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PE、PP管道產品標準的簡述

瀏覽次數: 日期:2011年8月24日 19:25

摘要:

    PE、PP產品標準的簡述簡介: 簡要介紹了PE、PP管道產品——物理性能指標、產品檢驗項目的等內容。 關鍵字:PE PP 技術要求簡析  1、PP管道產品  冷熱水用聚丙烯道系統懿摹⒐薌 ℅B/T18742.2-2002、 GB/T18742.3-2002)  1.1 PP管的性能要求見下表1:   表1 PP管的性能要求項目 材料 試驗參數 試樣數量 指標 試驗溫度℃ 試驗時間h 靜液壓應力MPa 縱向回縮率 PP-H 150±2 en≤8mm:18mm<en≤16mm:2en>16mm:4 -- 3 ≤2% PP-B 150±2 -- PP-R 135±2 -- 簡支梁沖擊 PP-H 23±2 -- 10 破損率<試樣的10% PP-B 0±2 PP-R 0±2 靜液壓試驗 PP-H 20 1 21.0 3 無破裂無滲漏 95 22 5.0 95 165 4.2 95 1000 3.5 PP-B 20 1 16.0 3 95 22 3.4 95 165 3.0 95 1000 2.6 PP-R 20 1 16.0 3 95 22 4.2 95 165 3.8 95 1000 3.5 熔體質量流動速率,MFR(230℃/2.16kg) g/10min 3 變化率≤原料的30% 靜液壓狀態下熱穩定性試驗 PP-H 110 8760 1.9 1 無破裂無滲漏 PP-B 1.4 PP-R 1.9   1.2 PP管件的性能要求見下表2:  表2 PP管件的性能要求項目 管系列 試驗壓力MPa 試驗溫度℃ 試驗時間h 試樣數量 指 標 PP-H PP-B PP-R 靜液壓試驗 S5 4.22 3.28 3.11 20 1 3 無破裂無滲漏 S4 5.19 3.83 3.88 S3.2 6.48 4.92 5.05 S2.5 8.44 5.75 6.01 S2 10.55 8.21 7.51 S5 0.70 0.50 0.68 95 1000 3 無破裂無滲漏 S4 0.88 0.62 0.80 S32 1.10 0.76 1.11 S2.5 1.40 0.93 1.31 S2 1.76 1.31 1.64 熔體質量流動速率MFR(230℃/2.16㎏) g/10min 3 變化率≤原料的30%   1.3系統適用性  管材與符合GB/T18742.3規定的管件連接后應通過內壓和熱循環二項組合試驗.  1.4技術要求的簡析  (1)不透光性  此項的目的是為防止管材、件中的水因可見光照射而滋生微生物。  (2)規格尺寸  管材的外徑要符合標準要求,壁厚是承受內壓的保證,因而標準要求只允許在規定的正偏差范圍內,不允許有負偏差。  (3)縱向回縮率  聚烯烴是結晶性高聚物,管材經加工后或多或少存在著一定的內部殘余應力,經過分子鏈的結晶取向和釋放應力后,即會產生管材尺寸的變化。  國家標準提出將管材的內部殘余變形控制在一定范圍內是非常必要的。這是對擠出工藝尤其是擠出速度的控制和也是保證管材質量的需要。由于管材作為管材、件系統的組件需與其它部件相配合才能完成其功能,而若管材的擠出速度太高,就可能會導致管材因冷卻時間不夠、分子取向不完全而在管材中產生較大的殘余應力,因而管材尺寸難以穩定,綜向回縮率較大;若將此條件下生產的管材鋪設后,在其使用過程中,其內部殘余應力會逐漸緩慢釋放引起管材、件回縮,嚴重時可能影響系統的正常運行。就是該項目設立的意義。  (4)簡支梁沖擊  主要是檢驗管材的耐沖擊性能。原理是小段管材成機械加工制取的無缺口條狀度樣在規定測試TC下進行預處理,然后以規定的跨度將試樣在水平方向呈簡支梁式支撐,用具有給定沖擊能量的擺錘在支撐中線處迅速沖擊一次,對規定數目的試樣沖擊后,以試樣破壞數對被子測試樣總數的百分比表示試驗結果。  (5)靜液壓強度試驗  是表征塑料管材、件承載能力的一項主要指標,定是指管材、件在不定期一定溫度下,在規定的時間內承受規定的環應力是否發生破壞的性能。  因為塑料管材、件的耐用性能與所用原材料的性能、所承受的應力條件、溫度以及被輸送的介質和周圍環境的性質等因素有關。這些因素相互作用的共同結果就產生出一種復雜的物理、化學機械性能的變化,表現在管材、件的靜疲勞性上。  塑料管材、件的耐用性能隨承載時間的延長會有降低;同時,升高溫度更會加速塑料管材、件的破壞過程。因此,在短時間內(一般小于10分鐘)測得的強度性能(例如爆破強度)不能用以預測管材、件的長期強度,而應在更長的試驗期間測得。  靜液壓強度試驗是在考慮上述因素并模擬實際使用的條件下,經過對承載情況的幾種極限狀態的深入分析和經過對使用壽命的科學推理而提出的,是通過對管材、件施加恒定的內部靜液壓來鑒定管材、件的蠕變和持久強度的試驗。為確保管材、件在公稱壓力和最高使用溫度下,在整個使用壽命期間能保證其強度和穩定性,標準中分別設立了在不同溫度條件下、依據管材、件材料等級和規格所確定的不同試驗壓力下的靜液壓強度試驗。試驗均為根據時溫等效原理而設立,但其側重點有所不同;20℃/100h 條件下的試驗是側重于模擬產品正常運行的工作條件下的強度試驗;而80℃、95℃/165h以及80℃、95℃/1000h是側重于為鑒定高溫下產品的強度,同時考核了管材、件的耐熱性能。  在靜液壓強度試驗中,如果管材、件內部存在缺陷,在應力作用下降會引起管材、件內的溫度變化,造成分子間化學鍵的斷裂,進而引發大量的化學鍵在應力作用下先后斷裂,最終由細小的裂紋匯合成肉眼可見的裂紋,即出現管材、件破裂現象。管材、件受力后因擴張不均勻,在某一個最弱的部位突然隆重起,最后在抗力最小的方向內破壞即發生韌性破裂現象;而在應力并不劇烈的區域內,在管壁上有穿透性的縱向疲勞裂紋形成,則最終發生脆性破壞現象,且破壞時的變形量很小。  進行該項目的檢測,可以對產品所用的原材料是否合格、管材、件生產工藝是否得到保證、加工過程是否將原材料的優良性能包括熱穩定性和抗氧化穩定性等完全轉移到管材、件上等予以評定,通過對這些環節的評定,做出及時調整,對于確保產品質量是非常必要的。  (6)熔體質量流動速率(MFR)  熔體流動速率(MFR)是表征材料在熔融狀態時的粘度大小的物理量。它是材料在一定時間內,一定溫度和一定剪應力下流過規定直徑口模的質量,是材料加工流動性的量度。  原料的平均分子量及其分布通過影響樹脂的結晶度進而影響樹脂的密度和機械性能,因此通過對原材料MFR的長期觀測,可以了解原材料的配方、生產工藝和平均分子量及其分布是否發生了重大變化。一般原料生產聚合過程中正常的工藝波動和微小調整,MFR的波動均不會超過材料額定值的±20%范圍,所以若經過檢測證明材料的MFR值變化已超過了上述正常變化的范圍的,則說明原料在加工過程中材料發生了明顯的降解,因此工藝已發生了較大變化,產品的強度和使用壽命可能已受到影響。  (7)靜液壓狀態下熱穩定性試驗  此項試驗是在110℃下,管內介質為水,管外介質為空氣條件下進行的靜液壓試驗,要求在規定的應力條件下,通過8760 h試驗而不發生破壞.我們可認為該項試驗,模擬了塑料管道在生產、施工安裝和使用過程中的使用情況.此項試驗一方面,根據國際標準ISO/DIS9080《塑料管材、件系統用外推法對熱塑性管材的長期靜液壓強度的試驗》(國家標準為GB/T18252-2000)的規定,對聚烯烴材料來說,溫差為40℃時的外推時間因子是50,也就是在110℃下進行靜液壓試驗時,如果耐破壞時間超過1年(8760h)以上,則可推斷出管材在70℃條件下,可以使用50年;另一方面可考查組合件在較高溫度,內部為水,外部為空氣的條件下的抗氧氣的穿透能力。  (8)系統適用性  此項試驗用于評價管材與管件連接后,在溫度變化或內壓作用情況下的連接可靠性。主要是溫度循環試驗及內壓試驗。溫度循環試驗主要是針對熱水管道系統所設計。實際運行當中,系統總是受到冷熱交變溫度的沖擊。由于管材、管件、及密封件的材料和結構的不同,在特定的使用環境條件下,其線脹系數、耐熱尺寸變化等有較大的差別,從而影響管材的;連接密封性能和長期使用壽命。一般來說,難以從理論上分析和預測管道系統的使用性能。該方法通過對系統進行高達5000次高低溫內壓循環試驗模擬實際的管道運行過程,得到系統的綜合耐壓和密封性能。該試驗將管道系統的結構設計為三段。第一段是模擬兩端固定的直線管道系統的實驗分支;第二段是模擬管線自由鋪設的實際情況的分支;第三段是模擬管線按一定曲率半徑自由彎曲狀態的分支。這樣設計的管材和管件的組合系統基本上可以包含所有的實際管道系統的鋪設狀態。如果管道系統經上述試驗不出現破壞和滲漏現象,則認為該系統通過了熱循環性能指標。  2、 PE管道產品  (1) 燃氣用埋地聚乙烯管材、管件(GB15558.1-1995 GB15558.2-1995)  (2) 給水用聚乙烯(PE)管材(GB/T13663-2000)  2. 1燃氣用管材性能要求標準見表3   表3 燃氣用管材性能要求序號 項 目 性能要求 1 長期靜液壓強度,MFR(20℃,50年,95%) ≥8.0 2 短期靜液壓強度 20℃ 9.0時間(h) >100 4.61)脆性破壞時間(h) >165 4.0破壞時間(h) >10002) 3 熱穩定性(200℃), min >20 4 耐應力開裂, h(80℃,4MPa) >10002) ≥1703) 5 壓縮復原(80℃,4MPa) ,h >170 6 縱向回縮率,% ≤3 7 斷裂伸長率,% >350 8 耐候性(管材積累接受≥3.5KMJ/m2老化能量后) 仍能滿足本表第2,3,7項性能要求,并保持良好的焊接性能   2.2燃氣管件性能要求見下表4:   表4燃氣管件性能要求序號 項 目 性能要求 1 熱穩定性(200)℃ >20min 2 短期靜液壓強度 管件無破外焊口無滲漏 20℃ 3.0MPa韌性破壞時間>100h 80℃ 4.6 MPa韌性破壞時間 >165h 4.0 MPa破壞時間>1000h 3 加熱伸縮 管件外徑及長度變化不超過±5%管件外形不允許有明顯變化   2.3給水管材性能要求見下表5:   表5給水管材性能要求序號 項 目 環向應力, MPa 要 求 PE63 PE80 PE100 1 20℃靜液壓強度(100 h) 8.0 9.0 12.4 不破裂,不滲漏 2 80℃靜液壓強度(165 h) 3.5 4.6 5.5 不破裂,不滲漏 3 80℃靜液壓強度(1000 h) 3.2 4.0 5.0 不破裂,不滲漏 4 斷裂伸長率,% -- ≥350 5 縱向回縮率(110℃),% -- ≤3 6 氧化誘導時間(200℃), -- ≥20 7 耐候性1)(管材累計接受≥3.5GJ/m2老化能量后) 80℃靜液壓強度(165),試驗條件同表10 -- 不破裂,不滲漏 斷裂伸長率,% -- ≥350 氧化誘導時間(200℃), min -- ≥10 1)僅適用于藍色管材.   2.4技術要求的簡析  (1)密度:  密度是聚乙烯的重要性能指標。密度很大程度上決定了材料的基本性能。因此樹脂的密度高,則其相應的機械強度也較高,標準中規定了燃氣、給水用的聚乙烯材料的密度要求為是大于930㎏/m3,此時的密度具有一定的韌性及較高的強度,綜合性能較好。  因此對管材、件密度的測定并與原材料的測得值進行比較,若差值較大即說明在加工過程中管材、件的性能發生了重大變化,管材強度和使用壽命可能已受到了影響、管材、件的生產工藝包括加工溫度、冷卻溫度等工藝參數確定可能不合適,需要采取相應的措施做出調整。  若不進行該項目的檢測,就無法及時了解產品的質量動態和生產工藝的狀況,無法適時采取措施保證對產品質量的控制。  (2)熔體質量流動速率(MFR):  同1.1.4的第6條  (3)氧化誘導期(熱穩定性)項目:  氧化誘導期是將具有規定質量和表面積的塑料試樣放入規定溫度的高純氧中,從開始通氧至其被氧化所經歷的時間,定是材料耐熱、抗氧化能力的反映。  由于聚乙烯樹脂在溫度高達300℃的惰性氣體中仍能保持穩定,但在氧氣存在的條件下,只要將其加熱到50℃時聚乙烯分子結構即發生變化,而聚乙烯管材件的加工溫度一般在190到260℃之間,為了保證管材件在加工和施工過程中不被氧化,因而設立該項目。  (4)靜液壓強度試驗  同1.1.4的第5條  (5)抗開裂性能試驗  1)耐應力開裂試驗:  由于聚乙烯塑料較軟,磨擦性較差,在實際的施工過程中,經常會出現管材受到沙、石等外物的磨擦產生劃痕的現象,而出現劃痕后是否會影響管材的機械性能和使用壽命是大家所關心的。因此,刻意在管材上預制出一般磨擦劃痕較難達到的深度切口以引發應力集中來考察劃痕對管材性能產生影響的程度。  2)耐環境應力開裂試驗:  聚乙烯在醇、酯、表面活性劑等的作用下,在較小和應力(小于其短時強度  作用下就會發生脆性龜裂,這種因環境條件加速應力開裂的現象叫環境應力開裂。耐環境應力開裂性隨(MFR)和(或)密度的下降而改善,隨分子量分布變寬(分子量高低相差較大)而降低。鑒于通過選擇適當的樹脂和成型條件、添加少量的聚異丁烯或丁基橡膠容易制得無環境應力開裂的聚乙烯制品。因此,對該性能的要求有所弱化。  聚乙烯管材的抗開裂性能與其平均分子量大小及其分布有關。平均分子量低時,管材剛度不足,抗開裂性能和抗劃痕能力差。隨著聚乙烯分子量的增大,耐應力開裂性能有所提高;平均分子量分布窄,管材的耐環境應力開裂性能增加,但耐慢速開裂增長和快速裂紋擴展的性能差,易出現開裂現象,導致產品強度不夠,服務壽命縮短。  因此,提高聚乙烯樹脂的分子量改善分子量的分布,如采用“雙峰”技術改善管材對劃痕的敏感度是提高聚乙烯材料長期強度和抗開裂性能的一個有效手段。標準中對產品進行耐環境應力開裂和在未來的標準中將提出的耐慢速開裂增長和快速成裂紋擴展等項目即是出于對產品在實際使用過程中對強度和使用壽命的保證而設立的。  (6)壓縮復原試驗  由于燃氣泄漏對人們的生命和財產造成的危害較大,在管材、件的實際運行中,當預期使用壽命結束或出現意外事故需要搶修時,往往希望利用塑料管材的易撓曲性將其進行壓扁處理,從而達到緊急切斷液體輸送、防止液體流失或擴散造成危害的目的;而當壓扁工具移走后,希望管材仍能恢復其工作狀態,而不致影響其使用強度和壽命。壓縮復原項目即是為滿足此目的而設立的。  通過壓扁復原試驗證明滿足標準要求的管材、件系統能夠得到更為及時、快捷地維護和充分的使用,為意外情況下出需要進行緊急搶修時,采取壓扁復原的方式提供了可能性。  (7)斷裂伸長率的測定  在進行聚乙烯管材的施工、裝配過程中,鑒于地況復雜、安裝和設計地下裝置避開障礙物的需要,而提出了聚乙烯管材的斷裂伸長率要雖然,由性能良好的材料所制得的管材其斷裂伸長率均遠大于350%,但由于各企業所用原材料的性能和生產工藝差加緊很大,而且同一管材、件系統可能由多個廠家的產品組成,故提出對該性能的要求對于滿足整個管材、件系統的長期功能和使用壽命仍然是非常必要的。   通過對該項目的測定,可確保在地形變化、地基不均勻沉降等情況下管材、件系統仍能正常發揮其功用。  (8)縱向回縮率的測定  同1.1.4的第3條  (9)碳黑含量和耐候性試驗  鑒于施工、運輸和貯存的需要,原材料和管材產品難免露天存放,從而不同程度地吸收紫外線輻射能。而在紫外線輻射下,聚乙烯就會因被氧化而逐漸發脆,抗氧化性能下降,相關性能就會降低。但若在原料中加入適量的紫外線吸收劑——碳黑,就可以提高聚乙烯抗紫外線輻射的能力,增強其耐候性。  若在原料中加入的碳黑量過多,(因炭黑不易擴散,易結塊,容易吸水,從而使管材件易出現氣泡,造成凹陷)會導致管材、件的機械強度下降;但若添加的量大少(低于2.0%),則會因為管材的耐候性不夠無法使管材正常發揮其功能 。實踐證明,將碳黑含量控制在2.0~2.6%可同時滿足強度和耐候性的要求。  如不測該性能,就無法確切了解原材料的光穩定性能,導致對管材、件系統的強度和使用壽命失控,就會增加質量隱患。  (10)耐氣體組分試驗  這是模擬燃氣管材、件經較長時間的運行后,可能會有燃氣的冷凝液滴有機溶劑(含苯、汽油、四氯化碳等)沉積,產生氣液共存現象。因為是聚乙烯浸漬于有機溶劑中時,有機溶劑將滲入聚乙烯內,使用分子中產生氣泡出現溶脹現象,塑料一旦溶脹其物理性能就下降。所以通過該試驗來考察管材的耐化學溶劑性能。  管材的耐氣體組分性能與分子的支化度、平均分子量、分子量分布有關,隨聚合物支化度的減小、平均分子量的增大、分子量分布變窄而增強。  通過進行該試驗,可防止耐用化學溶劑性能差的低密度聚乙烯和其它不合格證產品進入燃氣管材、件領域。  3結語  近幾年來我國塑料管發展較快,特別是PE、PP塑料管道發展勢頭較為迅猛,相當一部分企業的連基本的檢測設備和人員都無,導致了產品質量良莠不齊,導致了終端消費者對塑料產品的不信任。本文從標準角度出發對PP、PE產品主要技術指標及控制各指標的要求進行了介紹,使消費者能了解產品標準中各技術要求的意義和標準制定的目的,杜絕消費者使用偽劣產品,提高塑料管道產品質量。從韓國給排水管的發展看中國管件市場的前景 1975年以前,韓國在建筑工程上使用的給排水管道90%以上是鍍鋅管道,但隨著韓國國民經濟改入的增長,越來越多的人關心的是自身健康問題,使韓國的給排水系統從標本上發生了變化。1980年,韓國政府制定了《建筑工程上不得使用鍍鋅管道》的規定,促進了給排水管道系統的快速發展。但韓國政府只對給排水管道系統產品的質量制定了國家標準即KS標準,對其安裝方法、施工方法等沒有制定任何標準。因為韓國政府認為,只有在沒有任何制約中的市場競爭中,才會出現更多富有創意的新產品,且市場才能得到充分的發展。  值得注意的是,在韓國,建筑工程中安裝的給排水管道的使用壽命要達到50年以上,所以新產品要得到認可,必須通過大約3年的使用試驗過程。這雖然阻礙了給排水管道的快速發展,但對其市場的混亂秩序卻起著相對穩定的作用。因為在這3年當中,生產技術會逐漸完善起來,安裝工作也會總結出正確的方法,裝配人員的技術也會不斷提高。現察目前中國的管道及管件市場,首先發展的是復合管,其次才是PEX管。但歐、美等發達國家,包括韓國在內的國家,給排水管首先發展的是PEX管,然后才是復合管。筆者認為,中國管道及管件市場不夠規范,90%是因為對管件的質量沒有加大力度去監督、檢查,而且相關的宣傳廣告很少。在韓國,一種規格的管件,加工工序多達80多道,而且每種規格的管材可與20多種管件配套。因此,與一種規格的管材相配套的管件加工工序就增加到了1600多道,同時不良產品檢查項目也達到1600余項,所以技術及加工難度最大的就屬管件了。一些20年前建立的管件廠家倒閉,都是因為在加工管件這一環上,太疏忽大意了。中國的生產者及消費者的質量意識不強,只有提高了人們對產品的質量意識,才能使生產廠家對其生產的產品負責任,才能在銷售過程中形成良好的市場體系。那樣,中國必將成為世界上最好的一個銷售市場。

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