建 筑 用 塑 料 管 材

建筑用塑料管材

复合材料中心

80年代初期，我国开始系统地研究在市政工程和建筑工程中使用塑料管道。我国先后开发出聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管、钢塑复合（PAP）管、交联聚乙烯（PE－X）管、聚丙烯（PP－R）管、氯化聚氯乙烯（CPVC）管、工程塑料（ABS）管、钢塑复合（SP）管、玻璃钢夹砂（RPM）管等品种。

一、管材的分类一、管材的分类1.聚氯乙烯（PVC）管材2.聚乙烯（PE）管3.玻璃钢夹砂（RPM）4.PPR冷热水用管材管件5.交联聚乙烯（PE－X）管6.钢塑复合（PAP）管

PVC管道目前主要用于建筑给排水、电工穿线管、农业排灌管、城市供水排水管、通讯管等。其中排水管占50%。在通用树脂生产中，以PVC树脂耗乙烯量最低，生产成本也最低。国内生产每吨PVC需耗乙烯0.5314吨，而每吨聚乙烯平均耗乙烯1.042吨，国内每吨PVC树脂的乙烯耗量比聚乙烯少消耗约50%。另外，从塑料制品角度看，PVC与各种助剂相容性好，在生产管材中可加入大量低廉的填料，使生产成本大大降低。1．

聚氯乙烯（PVC）管材1.1UPVC管：

UPVC硬聚氯乙烯管目前在全国各省市的自来水管道系统和住宅自来水管上推广应用，在建筑业上主要用作排水管、雨水管和穿线管。UPVC管材有很好的力学性能，且具备极好的耐腐蚀性，使用过程中重量轻，安装方便，不需维护。1.1UPVC管：而使用钢铁作公用工程的下水管道，在使用过程中由于易腐蚀，必须经常涂敷涂料，维护费用高。一般建筑及公用工程用金属管道20年左右就需更换，而作用加工良好的UPVC管道，使用寿命长达50年。因此，UPVC管材是一种生产成本低、强度高，耐腐蚀的良好塑料制品。1.2芯层发泡管：芯层发泡管是采用三层共挤出工艺生产的，内外两层与普通UPVC管相同，中间是相对密度为0.7-0.9g/cm3。低发泡层的一种新型管材，其环向刚性是普通UPVC管的8倍，而且在温度变化时尺稳定性好，隔热性好，特别是发泡芯层能有效阻隔噪声传播，更适用于高层建筑排水系统。

1.2芯层发泡管：发泡芯层管较实壁管材可节省原料25%以上，且内壁抗压能力大大提高。而在内壁带有若干凸形螺旋线的芯层发泡消音管，水沿管内壁自由连续呈螺旋状流动，在排水管中央形成气柱，使管内压力降低10%，通用能力提高10倍，排水量增加6倍，噪声比普通UPVC排水管低30-40db。1.3PVC径向加筋管：生产这种管材采用特殊模具和成型后续装置，是一种重型大口径超强筋环状波纹管材。特点是管外壁上带有径向加强筋，能大大提高管材环刚度和耐压强度的作用，特别适用于市政工程中的排水。1.4PVC双壁波纹管：双壁波纹管是同时挤出两个同心管，再将波纹管外管熔接在内壁上而制成的。双壁波纹管具有光滑的内壁和波纹状外壁，质轻而强度高，比普通UPVC管可节省40-60%的原料，主要用作通讯电缆护管、建筑排水管和农用排水管等。1.5CPVC管：CPVC管材是由含氯量高达66%以上的氯化聚氯乙烯加工而得的一种耐热性好的塑料管材。CPVC管材的耐热温度比UPVC管材高30℃以上，而且尺寸稳定性提高，线膨胀系数降低。CPVC管的耐热、耐老化、耐化学腐蚀性优良，在沸水中也不变形，可用于热水、耐腐蚀液体和气体的输送。2．聚乙烯（PE）管优良的挠性：聚乙烯的挠性使PE给水管可以进行盘卷。用于不开槽施工，PE给水管道的走向容易依照施工方法的要求进行改变。良好的抗刮痕能力：可有效避免给水管道系统因刮痕而造成材料应力集中，引发管道破坏的事故发生。较好的耐冲击性：PE管韧性好，耐冲击强度高，重物直接压过管道，不会导致管道破裂。良好的施工性能：PE管道质量轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低，使用寿命长：可达50年以上。2.1PE给水管：PE给水管卫生性能优越，不含重金属添加剂，不结垢，不滋生细菌。通水性好，内壁光滑，摩擦系数极低，介质通过能力高，不泄漏。聚乙烯是惰性材料，可耐多种化学介质的侵蚀，无电化学腐蚀，不需要防腐层。PE给水管道主要采用熔接连接（热熔连接或电熔连接）和承插链接，与橡胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在因接头扭曲造成泄漏的危险。2.2PE燃气管：PE燃气管是一种高韧性的管材，其断裂伸长率一般超过500%，对管基不均匀沉降的适应能力非常强，也是一种抗震性能优良的管道。先进的电熔管件结构。嵌入式电熔管件集外形美观、施工便捷、性能优异为一体，避免了裸露式管件电阻丝易氧化、易脱丝短路及封闭式电熔管件导热性能差，焊接性能不理想等缺陷。良好的快速裂纹传递抵抗能力。聚乙烯燃气管道使用至今，尚未出现过传统材料燃气管道发生过的在管道偶然发生开裂时，裂纹便以几百米/秒的速度增长，瞬间造成几十米甚至上千米管道破坏的大事故。2.3PE缠绕结构壁管材：HDPE缠绕结构壁管材是以高密度聚乙烯为主要原料，先经第一台挤出机挤出异型方管，再由第二台挤出机挤出异型胶条，经热成型机缠绕复合而成。其内外壁光滑平整，规格φ200mm~φ3000mm。具有极强的耐腐蚀和抗化学物质侵蚀的能力，在输送腐蚀流体或在腐蚀性极强的土壤中敷设时无须任何防腐处理。可替代高能耗材质（水泥、铸铁、陶瓷）制作的管材，广泛应用于市政建设、住宅小区、运动场、广场、矿山、农业、涵洞、桥梁等领域的雨水、污废水管道系统。2.4PE聚乙烯双壁波纹管材：高密度聚乙烯双壁波纹管材具有以下特点：具有较好的柔韧性、抗震性能好HDPE是高分子聚合物，属于粘塑性材料，具有很好的柔韧性，能较好地适应沉降从而提高了管道抗震能力。具有很高的环刚度连接简单，接头密封形式合理，安全可靠管道采用电热熔带连接技术，施工快捷，连接质量高，接头强度大，可做到100%无泄漏。3玻璃钢夹砂（RPM）自1993年国家经贸委、国家教委、中科院将玻璃钢夹砂管列入国家高技术产业化计划以后，据不完全统计，迄今已铺设了约100万米的玻璃钢夹砂管，主要用于引水工程和城市配水工程以及排污工程。

近年来，有关单位对缠绕玻璃钢夹砂管制造工艺的改进，成功地增加了夹砂量，进一步提高了管的刚度，降低了成本，从而开拓了在市政工程方面的应用。

4.PPR冷热水用管材管件PPR管重量轻。密度为0.89-0.9g/cm3，仅为钢管的九分之一，紫铜管的十分之一。由于重量轻，可大大降低运输费用和安装的施工强度。卫生无毒。PP-R材料完全由碳、氢两种元素组成，未添加任何有毒的重金属盐稳定剂，材料的卫生性能已通过国家权威部门检测。耐热性能好。当工作水温为70℃，可以长期使用，短期使用水温达到95℃，软化温度为140℃。使用寿命长。PP-R管材在额定的使用温度和压力下，使用寿命长达50年以上。4.PPR冷热水用管材管件除少数氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀，不会生锈，不会腐蚀，不会滋生细菌，无电化学腐蚀。保温性能好。由于PP-R材料导热系数低，20℃时的导热系数为0.21-0.24W/mk,比钢管(43-52W/mk、紫铜管（333W/mk）小得多，故PP-R管保温性好。膨胀力小。由于PP-R材料弹性模量较小，因温度变化产生的膨胀力较小，适合采用嵌墙和地坪面层内的直埋暗敷方式。水流阻力小。管材内壁光滑，不会结垢，磨阻系数仅为0.007，远低于金属管道，通水能力较同规格的金属管道提高30%以上。4.PPR冷热水用管材管件系统连接牢固。PP-R管道采用热熔连接方式进行连接，将同种材料的管材和管件连接成为一个整体，接口处的拉伸、弯曲和冲击强度均高于管材本体强度，从而杜绝了漏水的隐患。绿色环保。在生产、施工、使用过程中对环境无任何污染，不会造成污染问题，属于绿色产品。配套齐全。PP-R管道系统配套齐全，可以解决一般工程的配套要求。造价适中。PP-R管道与镀锌管价格相当，施工便捷，造价更低。5．交联聚乙烯（PE-X）管20世纪70年代出现PEX。PEX是PE经交联而成的材料。与未经交联的PE相比，PEX可以完全消除长期静液压条件下的脆性破坏，从而提高了室温下的长期静液压强度和热水条件下的长期静液压强度性能。交联可以起到类似提高分子量的作用。从而提高材料抵抗快速裂纹增长的能力。5．交联聚乙烯（PE-X）管生产PEX比生产热塑性PE管材困难的多。随着管材的管径增大，生产难度增大。PEX通常限于生产小口径管。交联也给管材管件的连接带来困难，PEX很难采用热熔、接焊和热熔承插焊。现在使用的是电熔焊。PEX原料由专门的PE基础树脂加入必要的添加剂制成。PEX所用的PE基础树脂应有较高的分子量和较窄的分子量分布。PEX原料窄供货时是尚未交联的粉料或粒料形式的专用料。该材料在管材生产过程中或生产过程后实现交联。6．钢塑复合（PAP）管钢塑复合管采用优质碳素钢管为基体，经特殊加工工艺使钢管内壁和PE、PO、PPR、PVC、UHMWPE等化学稳定性优良的热塑性塑料有机地结合为一体。钢管外壁可根据用户需要采用多种防腐方式或包裹保温材料。钢塑复合管以钢管为基体，经酸洗、热处理等一系列工艺流程，使钢管内、外壁分别和PE、UHMWPE、PPR、PVC等材料紧密地合为一个整体。6．钢塑复合（PAP）管产品特性：

抗腐蚀性能优良输送介质和钢管完全有效的隔离，只与塑料层接触，具有良好的抗腐蚀效果，延长管道的使用寿命。耐磨性佳，不接够垢摩擦系数小，耐磨寿命是钢管的6倍。其内壁粗糙度为0.007-0.009mm，内壁光滑，输送介质时，阻力小，不结垢，这种刚柔一体的接构，可迅速消除压力冲击。机械强度高 6．钢塑复合（PAP）管对冲击、压力、弯曲和强度的影响具有很强的承受力。适用温度范围广采用不同材质的塑料，可以产耐温在-45℃~+140℃范围的管道。卫生性能良好塑料层卫生指标符合国家生活引用水输送管道标准，无毒无味，食品级的材料。使用寿命长在正常压力、温度范围下，寿命可达50年。二、管材主要性能的检测方法与评价规格尺寸维卡软化温度拉伸屈服强度断裂伸长率环刚度环柔性冷热水循环试验缺口快（慢）速裂变纵向回缩率烘箱试验密度抗压性能透光性弯曲性能压扁性能结合强度冲击试验氧化诱导时间熔体质量流动速率体积电阻率氧指数交联度可以说，以上列举的每一项指标对于管材性能来说都非常重要，换句话说，每一项都很容易不合格，所以对于检验来说很重要。2.1规格尺寸内径Di：决定过流面积和流体输送能力。应用中通常先根据流体输送能力的要求来决定。壁厚e：管壁中的材料是承受各种载荷的物质基础。壁厚是决定管材承受荷载的能力的一个关键性因素，也是管材成本高低的一个关键因素。管材强度设计的主要内容就是计算壁厚。外径De：公称直径外径与壁厚之比，即标准尺寸比SDR（standarddimensionratio）管系列S2.2维卡软化温度原理：把试样放在液体介质或加热箱中，在等速升温条件下测定标准压针在（50±1）N力的作用下，压入从管材或管件上切取的试样内1mm时的温度。压入1mm时的温度即为试样的维卡软化温度（VST）（vicatsofteningtemperature）设备：热变形、维卡软化点温度测定仪试样支架、负载杆压针（1±0.015）mm加热浴槽（试样至少在介质表面35mm以下，每小时（50±0.5）℃等速升温。试验过程注意点热变形、维卡软化点温度测定仪2.2维卡软化温度GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》QB/T2479-2005《埋地式高压电力电缆用氯化聚氯乙烯（PVC-C）套管》GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》不合格率：20％。排水管件新标准对维卡软化温度的要求有很大提高。在原料中加入适量的碳酸钙可以提高产品的维卡软化温度，但随着碳酸钙含量的继续增加，产品的加工性能就变得很差，为了提高加工性能，一些企业就会向原料中添加低分子量的增塑剂，而少量增塑剂的使用在使加工过程顺利进行的同时，也较大地降低了产品的软化温度，这种产品受力易变形、弯曲，甚至产生破坏。原理：沿热塑性塑料管材的纵向裁切或机械加工制取规定形状和尺寸的试样。通过拉力试验机在规定的条件下测得管材的拉伸性能。试验仪器：微机控制电子万能拉力试验机夹具制样（125～130）注意点GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》QB/T2480-2000《建筑用硬聚氯乙烯（PVC-U）雨落水管材及管件》2.3拉伸屈服强度断裂伸长率2.3拉伸屈服强度断裂伸长率不合格率：40％。拉伸屈服强度是对管材原料、生产等各种因素的综合反映。管材生产过程中为了降低成本，改善性能可以向原材料中加入一定量的碳酸钙，通常不超过10％，加入适量的碳酸钙能提高塑料制品的相对密度，但过量的加入降低了物料的流动性，不但会降低PVC管材的物理机械性能，严重时会磨损挤出设备。但一些企业为了追求高利润，盲目的加大碳酸钙的用量，用这些原料挤出的管材塑化不良必然影响管材的拉伸性能。另外，一些企业在原料中加入回收料，回料中常常含有杂质，这些杂质在管材挤出过程中就形成缺陷，降低管材的拉伸性能。2.4环刚度

试验原理：用管材在恒速变形时所测得的力值和变形值确定环刚度。将管材试样水平放置，按管材的直径确定平板的压缩速度，用两个相互平行的平板垂直方向对试样施加压力，在变形时产生反作用力，用管试样截面直径方向变形量为0.03d时的力值计算环刚度。试验仪器:环刚度试验仪/微机控制电子万能拉力试验机压板量具注意事项GB/T19472.1-2004《埋地用聚乙烯(PE)结构壁管道系统第1部分：聚乙烯双壁波纹管材》GB/T19472.2-2004《埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统第2部分：聚乙烯缠绕结构壁管材》环刚度试验仪2.5液压试验试验原理：试样经状态调节后，在规定的恒定静液压下保持一个规定时间或直到试样破坏。在整个试验过程中，试样应保持在规定的恒温环境中，这个恒温环境。试验仪器：液压试验机GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T18742.2-2002《冷热水用聚丙烯管道系统第2部分：管材》GB/T18998.2《工业用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统》GB/T18993.2-2003《冷热水用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统第2部分：管材》注意：250，外径三倍，大于315/10002.5液压试验液压试验机2.6纵向回缩率试验原理：将规定长度的试样，置于给定温度下的加热介质中保持一定的时间。测量加热前后试样标线间的距离，以相对原始长度的长度变化百分率来表示管材的纵向回缩率。试验仪器：电热鼓风干燥箱GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》2.6纵向回缩率纵向回缩率不合格率为4％。聚合物在高温和牵引力的作用下，分子链会沿牵引力方向取向，若工艺温度、挤出速度、牵引速度与冷却速度协调一致，聚合物分子运动特性会使这种取向大部分解除；但若生产工艺不当，这些分子取向会遗留在产品内部而形成内应力，在产品使用过程中由于内应力收缩而拉坏管道系统。内应力主要通过管材标准中纵向回缩率项目来体现。这次检查中有多家企业纵向回缩率不合格，可能是为了提高产量而加大了牵引速度，使得冷却过程与生产速度不匹配所引起。2.7密度原理:：试样先在空气中称重，再在液体中称重，计算得到试样的密度。试验仪器：分析天平GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》注意：分析天平2.7密度密度的不合格率为8％。管材在生产过程中可以添加一定的回料、改性剂等。有些厂家为了减少成本，降低了原料的使用，大量掺入劣质的回收料等降低成本，最直接的就体现在材料份量的改变，密度达不到标准要求。UPVC排水管密度要求是2006年标准修订新增加的项