高性能PVC-UH給水管的開發(fā)和應(yīng)用

白德勇 王全龍

【摘要】本文從配混料、擠出塑化、模具成型三個方面介紹了PVC-UH管材生產(chǎn)技術(shù)，分析了現(xiàn)有配套PVC連接件、管材在工程應(yīng)用中的優(yōu)勢、弊端及PVC-UH管材的綜合性價比等幾個涉及管材應(yīng)用的關(guān)鍵問題，在此基礎(chǔ)上提出了技術(shù)發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】PVC-UH管材;PVC連接件;工程應(yīng)用;發(fā)展方向

給水用高性能硬聚氯乙烯（PVC-UH）管材源于西方國家，與PVC-U管材相比，提升了抗內(nèi)壓指標(biāo)，優(yōu)化了韌性，增加了內(nèi)置鋼骨架膠圈，在地埋管應(yīng)用上具有很好的效果。2016年我國頒布了《給水用高性能硬聚氯乙烯管材及連接件》（CJ/T 493）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與美國標(biāo)準(zhǔn)相比增加了產(chǎn)品規(guī)格和連接件，該管材標(biāo)準(zhǔn)各項指標(biāo)的要求高。目前國內(nèi)少有的幾家企業(yè)具備全規(guī)格、全系列生產(chǎn)能力，PVC-UH管材現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸水、城市供水、機(jī)場消防供水、管廊給排水項目中[1]。本文從PVC-UH管材的生產(chǎn)、配套PVC連接件、應(yīng)用在工程中的優(yōu)勢、弊端、技術(shù)發(fā)展方向、PVC-UH管材的綜合性價比幾個方面對高性能PVC-UH給水管的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

1.PVC-UH管材的生產(chǎn)

生產(chǎn)工藝主要包括配混料的制備，擠出機(jī)的塑化，模具成型幾個方面。

1.1 ?混配料

混配料強(qiáng)度MRS≥25MPa，為了適應(yīng)模具的壓力、停留時間、壓縮比的要求，在調(diào)配中可將各種產(chǎn)品規(guī)格按照口徑分組，以滿足生產(chǎn)的穩(wěn)定性及各項指標(biāo)要求。按dn20-dn90，dn110-dn315，dn355-dn630，dn710-dn1000，dn1200-dn1600分為五組，結(jié)合各尺寸組對熱穩(wěn)定性能的要求，調(diào)配內(nèi)外潤滑劑和加工助劑。熱穩(wěn)定體系選用有機(jī)錫、稀土助劑時，采用高錫含量的熱穩(wěn)定劑，如美國皮姆斯的T31，防止酯類過多在后續(xù)加工中影響產(chǎn)品維卡軟化點(diǎn)溫度;加工助劑選用日本三菱的P-533和P-551，主要是控制PVC材料的比重和提高塑化度，保持管材的強(qiáng)度和性能穩(wěn)定性。

1.2 ?擠出機(jī)的塑化

國內(nèi)擠出機(jī)主要是錐形雙螺桿擠出機(jī)、平雙螺桿擠出機(jī)，因國內(nèi)制造廠家的產(chǎn)品在螺筒、螺桿的材質(zhì)、熱處理工藝、加工精度達(dá)不到要求，造成混合料在中段、尾端壓縮比不一致，回流的部分料漿熱穩(wěn)定差、潤滑不平衡狀態(tài)，在模具分流器形成愈合線部位的強(qiáng)度不足現(xiàn)象，必須用德國的品牌擠出機(jī)螺桿、螺筒，保障混合料在螺桶內(nèi)塑化、熱穩(wěn)定、潤滑的平衡，螺桿出口壓力保持在20MPa以上，才能保證擠出模具所需正常壓縮比。

1.3 ?模具成型

按照規(guī)格和壓力的分組進(jìn)行配置模具，dn200以下口徑管材模具壓力正常保持在12MPa-15MPa;dn225-dn400模具壓力保持在15MPa-18MPa，以上口徑公稱壓力大于1.25MPa的管材要根據(jù)芯層塑化增加模壓。dn500-dn630模具壓力保持18MPa-20MPa;dn800以上的要銜接混配料的熱穩(wěn)定、潤滑體系，隨著大口徑的米重增加對擠出機(jī)的擠出量增加，在模具內(nèi)停留的時間大于30min時，要根據(jù)混合料的熱穩(wěn)定、潤滑體系、溫度等綜合情況確定生產(chǎn)工藝參數(shù)。

特大口徑管材模具要采取雙分流或星式分流設(shè)計理念，避免單層截面過厚壓力聚集，形成的料漿溫差大，造成斷面分解問題，影響分流效果。

2.配套PVC連接件

國內(nèi)在dn315以下口徑的基本齊全，dn355以上沒有配套管件。這主要是因為注塑機(jī)的注射量不足，大型注塑機(jī)螺筒內(nèi)混合料的停留時間長，導(dǎo)致混合料內(nèi)熱穩(wěn)定、潤滑劑多造成產(chǎn)品維卡低。由于全塑配套管件不足，工程連接過程中使用鋼塑管件情況較普遍，管材和管件材質(zhì)有不確定因素，在管件和管材不一致的情況下，可能會影響PVC-UH管道系統(tǒng)使用壽命，無法達(dá)到預(yù)計使用年限。

3.應(yīng)用在工程中的優(yōu)勢、弊端

3.1 ?PVC-UH管材優(yōu)勢

聚氯乙烯材料模量在2800 MPa，PVC-UH管材的環(huán)應(yīng)力42 MPa，大中口徑的實(shí)驗室檢測壓力在公稱壓力等級的3.34倍，整根管材連接檢測壓力在2倍，和PE管相比較有較高的耐壓性能，特別是內(nèi)置鋼骨架膠圈相比較PVC-U的活套承插膠圈，具有安裝便利、安全、密封效果好的優(yōu)勢，管材摩擦因數(shù)在0.007，管材的伸縮量按下式計算 ?△L=L·a·△t，其中：

△L-管道伸縮量（m）;

L-管道長度（m）;

a-線性熱膨脹系數(shù)，采用6×10-5～8×10-5 m/（m·℃）;

△t-溫差（℃）

在同類給水管材中相比較具有耐腐蝕、摩擦因數(shù)低、輸水節(jié)能的綜合優(yōu)勢，在地埋管道管材項目中具有很好的性價比。

3.2 ?PVC-UH管材弊端

（1）同材質(zhì)配套管件規(guī)格不齊全，而且是承插活套膠圈，只能采用鋼塑管件配套使用，管材壽命≥50年壽命，鋼塑管件壽命短，造成管道系統(tǒng)的使用壽命短板;

（2）PVC-UH管材在給水、消防供水項目，應(yīng)用在成都天府機(jī)場項目中，在管道工程中有諸多的開關(guān)閥，在關(guān)閉閥門時管道有壓差時位移嚴(yán)重，甚至漏水現(xiàn)象;

（3）PVC-UH管材只限于地埋式長距離輸水項目，有閥門位置造成壓差時位移嚴(yán)重，管材連接采用承插方式，在管溝、管廊中、明渠中固定成本過高，有水錘現(xiàn)象使用不穩(wěn)定因素;

（4）PVC-UH管材在城市供水工程中，只限于地埋的條件，無法和城市其它配套管道共用管溝，固定措施不好實(shí)施。

4.PVC-UH管材的綜合性價比

（1）在給水管道工程中的耐腐蝕、耐高壓性能、低糙率、應(yīng)力小、壽命長的綜合優(yōu)勢，具備百年管道工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐;

（2）適應(yīng)在40℃以下的所有給水工程，相應(yīng)的管材價格在鑄鐵、PE類管材節(jié)約在20%以上;

（3）在1600 mm口徑以上填補(bǔ)了塑料管道的空白，為將來的大型調(diào)水工程增加可選技術(shù)的儲備;

（4）生產(chǎn)技術(shù)已具備移動生產(chǎn)，可采取工程現(xiàn)場制造模式，減少連接部位，增加安裝效率;

（5）管材采用承插安裝，不受溫度、濕度、水浸的干擾，具有安裝便利施工快的優(yōu)勢。

5.技術(shù)發(fā)展方向

綜合現(xiàn)有的管材各種優(yōu)勢性能，突破現(xiàn)有國內(nèi)1200大口徑管道的技術(shù)限制，做到3000 mm特大口徑的管材，為我國大型供水工程提供戰(zhàn)略性的技術(shù)保障，如何補(bǔ)齊短板，使其成為給水工程中的主力軍，需研發(fā)在同類管材中的使用范圍，做好以下技術(shù)研發(fā)攻關(guān)。

5.1 ?增加管材止脫措施

PVC-UH給水管材止脫措施，管材在內(nèi)置鋼骨架膠圈的位置增加自鎖裝置，止退壓力啟點(diǎn)保持在管材運(yùn)行壓力等級以上，解決管道在安裝運(yùn)行中的位移現(xiàn)象[2]。

5.2 ?完善管件產(chǎn)品性能

管件按照規(guī)格分組實(shí)施技術(shù)研發(fā)方向，完善管件的產(chǎn)品性能，使用同材質(zhì)PVC材料，保持產(chǎn)品74℃的維卡軟化點(diǎn)。

（1）dn315口徑以下的管件，用注塑生產(chǎn)工藝制造PVC彎頭、三通等配套管件，采用內(nèi)置鋼骨架膠圈注塑管件，內(nèi)插口位置增加自鎖裝置，壓力等級不足時外敷無機(jī)纖維增強(qiáng)，止退壓力啟點(diǎn)達(dá)到管材同等壓力等級，解決管材和管件連接處的位移現(xiàn)象;

（2）dn355～dn630的彎頭、三通主要部件，采用PVC材質(zhì)整體注塑件，連接帶自鎖功能的鋼骨架膠圈短管和管件連接，連接部位采用纖維增強(qiáng);

（3）大于630的直至1600 mm口徑的管材配套管件，采用PVC-UH管材焊接組合，外敷纖維增強(qiáng)措施，按照相應(yīng)壓力等級配套制作;

（4）國內(nèi)現(xiàn)階段已成功制作大口徑管件，現(xiàn)有的1800 mm口徑管材已順利生產(chǎn)投入市場應(yīng)用，且已制造出3000 mm特大口徑的管材模具，隨著國內(nèi)大型調(diào)水工程的開發(fā)，我國已具備制造特大口徑3000 mm的生產(chǎn)技術(shù)，在國際同類管材中具有了領(lǐng)先能力，具備了戰(zhàn)略性的技術(shù)儲備。

6.總結(jié)

PVC-UH管材增加自鎖裝置，保持了管材的各項耐壓、耐腐蝕、增韌、摩擦因數(shù)低的優(yōu)勢，將來在明裝、管廊、管溝、城市給水、消防供水等帶壓輸水的工程中有廣泛的應(yīng)用空間;應(yīng)完善同材質(zhì)配套管件，保持其各項性能的優(yōu)勢，使用整體性提高到≥50年壽命的優(yōu)勢，直至百年的使用價值，提升塑料管材在給水、消防供水工程中的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]郁董凱，劉國棟.PVC-UH低壓排污排水管施工技術(shù)[J].技術(shù)與市場，2017，24（08）：151-153.

[2]袁本海，朱瑞霞，賈金金.給水用PVC-UH管材及連接件的性能特點(diǎn)和應(yīng)用[J].中國給水排水，2017，33（14）：33-36+39.

（作者單位：1.四川省機(jī)場集團(tuán)有限公司 ?2.山東東信塑膠有限公司）

【中圖分類號】TU991.36

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0122-02