦化的情況，管材顏色會發黃。如果擠出溫度太低，那么聚乙烯材料的塑化非常不好，沒有塑化的顆粒的存在狀態是“魚眼”狀，會導致聚乙烯管存在缺陷。在生產過程中擠出溫度的控制通過試驗得出，對不同的設備，不同的環境情況都存在差異；對雜質要嚴格控制，生產過程中如果混入塵土、油漬等都會最終導致產品缺陷，所以對生產過程的控制非常重要，保證生產環境的清潔性、保證工人操作的規范性，這些小環節都會決定管材最終的性能；生產模具的精密程度也會影響管材的性能，擠出管材表面如果出現劃痕，那么會造成材料的應力集中，最終影響到聚乙烯管的機械強度；在儲存、運輸、安裝上也要做好相應的管理，這些過程都是容易造成管材損傷的過程，如果聚乙烯管發生損傷，那么會造成所受應力集中，降低機械強度，在儲存和運輸的過程中都很容易產生傷痕，所以要加強管理工作，避免這樣的現象發生。所以，保證科學合理的工藝才能保證產品是合格的聚乙烯管材，對其良好的后期管理又保證了其性能的完整性。

4 聚乙烯管材的發展前景

4.1 燃氣系統

我國很多城市的空氣污染問題非常嚴重，在檢測的300個城市中超過三級污染的占到70%，所以對于燃氣改造十分重要，在很多城市都要開展。我國的能源結構在逐步轉向天然氣能源的利用，現在我國很多地方都開展了燃氣管網的鋪設，根據國外的市場應用，聚乙烯管是目前來說最優質的運輸管材。所以在燃氣輸送中會有大量的使用，其優質的性能都是其使用的重要保證。

4.2 城市供水系統

隨著社會的發展，人們對于健康越來越重視，飲用水的衛生是健康的基本保障，飲用水如果出現問題，那么影響范圍非常大，許多城市的擴建、老舊城區的改造都需要鋪設很多的地下供水網絡管道。根據以往的經驗以及性能比對，對于直徑相對較小的水管道使用聚乙烯管的經濟性、合理性遠遠優于金屬管材，所以聚乙烯管材是目前使用最多的供水管道材料。聚乙烯管的柔韌性、抗壓性都非常良好，保證使用的安全性，接頭的性能穩定，不容易開裂，發生斷裂爆管的情況非常少，正是由于具有這些良好的物理性能，使得聚乙烯管非常適合用做地埋管線，其無毒性對供水的安全提供了很大的保障。

4.3 農村灌溉系統

聚乙烯管材在農村的使用量非常大，聚乙烯管的物美價廉非常受廣大農民的喜愛。對農村市場的供應量非常大，在給水和灌溉上都有很好的使用表現，農村由于條件限制，很多的飲用水都達不到國家要求標準，給居住人口的健康帶來很大隱患，很容易引起地方性病癥。對農村用水的改造刻不容緩，主要改造方法是鋪設聚乙烯給水管道。由于水資源短缺的情況日益嚴重，要最大程度地利用水資源，灌溉對水量的需求非常大，為了提高水的利用率，很多地方都推行各種各樣的節約用水灌溉方法，在這一制度推行的時候會用到大量的聚乙烯管材。隨著社會的發展，農業上的應用量還會增大，所以研發更加符合實際情況的聚乙烯管材非常重要。

5 結語

綜上所述，聚乙烯管的適用范圍非常廣泛，在供水系統中的表現尤為突出，現在已經廣泛使用于供水系統的管網中。通過對其性能的分析，找出影響性能的因素，加以控制，生產出合格優質的聚乙烯管材，保證使用中的安全性，并且保證使用年限。

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