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　　“志海”杯优秀论文交流会浅谈ＰＶＣ管道质量检测（１．甘肃省皮革塑料研究所，甘肃兰州７３００４６；２．甘肃省皮革塑料质量监督检验站，甘肃兰州７３００４６）［关键词］ＰＶＣ管道；质量检测；措施．’１ＰＶＣ管道现状．塑料管材产销量、应用范围逐年增长。ＰＶＣ树脂生产的制品种类繁多，应用中的ＰＶＣ管材制品所占比例高达１８％（详见表１）［Ｉ】。ＰＶＣ制品消耗树脂的比例种类比例／％种类比例／％ＰＶＣ管材有硬管和软管，硬质ＰＶＣ管主要以ＰＶＣ－－ＳＧ５型树脂为原料，辅加稳定剂、润滑剂、着色剂等助剂，ＰＶＣ－－ＳＧ５型树脂比黏度０．３１８～０．３４５，平均聚合度８５０～９５０、表观密度０．５０～０．６０ｇ／ｃｍ３；软质管以ＰＶＣ－－ＳＧ２和ＰＶＣ－－ＳＧ３型树脂为主料，ＰＶＣ－－ＳＧ２型树脂的比黏度０．４１１～０．４３３、平均聚合度１２５０１３５０、表观密度０．４２～０．５２ｇ／ｃｍ３，辅加增塑剂、润滑剂、填充剂、着色剂等助剂［２］。当前，ｐＶｃ—ｕ管材、管件国内生产厂６００余家，生产能力达４０００ｋｔ／ａ，ＰＶＣ管材、管件生产设备也已实现了国产化。据中国塑料管道专业委会预测，“十一五”期间ＰＶＣ管道年增长率１５％左右，２００８年ＰＶＣ管材产量２０００ｋｔ，消费量１８００ｋｔ，消费增长率１６．１％。但也存在盲目发展、低水平重复建设，以牺牲产品质量为代价降低成本、争夺市场。由此造成粗制滥造，质量不符合技术要求，甚至假冒伪劣产品充斥市场，使消费者蒙受巨大经济损失。就日常检验（委托检验）和监督抽检工作中发现的问题谈一点建议，若能有益于生产和提高产品质量，则是莫大的慰籍。２常规质量检测项目和规则２．１外观与规格尺寸产品的外观质量即用户（消费者）对产品外在特征的感受程度，是主观对客观的反映。大多数委托样品的外观质量多能满足技术规范的要求，而抽检样品则表面有凸凹、划痕等现象，外在质量难以令人满意。规格尺寸暴露的问题较多。主要是管材的公称外径、壁厚，平均偏差、同一截面壁厚偏差，管件承口内径、承１２１深度等没有达到技术要求。对样本数据的标准偏差分析，可采用正态分布的ｚ３ａ置信区间为９９．７３％的概率理论，即６盯管理的原理。２．２力学性能［２－３３ＰＶＣ—Ｕ管材的力学性能见表２。ＰｖＣ—ＩＪ管材的力学性能性能数值密度／（ｇｃｍ‘３）硬度／肖氏ＨＳ洛氏ＨＲＣ吸水性／（ｍｇｃｍ．２）饱和值浸水７ｈ阻燃性拉仲强度／ＭＰａ断裂伸长率／ＭＰａ弯曲强度／ＭＰａ剪切强度／ＭＰａ比热熔／［Ｊ（Ｊｃｇ１．３８～１．４６７０～９０１１０ｎ１２０１．０５０．１５５３１００～１５０９０～１１０６５８３７—１ｔ７２（０～１００．１０４７）０．１４＾ｖＯ．１６（０—１００．０．１５）－［收稿日期］２００８—０７—３１ｒｅｇ者简介］汪晓鹏（】９６５一），男，国家注册质量工程师，长期从事塑料制品的生产加工、质量检测、科研开发、科技文献资料翻译等工作。发表论文多篇。９６第７届全国ＰＶＣ塑料与树脂技术年会论文专辑续表性能数值体积电阻率／［ｐ（ｔｌ击穿电压／（ｋＶｎｌｎｌ一１）腐蚀度／（ｇｍ一２）ＨＣＩ、ＨＮ０，浸渍Ｈ２Ｓ０４、ＮａＯＨ浸渍静液压试验（６０２）Ｅ（容许应力１３ＭＰａ）（２０２）（容许应力３５ＭＰａ）扁平试验（压至外径１／２）冲击性能（３～５）１０１３２３～２８２．０１．５１ｈ不渗漏１ｈ不渗漏无裂缝线冲击性能管材在运输、使用、工程建设安装时可能受到外力的冲击，冲击性能的评估方法主要有落锤冲击博鱼体育平台登陆入口、简支梁冲击和管件的跌落试验等。大多数ＰＶＣ管材不合格的原因是多方面的，其中尤为突出的是生产厂商为降低成本，提高市场竞争力，大量添加填料（如碳酸钙、蒙脱土、钛白粉等），使管材的力学性能严重下降，造成冲击破裂现象。而单双壁波纹管、消音管、芯层发泡管和内壁螺纹管在市场占有一席之地，冲击性能比较好。耐冲击性在经济利益的驱动下表现出下降的趋势，冲击时波谷和管壁夹角受锤头冲撞易形成应力集中，使管内壁出现裂缝、裂纹现象，甚至外壁破裂。ＧＢ／Ｔ５８３６．１—２００６硬ＰＶＣ管材中增加了系统适应性，项目有水密性、气密性、二氯甲烷浸渍试验，落锤冲击修改为线％），落锤质量和下落高度均有提高。总体上提高了管材的耐冲击性能。给水用硬ＰＶＣ管件ＧＢ／Ｔ５８３６．２—２００６中，偏角试验（仅用于弹性密封圈连接方法）、负压试验大部分都未做，故出现的质量问题较多。改善抗冲性能主要有以下途径：ＰＶＣ的增韧，方法归纳起来有共聚、接枝与共混（物理共混、化学共混），银纹化理论认为弹性体颗粒分散于基体中，形成增韧剂机制即核壳结构的“海一岛”相，弹性体颗粒充当应力集中点，当遇到外力作用时，首先引发银纹、剪切带，由于银纹、剪切带的产生和发展需要消耗大量的能量，阻止了裂纹的发生和扩展，同时提高了韧性。抗冲增韧剂为ＭＢＳ／ＡＣＲ；网状分布由ＰＶＣ与弹性体（ＮＢＲ／ＣＰＥ）混合形成网络结构，实际上具有“橡塑”双重特征，包覆在ＰＶＣ初级粒子的表面，当网络受到外力冲击时，吸收大部分冲击能量，使ＰＶＣ的初级粒子破裂从而提高基材的韧性。然而影响管材质量的因素是多种多样的，是多因素综合作用的结果。其质量控制受原料、添加剂、填料、生产工艺、设备、人员、环境（人、机、料、法、环）的直接影响，质检的目的是持续不断地改进和保持质量，是手段不是目的，最终的归宿是指导生产［３］。２．２．２拉伸性能应力和应变成正比，即呈正相关的线性关系，遵循虎克定律。拉伸性能受多种因素的影响，即ＰＶＣ树脂的分子质量大小、增韧剂如加入抗冲改性剂，调整添加量及科学的配比（如正交设计法对配方选优），可使ＰＶＣ管材满足技术规范和使用要求。ＰＶＣ是非结晶型的无定型塑料博鱼体育平台登陆入口，分子链中的氯原子具有较大的极性，表现为刚性，玻璃化温度较高，没有明确的熔化点，因此成型加工比较困难；增塑剂的加入对ＰＶＣ树脂起稀释作用，可减少高分子链之间的化学键和范德华力的作用力，从而使ＰＶＣ的拉伸强度大幅度下降；填料（如，碳酸钙）的加入能使ＰＶＣ弹性模量提高，刚性高而韧性低。２．２．３耐热性能ＰＶＣ是热敏树脂，分解温度低，给生产加工带来了不便。在生产时需加入热稳定剂和相关助剂才能保证产品质量。其受增塑剂的影响，在温度特性曲线上表现为玻璃化温度ｔ和黏流态温度Ｔｒ的转化阶段；耐热性是热变性温度、软化温度与Ｋ呈线性关系；低温性能也是高分子材料的固有性能，对温度敏感、低温脆化。ＰＶＣ的流变性能的影响：树脂与配料的流变行为，ＰＶＣ在１９０时熔体黏度高达４１０４Ｐａｓ；Ｓｈａｈ曾用函数关系表达了ＰＶＣ的混合料和相关因素之间的变化，影响因子有增塑荆、溶剂指数、固化剂的效率、剪切速率等［４］。２．２．４扁平、环柔性和环刚度扁平试验是测试管材的抗压性能的指标，以垂直于管的轴向施加持续载荷，是检验ＰＶＣ管的蠕变 性、松弛性和受冲击压力时的损坏程度的指标，为抗 压性与时间的函数关系。此项目用以测试管材仍有 不足，若是埋地流体输送压力管，至少有垂直方向、 径向、轴向和流体的环向的作用力；环柔性考察环向 压力，相对全面。地埋管实际受到四周的作用力，同 时受其铺设施工的影响，管材抗冲击和增韧性的影 响；针对无压力地埋管的性能测试，环刚度要求没有 前两项严格，试验变形量小、载荷持续时间短。高分 子材料蠕变性和松弛性是固有特性，该项性能要经 受长期的试验才能得到准确数据，做出合格与否的 评判。笔者多年检测的经验得出，三者各有千秋。不 能相互替代。指标对管材的使用质量、施工都有很 大影响，参考相关国际标准和欧盟标准，我国对施工 技术规范标准制定的较少，因施工不规范造成损坏 ９７ “志海”杯优秀论文交流会 情况居多。 ２．２．５连接密封性 ＰＶＣ管的连接方法主要有溶剂粘接、弹性密封 圈、螺纹、承插，用于排污、排废、排气，下水管、饮水 管、井水用、化学品、电气导管。２００６年的ＰＶＣ排 水管、给水管均有气密性、水密性试验项目。此项目 受多因素的影响，像连接件、黏合剂、密封圈、承口深 度、管材和管件的间隙配合、安装施工技术要求、输 送的介质等。尤其在压力管、地埋管使用中出现饷 问题较多，连接不牢固、密封性差造成的跑、滴、漏、 渗、破裂损坏现象比比皆是，触目惊心。笔者比较了 国际标准（ＩＳＯ）、德国ＤＩＮ、欧盟（ＥＮ）和美国 ＡＳＴＭ、ＡＮＳＩ、ＡＳＣＥ标准及ＰＰＩ（美国塑料协会）， 我国的标准相对弱些，在环境适应性方面不如国际 标准那么严格。 ２．３耐环境适应性 管道系统是由管材、管件和配套件连接组成，受 管材、管件、施工、温度、环境、输送介质、地质土壤、 地形地貌等多种因素影响。因此评价其性能，应从 综合、整体性的全过程（涵盖各个不同环节），最好是 对产品的整个寿命周期方面进行考察。像ＰＶＣ中 的给水管道的内压和角向挠度负压试验，长期压力 试验、强度压力弯曲试验；排水、排污用结构壁管道 的径向变形、角度偏转试验等，这几项对管道的影响 较大。连接不牢固、密封性差，容易造成渗漏，高分 子材料在应力作用下导致蠕变和松弛现象，一般是 时间的减函数，随着时间的推移，连接密封的紧固力 会逐步衰减，最终使界面配合间隙增大引起渗漏，这 些关系到工程的使用质量。许多厂商只对部分项目 检验，而不进行全部项目检验，长期性检验更少，更 谈不上后续的跟踪检测，试验室检验与实际使用环 境是否一致还有待于探讨，其实属于模拟环境性测 试，值得检测人员深思和研究。在检测中属于薄弱 环节，亟需加强和提高。 ２．４卫生性能 ＰＶＣ管材的生产需要加入多种助剂、添加剂和 树脂，且对其质量也有不同的要求。如稳定剂就含 有重金属Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｓｎ、Ｓｂ等，包括有机锡和硫醇 锑稳定剂的使用也受到限制。尤其在生活饮用水管 方面要求更为严格，在树脂的使用时要求氯乙烯单 体含量１．Ｏｍｇ／ｋｇ。近年开发了钙／锌、稀土等无 毒稳定剂、增塑剂，以提高饮用、给水管的无毒安全 性能，在检测中许多厂家对此项不予重视。当然，卫 生性能检测同时涉及卫生、质检等相关部门，容易造 ９８ 成漏检。 ２．５静液压试验 有压和无压流体输送管。对其进行短期和长期 强度的评价是一项衡量管材质量非常重要的指标。 管材质量取决于多种因素，如原材料ＰＶＣ树脂的质 量，即Ｋ值要求６４～６８，特性黏度为０．９２；输送介 质的影响；管材壁厚和折耗系数；温度、耐老化性能 等。长期静压对静液温度、时间函数分布特性的要 求博鱼体育平台登陆入口，静液压（Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｅｓｓ）是在一定的条件下， 即在２０、５０年以长期承受静液压（１０ｎｇ＿ｔｅｒｍ ｈｙ— ｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ５０ｙｅａｒｓ ２０）来确定管材的压力等级，进行线性外推，然后根据设计应力确定 管材壁厚，设计压力依据最小要求压力（ＭＲＳ）和系 数Ｃ确定。根据Ｎａｄａｙ公式夕＝（盯２ｅ。ｉ。）（ｄ。 一ｅ。ｉ。），在管材壁同样的情况下，耐压性能与拉伸强 度成正比。当然实际使用中远比设计和试验中环境 苛刻，地埋管要承受内外压的影响，载荷应为动载荷 而非静载荷，动载荷分为循环、脉冲等。因此，保证 使用质量安全难度较大，加之施工不规范，引发工程 质量事故，造成巨大的经济损失。其破坏模式有韧 性、脆性和氧化，管材由发白（膨胀）一裂纹一破裂的 过程，裂纹是造成破裂的关键因素。在实践中因快 速形成裂纹而导致破裂的主要原因为：消除ＰＶＣ 中的残余单体，提高ＰＶＣ树脂的纯度；ＰＶＣ中重 金属造成的污染；ＰＶＣ的分子质量偏低；提高 认识，对脆性开裂、凝胶化过程的重要性关注；长 期静液压数据的离散性很大的事实和部分原因，应 用数理统计知识进行深层次的分析；规范施工方 法和安装要求蹬］。 ２．６热稳定性 塑料管材热稳定性主要考察３个方面：２００ 氧化诱导时间，该项目针对需要重复热加工的管 道，由于热历程延长引起高温热氧化降解，实际管材 质量的下降；针对常年供冷热水管道导致的热氧 老化，在试验温度１１０，静液压８ ７６０ ｈ条件下 （如ＣＰＶＣ，９５，８ ７６０ ｈ，环应力３．６ ＭＰａ；ＣＰＶＣ， ９０，１７ ５２０ ｈ，环应力２．８５ ＭＰａ），热水氧化稳定 性试验；热变形温度、维卡软化点，检验管材承受 一定载荷、温度引起力学性能的变化。 ２．７检验规则 ２．７．１ 组批与抽样基数 由于原料、供应商和树脂牌号的日新月异和纷 繁复杂，造成不能以固定树脂生产所有管道。即使 同一原料也受生产工艺、设备和分子质量分布及各