給水用PVC-UH管材及連接件的性能特點

在引水工程領域,塑料管道較傳統水泥管、球墨鑄鐵管相比,具有安全可靠、節能環保、綜合造價低、使用壽命長等特點,經濟和社會效益明顯,符合國家推動經濟結構轉型升級的號召。

優質的:PVC管材產品具有高強度、耐衝擊、重量輕、耐腐蝕、連接方便、壽命長等優異性能。在美國,4英寸以上口徑的PVC給水管市場占有率達590%;美國市場整個PVC管道的需求預計將以每年6.7%的速度增長,到2019年將達到3030萬噸。在我國,隨著供水管網建設及改造數量的增多,塑料管道以其無

以比擬的優點得到快速發展,平均年增長率達10.43%。我國。PVC原料產能2500萬噸以上,產量1500萬噸左右,是世界上PVC原料生產第一大國,優質PVC管材在我國的推廣應用符合我國國情,有利於促進經濟發展。

本文主要介紹一種新型的PVC管材及連接件,該產品已製定行業標準《給水用高性能硬聚氯乙烯管材及連接件》(簡稱“PVC-UH”管材及連接件)CJ/T493-2016。本文從標準的編製背景、“PVC-UH”管材及連接件的關鍵技術內容及其在南水北調中的應用三個方麵進行了介紹,充分展示了“PVC-UH”管材及連接

件產品的性能特點及應用優勢。該產品的推廣應用有利於促進我國PVC管材質量的管控,也有利於該產品的有效合理應用,從而實現PVC管材市場的規範和優化發展。

1  標準的編製背景

在美國,給水管市場PVC管材占有率達一半以上,其產品質量優異的穩定性和可靠性與美國完善的標準體係密切相關。美國PVC管材標準中,從混配料的設計壓力和物理力學性能,到每根管材的試壓及每批管材的物性都具有嚴格的技術要求,從根本上保證了產品穩定可靠的質量。

在我國,PVC管材生產企業數百家,但質量參差不齊;部分企業采用鉛鹽穩定劑,衛生性能達不到要求;部分企業大量添加鈣粉降低成本,不能保證產品質量。而且,目前我國PVC管材的產品標準存在短板,對原材料沒有分級要求,試驗條件低於ISO標準的規定,管材規格最大隻到1000mm等,不能從根本上保證產品質量。而優質的PVC管材具有良好的抗拉、抗壓強度、良好的耐腐蝕性、流體阻力小、密封性好、重量輕、綜合成本低、使用壽命長,在重大輸水工程和市政管網建設中具有廣泛的應用。

本標準切實考慮了PVC管材的應用現狀和標準現狀,主要參照IS01452-2,並借鑒美國PVC管材產品標準ASTM D2241、AWWA C900及AWWA C905進行編製,提高並增加了產品的技術要求和試驗要求,有利於從根本上改善PVC管材的品質,促進我國PVC管道得到良性的發展和切實有效的應用。

2  PVC-UH管

2.1衛生性能

PVC-UH管材標準中規定了不應使用鉛鹽穩定劑,衛生性能應符合GB/T17219的規定。另外,經測試,PVC-UH管材產品的衛生性能也符合美國國家衛生基金會NSF/ANSI 61標準的要求。PVC-UH管材可安全使用於飲用水輸送領域,為我國實現自來水直飲提供有利資源。

2.2混配料的質量控製

混配料即基礎樹脂PVC與各種必要助劑的均勻混合物,是用於PVC管材直接擠出的原材料。混配料的分級及物性要求直接影響著管材產品的品質。美國PVC產品標準ASTM D224l、AWWA C900及AWWA C905中明確規定了PVC管材混配料的壓力設計要求HDB為4000psi(27.58MPa);PVC管材國際標準ISO1452-2中也規定了PVC管材混配料的壓力設計要求MRS為25.0MPa;我國PVC管材標準中並沒有對混配料的定級要求進行規定。

PVC-UH管材參照ISO 1452-2標準的規定,明確規定了管材用混配料的分級要求,即混配料的MRS應大於或等於25.0MPa。並且,參考美國PVC混配料的標準ASTM D1784規定了混配料的物性要求.


2.3管材性能要求和結構特點

2.3.1性能要求

    PVC-UH管材的密度、維卡軟化溫度、縱向回縮率、二氯甲烷浸漬試驗、落水衝擊、靜液壓強度等技術要求參照ISO 1452-2標準進行編製,較國標PVC-U管材的性能指標要求更高;表2列出了ISO 1452-2與美國PVC管材技術指標要求的對比,可以看出,美國標準中對PVC管材的柔韌性及每根管材的耐壓性能都有嚴格的要求,為了更好地保證管材產品質量的穩定性,PVC-UH管材參考美國PVC管材的標準,增加了壓扁試驗和整管水壓性能,從產品生產過程中管控每根管材的產品質量。

2.3.2壓扁試驗

    壓扁試驗是將樣品水平放置於兩個平行平板之間,在平板垂直方向對試樣施加壓力,直到兩個平板之間的距離達到管材外徑的40%停止加壓,將加載的壓力移除,檢查試樣的外觀。該試驗操作簡單方便,可以在管材下線後較短的時間內檢測出管材產品的柔韌性和在外力作用下管材的耐變形能力和複原能力,是產品質量監測很好的一種檢測手段。

2.3.4整管水壓性能    

參照美國AWWA C900和AWWA C905規定了管材的整管水壓檢測試驗,每支管材以其2倍的公稱壓力做整管水壓試驗,維持至少5s,管材及承口應無破裂無滲漏。管材部分與擴口部分都要進行壓力測試。該試驗保證了每根下線的管材(包括承口部分)的質量,實現了管材的過程檢驗和實時監控。

2.4管材承口結構特點

目前,PVC-U管材及其他類型的管材承口均采用後置式膠圈結構,即膠圈在管材安裝前進行。這種結構在管材安裝過程中極易產生膠圈錯位、變形,以致管道連接處漏水。

PVC-UH管材采用一體成型的鋼骨架密封圈承口結構,安裝快捷方便,並且避免了後置膠圈在安裝中扭曲、變形、錯位等問題,保證了安裝質量和連接的密封性;並且,管材的插口端有插入深度標記。 

3  PVC-UH管材連接件

3.1大口徑PVC-UH管材連接件開發的必要性

目前PVC管道係統中管材的尺寸可達直徑1200mm,管材使用壽命至少可達50年,但管道連接件如三通、法蘭、彎頭等卻由於PVC樹脂熔體粘度高、流動性差,注射壓力和熔體溫度對流動性影響不敏感,樹脂成型溫度與熱分解溫度區間較窄,公稱直徑630mm以上的大口徑PVC管件,難以通過注塑成型的方法獲得。目前大口徑PVC管道連接件多采用鑄鐵、鋼塑材質,鋼製管件易腐蝕壽命隻有十幾年左右,采用防腐處理後,也難與PVC管材具有相同的使用壽命,而且,由於塑料管道係統與鑄鐵管道係統不是相同的尺寸係列,使用鑄鐵管件要建立一套新的管件體係,花費巨大的投入,並有可能對環境造成影響和破壞。

新型大口徑PVC-UH管材連接件具有抗蠕變、防脫出、高韌性、高強度、內阻小、通徑大的顯著特點,低溫抗衝擊和抗應力開裂性能好,化學穩定性強,壽命長達50年。該連接件的開發和應用有效解決了大口徑PVC管材使用鋼塑管件(或鑄鐵管件)導致的腐蝕泄漏問題,實現了連接件與管材壽命同步,保證了整個管道係統50年以上的使用壽命。

3.2大口徑PVC-UH管材連接件的結構

在聚乙烯管道係統中,大口徑聚乙烯(PE)連接件製作技術成熟,大口徑PVC-UH管材連接件是采用一種具有獨特承口密封結構的承插連接接頭,與聚乙烯(PE)管件焊接形成的新型PVC管材連接件,有效地將大口徑PE管件引入PVC管道係統中,解決了大口徑PVC管道連接問題。以彎頭為例,連接件組成。

連接件中承插連接接頭為聚乙烯(PE)材質,通過特殊設計的密封圈,大大增加了承口部位對間隙的適應性,密封環槽的特殊設計,使密封圈具有抗拉拔、防脫出的特性,並且承口部位采取特殊的加固增強措施,有效地解決了PE材料蠕變性能對機械式承口長期密封性能影響的技術難題。連接件承插接頭的注塑工藝及成型模具設計中采用大流孔熱流道係統設計,縮短注料時間對品質的影響與控製;冷卻工藝控製防止冷卻過程形成結晶孔洞。從結構設計和工藝控製方麵保證了產品質量。連接件承插連接接頭

在設計和應用方麵,PVC-UH管材連接件的種類及壓力等級均可以滿足一般輸水工程的應用。並且,根據實際應用的需要,CJ/T 493-2016中規定了大口徑PVC-UH管材連接件的主要應用類型,包括雙承口彎頭、三承口三通、雙承口變徑、雙承口套筒、法蘭承口接頭、法蘭支管雙承口三通等。