給排水安裝工程用低塑性聚氯乙烯管材制備研究

王飛騰

（陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300）

塑料管材以其安全性與環保性深受給排水安裝工程領域青睞，而聚氯乙烯管材（UPVC）主要應用于室內給排水安裝工程，作為給排水系統重要構成，UPVC質量直接影響著整個工程質量與安全[1]。常用塑料管材原料主要有低塑性聚氯乙烯、高密度聚乙烯、交聯聚乙烯、均聚聚丙烯、聚丁烯等，其中低塑性聚氯乙烯、聚乙烯只能應用于冷水管道，而交聯聚乙烯、均聚聚丙烯、聚丁烯可應用于熱水管道，當前我國已成立了以聚氯乙烯、聚乙烯、均聚聚丙烯為主的塑料管道加工產業，其中聚氯乙烯配套產業鏈最為健全[2]。因此，本文針對給排水安裝工程用聚氯乙烯管材制備及其性能進行了深入探究。

1 實驗

1.1 原料

給排水安裝工程用低塑性聚氯乙烯管材制備所需原料[3]主要包括：聚氯乙烯管材UPVC料；活性鈣材料；聚氯乙烯酸酯類膠乳材料；聚氯乙烯復合穩定劑；氯化聚乙烯；聚氯乙烯加工助劑。

1.2 儀器

給排水安裝工程用低塑性聚氯乙烯管材制備所需儀器[4]主要包括：高速混合器；雙輥筒煉膠機；平板硫化機；沖擊試驗機；電子拉力試驗機。

1.3 制備

稀釋丙烯酸酯類膠乳與活性鈣，保持于超低玻璃化溫度，以生成復層核殼結構體。準備1～25份加工助劑，與聚氯乙烯管材UPVC料基于高速混合器實現均勻混合，在112～125 ℃環境狀態下，持續運行8～12 min，生成干混料。將干混料溫度控制于175℃之下，利用開煉機塑煉6～8 min，然后于18℃之上的環境狀態下，壓成試樣樣片[5]。

2 結果分析

2.1 增強劑與活性鈣性能分析

多功能復合增強劑MCRA與活性鈣性能指標[6]具體見表1。

表1 增強劑與活性鈣的性能指標Table1 Performance index of reinforcing agent and active calcium

2.2 聚氯乙烯管材UPVC性能分析

于初始化配合比中添加20份活性鈣，所獲干混料低塑性聚氯乙烯樣品1，添加20份增強劑MCRA，所獲干混料低塑性聚氯乙烯樣品2，二者表觀性能見表2。

表2 干混料低塑性聚氯乙烯樣品的表觀性能Table 2 Apparent properties of dry mix low plasticity UPVC samples

經過混煉與壓板處理，所獲干混料低塑性聚氯乙烯樣品的物理性能見表3。

表3 干混料低塑性聚氯乙烯樣品的物理性能Table 3 Physical properties of low plastic UPVC samples of dry mix

活性鈣顆粒始終于聚氯乙烯管材UPVC基體表面游離，二者未實現融合，銜接界面無法承受并傳輸應力，而增強劑MCRA與聚氯乙烯管材UPVC彼此相容，效果良好，在銜接界面尚未出現空洞或者缺陷；此外，增強劑MCRA與聚氯乙烯管材UPVC的復合材料斷口位置呈現撕裂狀態，說明在拉伸斷裂時，生成了較大的應變阻力，從而發生了韌性斷裂，所以就宏觀層面來講，聚氯乙烯管材UPVC基于增強劑MCRA的作用，可切實提高自身力學性能，表明適度添加增強劑MCRA對于聚氯乙烯管材UPVC發揮著一定的增韌補強作用。

-10℃低溫環境狀態下，增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置的撕裂嶺數量遠超活性鈣/聚氯乙烯管材UPVC，并且其海島狀組織比較突出且密集，相界面明顯增多，此外增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置整體被撕裂，導致斷口表面凹凸不平，說明在撕裂時，應變阻力有所變大，但是活性鈣/聚氯乙烯管材UPVC斷口表面則比較平整；23℃常溫環境狀態下，增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC發生撕裂時，整體出現了規律性塑性變形，斷口位置呈現為羽毛狀態，而活性鈣/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置發生了應力集中現象，基體應變不均勻，且變形量不統一，特別是增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置發生了局部拉絲和網化現象，此形態說明增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC基體界面結合強度比較大。

2.3 增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC性能分析

于原配合比中既有40份活性鈣中再加入8份MCRA增強劑，所獲增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC物理性能見表4。

表4 增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC的物理性能Table 4 Physical properties of MCRA/UPVC pipe

由表4可知，增強劑MCRA加入之后聚氯乙烯管材UPVC的拉伸強度、斷裂伸長率相較于原配合比并未產生明顯差異，但處于常溫環境與低溫環境狀態時，均呈現為升高態勢；且添加MCRA增強劑的復合材料白度比原配比更好。

于原配合比中既有40份活性鈣中再加入8份MCRA 增強劑，所獲增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC流變性能見表5。

表5 增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC的流變性能Table 5 Rheological properties of MCRA/UPVC pipe

由表4與表5數據可知，在原配比基礎上添加增強劑MCRA之后，聚氯乙烯管材UPVC的平衡扭矩變化并不明顯，但是塑化扭矩卻發生了一定變化，說明相對于原配比，添加增強劑MCRA后聚氯乙烯管材UPVC的表觀粘度有所下降，而熔融時間差異比較小，塑化效果相對提高，熱穩定時間縮短，這一系列變化均在一定程度上為增強劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC混合成型加工提供了便利。

3 低塑性聚氯乙烯管材在給排水安裝工 程中的實際應用

3.1 給排水的承載負荷設計

給排水安裝工程中，水體以膜流狀態流動，所以聚氯乙烯管材UPVC管道內壁與水體之間的親和度是管道設計的關鍵要素[7]。所以為優化給排水系統，須切實根據實際應用管材和水體界面張力，確定各聚氯乙烯管材UPVC管道類型、承載負荷能力。

3.2 給排水的內部壓力設計

就內部壓力波動視角著眼，對給排水設計方案進行分析，其中立管流量參數需就實際高度重置。一些高層建筑給排水安裝工程的系統壓力波動很容易造成底部支管水封失效，而且膜流狀態下降的污水將會附帶著與速度形成比例的氣體量，并于排水立管中生成異常壓力[8]。為了有效控制膜流流動速度與立管內部壓力，可把聚氯乙烯管材UPVC形狀于規定高度位置進行均勻變化以此改善優化，比如聚氯乙烯管材UPVC彎曲效率處理、擴張內表面積處理。

3.3 給排水的高度設計

針對不同高度建筑流水差異性，優化設計給排水系統，根據一致性流速，高層建筑給排水系統管道承受的內部壓力和氣體溢流量相對較大，所以聚氯乙烯管材UPVC管道內氣體量、立管高度、流體速度之間息息相關[9]。就通氣立管有關規定，給排水安裝工程用聚氯乙烯管材UPVC管道最佳設計具體即基于實際管徑，科學設計不同高度流量臨界值，以重置臨界值的方式，實現給排水管道最佳設計。

4 結論

目前低塑性聚氯乙烯管材在給排水安裝工程領域的實際應用依舊處于普及與發展狀態，而且其熱穩定性與韌性并不佳，需要改性造粒之后才能投入使用。據此為優化聚氯乙烯管材性能，本文針對給排水系統，基于增強劑MCRA添加，制備了新型低塑性聚氯乙烯管材，試驗測試分析了其綜合性能。結果表明，增強劑MCRA與聚氯乙烯管材UPVC彼此相容，效果良好，在銜接界面未出現空洞或者缺陷，斷口位置發生了韌性斷裂，表明適度添加增強劑MCRA對于聚氯乙烯管材UPVC發揮著一定的增韌補強作用；添加增強劑MCRA后聚氯乙烯管材UPVC的表觀粘度有所下降，而熔融時間差異比較小，塑化效果相對提高，熱穩定時間縮短，這一系列變化均在一定程度上為MCRA/UPVC混合成型加工提供了便利。