PVC-O的最新进展.docx

PVC-O的最新进展Ignacio Munoz Molecor（西班牙）1. 背景知识多年以来，塑料管道已经成为输送和分配水的重要手段，不断的挤占着传统材料在这一领域的市场份额。然而，如果把当前的状况稳定下来，我们可以清楚的看到，每种材料生产的产品都会在自己特优先选用的领域占据重要的市场份额；下图1粗略的反映了每一种材料所生产的管材在直径和公称压力方面优先选用的范围。造成上述分布的原因有很多，但最重要的因素是：当地的环境、传统习惯、工业状况和不同产品之间的竞争；一提到产品之间的竞争，许多人立刻想到的是管材的价格，而低估了其他一些重要因素，包括：安装费用、安装速度、维护费用、流体输送阻力、通水能力等；更不会顾及到，管道的底部构造基础设计使用寿命在50年以上的话，从长远来看，在经济上更加合算。从图1可以得出，HDPE、PVC-U两种材料生产的管材主要集中在压力等级为16bar以下的中小规格管材产品，球墨铸铁管道在压力等级为16bar以上的产品领域明显占据重要地位；当管材的直径增大到400mm（16英寸）时，由于玻璃钢加砂管道价格较低，开始占有一定的市场份额；随着管材直径进一步增大，球墨铸铁管道仍然在管材市场上非常流行；但是，综合考虑到各种因素后，PVC-O管材可以在上述所有分段中与各种产品展开竞争。图1. 饮用水输送优先选用管材种类分布图2. PVC-O管材的新发展过去十年，在Molecor公司的引领下，PVC-O管材的产品种类得到了快速的演变和发展，相关产品标准和工程应用范例在全球范围得到传播。PVC-O管道现在可应用的领域展示在下图2中，由图2可知，依托自身的承压能力和产品尺寸，PVC-O管材与各种不同材料都形成了激烈竞争；但是，如果只从价格来看，随着管材尺寸的增大，使用不同材料生产的管材的价格变化曲线都明显不同。图2. PVC-O管道的发展应用领域热塑性塑料生产的管材，由于随着尺寸的增大，壁厚尺寸也在线性增大，管材的价格会明显比其他材料制造的管材价格增大的快；根据这个变化趋势，由图3可知，当管材尺寸增大到一定程度时，球墨铸铁管道和玻璃钢夹砂管道的价格会低于热塑性性塑料管；毫无疑问，所有的热塑性塑料管道、包括PVC-O管材都符合这样的价格变化规律。这是不是意味着PVC-O管道的发展会受到价格方面的限制呢？显然不会！塑料管道有许多共同的优点，决定了他们在饮用水输送中被优先选用，众所周知的优点包括：抗腐蚀性、质量轻、安装便捷等；PVC-O管材可以最大化的发扬这些优点，而且在管道安装方面更具有其他管材不可比拟的优势；因此，尽管在市场有其他更便宜的备选方案，PVC-O管材仍然能够继续快速发展。怎样才能使PVC-O继续获得市场份额，并且使PVC-O管材成为饮用水输送中深受市场欢迎的产品呢？我们的着眼点集中在提供更全面的管材产品规格，并且，围绕PVC-O管材的具体应用提供丰富的成套管件完成整个管道系统的连接。图3. 不同材料生产的管材的销售价格3. 大口径PVC-O管材自Molecor成立以来，一直致力于开发更大公称直径的PVC-O管材，现在已经能够生产尺寸高达800mm、耐压等级达到25bar的管材；这种争取第一的创新的决心非常难得，当然也是预见到世界内会有一些重要工程选用这种产品，进而主动推动PVC-O管材朝着更大口径的方向去发展。现在，Molecor公司又启动了制造最大直径达到1200mm管材的新项目，这个项目所开发的成型设备可以制造尺寸从500mm到1200mm的PVC-O管材，这套设备的产能高达1400kg/h，可以与螺杆直径为148mm和173mm的挤出生产线联合使用。成型设备的总长度为38米，当使用集成密封系统（ISS+）时宽度为19米，去除这个密封系统后，宽度尺寸可以减小到9m；此外，整条在线生产线的总长度为70m；图4展示整条生产线设备之间的相对布置位置。设计和建造这种大型设备本身会遇到很多困难，而且，随后还要对挤出的管胚进行取向和拉伸；因此，这个项目主要的挑战在于：部件尺寸配合问题：由于规格较大，一些零件必须在车间内加工好，随后分批运往客户的生产场所，并在那里进行组装；图4. Molecor公司dn1200 PVC-O管材生产线布置图重质零件的轻量化，比如模具等零件，质量减轻后在会使设备安装工作变得容易而且也会降低对吊装设备的要求；因为整套的尺寸和重量较大，所以，在人工安装辅助设备时，也需要借助器械的帮助。除了获取取向结构外，即使是挤出阶段也会遇到具有挑战性的新情况；生产大口径管材时，随着管材壁厚的增加，需要挤出管胚的重量巨大也在挑战着挤出设备技术水平的极限。在生产公称直径为1200mm的管材时，需要预先成型壁厚尺寸达到70mm的管胚，在这个环节又需要面对提高热稳定性、防止凝胶化、消除分流锥熔合线三个难题；而且，这三个难题之间相互关联，解决任意一个问题必然会使得另外两个变得更差；比如：延长口模平直段尺寸，虽然有助于消除分流锥熔合线，但PVC熔体在口模的停留时间会延长，造成潜在的热降解加重。所以，为了处理这种错综复杂的状况，必须探究选用稳定的原材料、设计恰当的专用工具、使用内冷却等设备，来改善整个生产过程。图5. Molecor公司dn1200 PVC-O管材生产线相对尺寸4. PVC-O管件缺少相应的连接管件，在一定程度上限制了PVC-O管材的推广应用；一般，在考虑到与管网相匹配的塑料管件时，主流的观点大都认为没必要推出耐压等级大于等于16bar的塑料管材；因为，对于高压力等级和尺寸200mm以上的管道系统，铸铁管件应用的更加普遍。图6. PVC-O管件FEM模拟研究图7. PVC-O管件FEM模拟研究把大分子取向技术应用到管件上是比较困难的，因为管件在注塑加工过程中会存在不均匀的残余应力，因此，这就对管件的结构设计提出了许多特殊的要求。所以，在设计PVC-O管件时，第一步是找出管件上应力集中最大的区域，在这些区域做出有针对性的设计变更，调整这些区域的伸长度。找出管件上比较脆弱的部位后，有针对性的调整这些部位壁厚和分子取向态结构，最终得到的整体性能非常好的PVC-O管件；得益于计算机设计和模拟，我们可以跳过样品制作和测试阶段。图8. PVC-O管件的测试对PVC-O管件性能的测试，也是一项具有挑战性的工作，因为没有足够多的技术标准去遵循，所以，必须开发内部的使用的检测技术规范，甚至包括设计临时或长期使用的实验检测设备。图9. PVC-O管件的测试图10. PVC-O管件的测试5. 结论基于在应用技术上的优越表现，与传统材料生产的管材