塑料管材承壓性能檢驗的必要性

孫晉陽

山西省大同市質量技術監督檢驗測試所 山西大同 037000

塑料管材與其他管材相比，因其具有材質輕方便運輸、耐腐蝕性強、不生銹、內壁光滑不易結垢、對水流阻力小、工程造價低等特點，因此得到了廣泛的應用。基于此，對于塑料管材的承壓性能進行檢測，意義重大。

1 塑料管材承壓性能檢驗的必要性

塑料管材作為化學建材的重要組成部分，以其優越的性能，衛生、環保、低耗等為廣大用戶所廣泛接受，在建筑工程中的用量越來越大。

據1990年有關資料調查，全國34個城市在1988-1990年間給水工程施工中，灰鑄鐵管應用最廣，約占全部新鋪設管道的3/4以上。大口徑管道（>1000mm）以鋼管和鋼筋混凝土管較多。至今，雖然管道連接方面尚存許多問題，塑料管取代直徑為400mm以下的鑄鐵管和鍍鋅管，已成為<150ram建筑給水和>150ram輸配水埋地管兩大部分必用管材。在塑料管中（包括鋁塑復合管），PVC-U、PVC-C、PP和鋁塑復合管有較高的模量、強度與硬度，被視為“剛性管”，因此可以明裝；PE、PE-X和PB力學性能相對較低，作為“柔性管”適于暗敷。由于導熱系數明顯低于金屬材料，塑料管能避免冷水管的“出汗”現象或降低熱水管的熱損失進而減少保溫層的厚度，甚至需保溫，其絕熱保溫性能優良并可節約能源。但幾種塑料材料之間的比較還應同各自的管壁厚度有關。較之金屬材料塑料管材的熱膨脹系數高，尤其是熱水管，使用柔性接口、伸縮節或各種彎位等熱補償措施較多，埋墻式還需加裝套管等預留伸縮空間或要求一定的埋設深度。這里又以聚烯烴類管材為最。塑料材料的軟化溫度和低溫脆點大致決定了管材的使用溫度。PVC-U和PVC-C的低溫脆點高而低溫性較差，反之PE管的低溫性優異。PVC-C、PP、PB、PE-X（包括鋁塑復合）管的軟化溫度較高可用于熱水管。其中，PE-X和鋁塑復合管有更寬的使用溫度范圍。

就材料本身而言外推至50a， 除鋁塑復合管借助金屬材料的特性其環向應力明顯較高外，PB管材的表現最佳，而PP承壓較低。為此，在某種應用場合給出了各自的設計系數并經計算與數據處理之后，不同種管材可以達到在相同的使用條件下具有同樣的長期使用壽命，其結果對于承壓較低的材料是通過增加管壁厚度實現的。管壁厚度的增加導致管材內流體流通面積的減小，相同流量流速提高，水頭損失加大。同時，雖然PP的密度最低，壁厚的增加也使管材重量和生產用料加大，但是其絕熱保溫性、平直性和抗蠕變性等卻相應提高。此外，壓力管道的快速開裂問題以及對不同材料和應用條件下的敏感程度已開始受到重視。對這些新興塑料管材的承壓能力要求參見下表所列數據。

2 塑料管材壓力分析

（1）工作壓力。給水管道系統在正常的工作狀態下,作用在管內壁上的最大持續運行壓力，不包括水的水錘壓力。

（2）水錘壓力。由于水的流速發生突然變化而產生的大于工作壓力的瞬間壓力，也被稱為波動壓力。

（3）設計壓力。作用在管內壁上的最大瞬時壓力，為管道長期運行中的工作壓力與殘余水錘壓力之和。

（4）公稱（額定）壓力。其與管材系統組件的力學性能相關的內水壓力指標。

3 常用塑型管材承壓性分析

承壓性能所涉及的內容是在一定條件下塑料管材能夠承受的內壓力和恒壓下的破壞時間。從而確定與之有關的設計參數以及對管材的質量進行評價和監控。一般進行兩項試驗：液壓試驗和長期高溫液壓試驗。除了承壓能力的檢驗以外，其它項目的質量把關也尤為重要，例如：

第一，抗沖擊性能按GB/T5836．1-2006標準檢測落錘沖擊試驗，多年檢測發現，一次通過率不足50%，許多產品甚至經過10次沖擊即全部破裂。

第二，拉伸強度及韌性。好的UPVC管其拉伸強度曲線應具有明顯屈服，延伸率較大，而差的管材常常表現為脆性，延伸率低而易斷裂。

第三，管材線性膨脹系數。復合管的多層結構之間線性膨脹系數不一致，非常易于發生復合質量問題，因此對產品在制過程中的質量問題要有更為嚴謹的檢驗措施。

第四，維卡軟化溫度。現有文獻述及塑料管在低溫下的快速開裂遠比蠕變開裂問題嚴重。一經出現裂紋，其擴展速率達100-500m／s，且無行之有效的修復方法，給管道正常工作運行帶來災難性后果，用戶叫苦不迭,這就需要我們采取有效手段隨時把住質量關口，不能讓承壓不足的管材登陸市場,所以塑料管材的性能檢驗是把住質量關口，不讓質量不過關的管材流入市場的重要環節。

4 新型管材的研究進展

傳統管材的性能存在較為明顯的不足，主要是耐化學藥品腐蝕性、耐壓性以及耐高溫性等性能差。新型管材的研究進展如下：①有關學者分析新工藝生產的HDPE雙重壁管的內壁粗糙系數，研究表明：雷諾數小于2500時，HDPE管的內壁粗糙系數在0.011-0.012較為合適；雷諾數大于大于2500的情況下，內壁粗糙系數在0.009-0.011為宜；②對于建筑給排水管的老化問題，研究發現UPVC管的老化與紫外光輻射有關，紫外光輻射能夠加快UPVC管的老化；其中，鋼帶設于PE螺旋波紋管表面，將壓制塑料保護層設于鋼帶表面，在熔融狀態下使兩者纏繞結合。該方法促使管的環剛度更加理想，并且能確保管材能夠長期使用，在成本、質量、防形變等相關性能方面也更加令人滿意。

5 結語

能夠保證合格的塑料管材上市，待檢性能不僅僅只有承壓一項，維卡變形、老化試驗以及在制產品過程質量控制等都是尤為重要的，在我們的共同努力下，愿塑料建材的發展及其就用能更上一層樓。