PVC-U管材（共4篇）
PVC-U管材 篇1
目前, 我国塑料管道生产量超过了1000万吨, 居世界第一, 建立了聚氯乙烯 (PVC) 、聚乙烯 (PE) 和聚丙烯 (PP) 材料为主的塑料管道加工产业。据统计, 2011年, 塑料管道中PVC材料占总量的55%。硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材因其优异的性能和低廉的成本, 已逐步取代了铸铁管等传统管材, 大量用作建筑物排水管道, 2011年底, 在新建住宅里使用超过90%。其中, 相当大部分用于作建筑物外。
由于PVC分子结构的特点, 使其在加工和使用过程中光氧、热氧稳定性差。PVC-U排水管材, 长期暴露于自然气候环境中, 由于受到各种大气因素如光、热、氧、水汽、灰尘, 以及工业大气污染物的综合作用, 如酸雨、酸雾、霾等, 不可避免会发生老化破坏, 外观上出现变色、粉化, 物理性能逐渐降低, 甚至不能继续使用即失效。
1 PVC-U排水管材户外老化影响因素研究现状
PVC-U管材的自然气候老化是复杂的物理化学变化过程, PVC-U是成分最复杂的塑料之一, 是由基材PVC与超过10种其他物质组成的混合物, 各组分对上述一种或者多种环境因素呈现不同活性, 发生化学和物理变化。
对于PVC-U管材的户外老化原因, 国内外研究者已进行了大量的工作。结合多年检测及研究经验, 笔者初步总结为以下几个方面。
1.1 PVC分子结构缺陷
普遍认为, PVC自身分子结构的缺陷是影响其户外老化性能的主要内因[1,2,3]。PVC分子结构中, 氯乙烯单体按首尾方式相连接形成的有规则的线型分子链, 这种正常分子链占绝大多数。其中的氯、氢原子只与仲碳原子接合, 这种结构是比较稳定的。而分子链中的异常结构, 如“头-头”、“尾-尾”的不规则连接方式及不饱和双键、支链等缺陷, 会导致PVC的热稳定性能变差, 容易脱出氯化氢 (HCl) , 形成使PVC着色的多烯结构。双键的存在, 尤其是分子链末端形成的不饱和双键, 容易发生氧化断链等, 而且其含有的不稳定丙烯基氯也容易脱出。当有支链存在时, 支化点上的叔氯原子或叔氢原子都是老化反应时易受攻击的部位, 它们的链能较低, 尤其是叔氯链更易活化发生反应。支化点上的叔氯甚至在聚合时就能与邻近的氢原子作用脱出HCl, 继而在分子链内产生双键结构。当PVC聚合过程中采用过氧化物作为引发剂或有氧存在时, 则可使分子链含有-OH或-O-等基团, 也会存在老化隐患。
1.2 紫外光老化
光降解-氧化反应是造成PVC材料降解的主要外因[4,5,6,7,8]。太阳光中波长较短、能量较高的紫外光是引起PVC材料老化的主要因素。太阳光的波长范围为150nm-10000nm之间, 由于大气层的消光作用, 照射到地面上的太阳光由紫外光 (波长150nm-400nm) 、可见光 (波长400nm-800nm) 和红外光 (波长800nm-3000nm) 组成, 三者占比分别为:5%、40%和55%。尽管紫外光仅占5%, 但因其能量大, 对PVC-U排水管材的破坏作用是最严重的。据光量子理论, 在290nm-400nm范围的紫外光所具有的能量一般高于聚合物分子链上各种化学键断裂所需能量, 且远紫外光 (200nm-300nm) 的存在会使材料的光氧老化变得更加明显。实验表明, PVC-U排水管材曝露在紫外光辐射下会变黄, 随着时间的增加会变成深红棕色。这是因为聚合物发生链断裂和交联, 生成共轭多烯, 改变PVC的吸收光谱, 造成变色, 同时伴随有大量的HCl释放出。主要原因就是上述PVC分子结构中的缺陷结构, 这些结构会吸收紫外光, 同时会发生氧化交联和氧化降解两个反应。
另外, PVC-U管材颜色也是影响其老化性能的一个重要因素, 这一点在之前的研究涉及很少。国际标准ISO 3633:2002[9]中规定, PVC-U排水管材颜色宜为灰色。灰色管材中添加有炭黑, 炭黑是有效的光屏蔽剂, 所以其户外耐候性较好。在我国引进并使用PVC-U管材初期, 其颜色大部分为灰色, 当时的国家标准GB/T 5836.1-1992[10]中也规定PVC-U排水管材颜色应为灰色。随着行业发展和市场需求的不断变化, 出现了部分添加甚至全部使用回收废旧塑料的管材, 在灰色外观的掩盖下, 一般用户很难区分, 逐渐造成灰色管材市场萎缩, 迫使厂家生产白色管材。目前国内很难见到灰色PVC-U排水管材。颜色的改变也在一定程度上降低了PVC-U排水管材的户外耐老化性能。
安装使用不规范也是造成PVC-U排水管材户外老化的重要原因。PVC-U排水管一般建议暗装[11], 如用在户外, 应尽量安装在建筑物阴面, 若安装在阳面, 应做好相应的防护措施。但实际情况并非如此, 大量PVC-U排水管, 尤其是用作雨落水管时, 安装在建筑物阳面, 且很少采取防护措施, 如外包覆耐老化材料等。
1.3 产品质量问题
上世纪国内刚开始使用的PVC-U排水管材, 老化性能优越, 使用寿命长, 很大一部分原因是当时生产的管材, 都是严格按照标准或规范生产的, 不会添加过量的填料, 更不会使用回收废旧塑料, 产品出厂性能就很优越。上世纪90年代初, 吕飞华[12,13]等对在广州地区户外曝晒了17年的PVC-U排水管材进行了分层取样研究, 通过测定红外光谱发现, 管材的表面层 (约100μm以内) 老化程度较高, 往里老化程度急剧减弱, 最终测定老化层深度为350μm-400μm, 老化程度是很轻微的。这足以证明当时的产品质量和老化性能都很优秀。
然而, 因为恶性竞争, 目前PVC-U排水管材填充过量填料, 如CaCO3等, 已是相当严重的一个问题, 其目的就是降低成本。GB/T 5836.1-2006[14]中规定, 生产管材的原料中聚氯乙烯树脂质量百分含量不宜低于80%, 按此规定, 填料的添加量一般不宜高于15%左右。但目前市场上的PVC-U排水管, 通过测定管材密度和拉伸强度, 填料的添加量一般在20份以上, 普遍在50份左右, 更有甚者超过100份, 个别厂家会添加更多。随着CaCO3添加量增大, 管材物理力学性能逐渐降低。实际检测过程中, 部分PVC-U管材的拉伸屈服强度低于20MPa (国标规定≥40MPa) , 个别会在10MPa左右, 如此低劣的产品质量下, 户外老化性能会急剧下降。例如, 某工程中外墙使用的PVC-U排水管材, 不到半年时间出现大范围粉化、破裂现象, 经我中心检测, 管材密度将近2000kg/m3, 远高于国标要求的1350 kg/m3-1550 kg/m3, 经初步测算, CaCO3的填充量在150份以上。
空气中的CO2和水, 会与CaCO3反应, 由外到内逐步腐蚀整个管材, 物理力学性能逐步降低至失效。同时, PVC降解时产生的HCl等在水存在的情况下, 也会与大量的团聚CaCO3反应, 造成腐蚀。同时, 添加过量的CaCO3必须添加过量的添加剂, 如增塑剂等, 紫外线对这些添加剂的破坏也是比较严重的, 会逐渐使其失去原有功能, 造成管材的降解。
1.4 环境污染
环境污染, 尤其是大气环境污染, 也会造成PVC-U排水管材性能的改变。
在严重污染出现酸雨、酸雾、霾的地区, 空气中含有大量氮、硫氧化物。氮氧化合物氧化性较强, 会氧化PVC分子中的双键结构, 生成亚硝酯基、硝基、硝酸酯基等支链。硫氧化合物对PVC脱出HCl有促进作用[15]。同时, 酸雨、酸雾以及霾, 也会与管材中添加的CaCO3反应, 从内到外逐步腐蚀管材。
另外, 环境污染也会造成稳定剂等加工助剂的迁移。我们知道, PVC-U制品中, 使用复合铅盐稳定剂是最经济且有效的。目前, PVC-U排水管材仍然大量使用这种稳定剂。铅盐稳定剂具有良好的热稳定性, 但在加工过程中残留的SO42-、SCl33+等离子, 以及空气中的硫, 均易与Pb2+反应, 并逐渐迁移到管材表面, 会在局部产生灰色或者黄色斑点[16], 性能也逐步下降。
1.5 温湿度、氧气等影响
PVC-U排水管材产品维卡软化温度在74℃-85℃, PVC早期着色温度为90℃-130℃, 长期受热降解温度超过190℃[17], 户外环境中的热效应不足以造成PVC-U排水管材分解脱出HCl。但在某些辐照较强、温度较高地区, 管材吸收红外线后外表面温度升高, 与紫外光、氧及水综合作用, 进一步加速材料的老化。
2 结语
影响PVC-U排水管材户外老化性能的因素, 主要是PVC分子结构的缺陷、紫外光老化以及产品质量不合格。同时, 大气污染, 人为改变管材颜色, 以及不按规定安装使用, 都会造成PVC-U排水管材的户外老化。在以上内外因素的综合作用下, PVC-U排水管材户外老化性能面临严峻的考验。
针对以上情况, 原材料生产厂家、管材生产厂家、科研单位、施工单位、质量监督监管部门等, 应从上游原材料开发到下游最终使用, 各尽其力, 努力提高PVC-U排水管材的户外老化性能。
PVC-U管材 篇2
众所周知, 聚氯乙烯 (PVC) 管材一直是我国应用量最大的塑料管材, 目前已经普及到建筑给水、建筑排水、埋地给水、埋地排水、电工套管、工业和农业用管等各个领域。
传统的PVC-U管材虽然具有高模量、高强度且价格较低等优点, 但由于材料本身的性能缺陷曾出现了一系列的工程事故。
一方面, 不规范的搬运与施工导致给水用PVC-U管材在工程试水、管网运行过程中出现低应力、短期开裂漏水现象。
另一方面, 由于PVC-U管材刚而不韧, 抗冲击和抗开裂性能差, 在受到外界大力冲击时就容易发生脆裂破坏。
因此, 保持PVC-U管材原有的高强度、高模量的优良性能, 改善其韧性不足的缺点, 提高其抗冲性和抗开裂性, 就成了突破PVC-U管材局限性的关键。
高抗冲改性PVC-M管材的开发和应用为PVC管材产品注入了更强的生命力与竞争力。通过加入适当品种和分量的改性剂以及采用适当的加工工艺, 可以使得改性后的PVC韧性有较大的提高, 极大地降低了脆性开裂的可能性, 通常应用的改性剂是氯化聚乙烯 (CPE) 或者聚丙烯酸酯类 (acrylics) 。改性剂在PVC的母体内起橡胶一样的作用, 使材料有良好的韧性, 从而提高管材的韧度和减少对于切口的敏感性。其原理是适度的降低材料的屈服强度, 使得在可能引发开裂的危险点出现韧性变形, 避免裂纹引发和增长。结果是有较高的安全性, 同时由于韧性的提高可以采用更低的设计系数达到节材之目的, 这种改性的管材通常称为PVC-M。这种方式目前在全世界范围内被广泛采用。
2 PVC-M管材与PVC-U管材性能对比
以给水用抗冲改性聚氯乙烯 (PVC-M) 管材 (执行标准:CJ/T272-2008《给水用抗冲改性聚氯乙烯 (PVC-M) 管材及管件》) 和给水用聚氯乙烯 (PVC-U) 管材 (执行标准:GB/T10002.1-2006《给水用聚氯乙烯 (PVC-U) 管材》) 为例进行对比分析, 见表1。
从表1可以看出, PVC-M管材除具有PVC-U管材物理机械性能好、耐化学性能高、使用寿命长等优点外, 还具有以下优异特性。
2.1 优异的韧性和抗冲击性能
PVC-M在保持普通PVC-U管材的强度的同时, 提高了管材的柔韧性。良好的韧性提高了管材的抗冲击性能, 能有效抵抗安装和运输过程对管材的外力冲击, 提高了管材抗外力破坏能力。
以dn160mm管材为例, 在0℃下的落锤冲击试验, PVC-U管材和PVC-M的冲击锤头半径均为12.5mm, 冲击高度均为2m, 但PVC-M的冲锤质量为8kg, PVC-U管材的冲锤质量H级为3.2kg、M级仅为2kg。显然, PVC-M承受的冲击能量远远高于PVC-U管材, 说明PVC-M的韧性远高于普通PVC-U管材。
PVC-M管材22℃、20m快速冲击试验更具说服力。标准要求在22℃下进行试验, 落锤质量为10～30kg (以dn160mm管材为例, 冲锤质量达15kg) , 冲击高度为20m, 标准要求试验后所有试样不发生脆性破坏为合格, 而PVC-U管材则没有这项要求。经过系统的对比测试发现:PVC-M管材受冲击后均为韧性破坏, 在管材外壁上冲出一个小坑, 管材本体并未受到损害;但在同样条件下做试验, PVC-U管材受冲击后则发生碎裂 (脆性破坏) 。
2.2 优异的抗开裂性能和耐点载荷的能力
与PVC-U管材相比, PVC-M管材的抗开裂性能和耐点载荷的能力显著提高, 能更有效地防止刻痕效应和快速裂纹扩展效应的产生。如果不慎在管材表面造成划伤、划痕也不会对管材的使用造成影响。为检验PVC-M的抗应力开裂性能, 标准专门规定了切口管材液压试验项目。
切口管材液压试验是为了判定管材表面受到损伤后材料对缺口的敏感程度。首先要在管材表面加工切口, 切口深度为管材壁厚的10%, 然后以切口处剩余厚度计算试验压力并按此压力进行试验, 试验结果以管材无破裂、无渗漏为合格。此项试验与流体输送用PE管材要求进行的耐慢速裂纹增长 (切口试验) (GB/T18476-2001) 原理基本一致, PVC-U管材则不要求做此试验。
切口管材液压试验结果表明:PVC-M管材抗应力开裂能力、抗裂纹增长能力和抗点载荷能力都很强。由于PVC-M管材对切口的敏感性降低, 消除了安全隐患, 从而保障了管线长期、安全、可靠地运行。
3 PVC-M管材的经济效益和社会效益
PVC-U管材虽然本身强度高, 但由于抗冲击性能差, 只能以牺牲强度、增加厚度来保证安全, 没有充分发挥PVC材料高强度的优势, 造成了PVC材料的浪费。
而PVC-M管材, 通过加入抗冲改性剂提高了韧性, 增强了PVC-M材料应用的安全性, 因此可以通过降低管道的设计系数即C值, 采用较高的设计应力, 从而达到减小壁厚, 节约材料的目的, 同时也充分发挥了PVC材料的强度优势。
从表2和表3比较中可以看出, 在同等公称压力下, PVC-M管材的壁厚比PVC-U管材的壁厚明显减薄, 一般可减少现PVC-U管材的25%左右, 不仅降低了成本, 而且加大了流通截面, 增加了流量, 给千千万万的用户和企业带来了更多的经济实惠, 具有显著的经济效益和社会效益。
4 结论
PVC-M管材是一种节能型、高抗冲、卫生级的给水管材, 它克服了PVC-U管材易破裂、韧性差的问题, 能有效地抵抗点载荷和地基不均匀沉降, 可以有效降低对施工环境的苛刻要求, 提高了管材的抗地震性能与抗风险能力, 延长了使用寿命;它克服了PVC-U管材在装卸、运输过程中易受磨损、刻痕、暗伤从而导致压力下降的弊端, 可以有效抵抗外力冲击, 提高运输可靠性和安全性。
mm
注:公称壁厚 (en) 根据最小要求强度 (MRS) 24.5MPa、设计应力 (σs) 16MPa确定。
mm
注:公称壁厚 (en) 根据设计应力 (σs) 12.5MPa确定。
PVC-M管材已被列入《中国塑料制品业“十二五”规划》推广应用的新材料类管道系统, 不仅可以全面取代给水用PVC-U管材的应用市场, 而且还可以推广到矿用管道、工业管道以及非开挖敷设管道等其他领域, 市场前景十分广阔。
PVC-M管材在国外和我国东部发达省份已有广泛应用, 但在甘肃应用较少, 希望甘肃工程建设管理机构、设计部门、施工单位及质检部门联合起来, 大力推广应用PVC-M管材, 为甘肃在“十二五”期间的跨越式发展做出贡献。
参考文献
[1]CJ/T272-2008, 给水用抗冲改性聚氯乙烯 (PVC-M) 管材及管件[S].北京:中国标准出版社2, 008.
PVC-U管材 篇3
PVC扩口技术 (扩张性承口) 是对PVC-U管材直管通过扩口机对直管进行扩口, 生产出带扩张性承口PVC-U管材。扩张性承口的PVC-U管材的生产过程是:通过挤出生产线挤出成型, 生产出PVC-U管材直管, 然后通过专业扩口机对直管进行扩口, 生产出带扩张性承口PVC-U管材。该管材广泛应用于管道安装工程。
2 带扩张性承口PVC-U管材的优点
带扩张性承口PVC-U管材是直接取代管件的连接性直通或伸缩节配件。使用带扩张性承口PVC-U管材的优点:
⑴安装方便, 节省人工。
⑵节省材料, 提高材料利用率。
⑶降低成本。
由图1可见, 用管件连接需要两个承口连接操作, 而用带胶粘剂连接型承口管材连接只需要一个承口连接操作。
由此可见, 使用带胶粘剂连接型承口管材连接比普通管件连接, 节省了一个承口连接的工作时间和一个承口连接的材料 (一个承口连接的胶粘剂、一个承口材料) , 管道的安装成本大大减少了。
因此, 带胶粘剂连接型承口管材广泛应用于管道安装工程。
3 目前带扩张性承口PVC-U管材的生产方式
扩张性承口PVC-U管材的生产过程是:
⑴生产直管。通过挤出生产线挤出成型, 生产出PVC-U管材直管。
⑵把直管扩口成带扩张性承口管材。通过专业扩口机对直管进行扩口, 生产出带扩张性承口管材。
4 目前带扩张性承口管材的产品缺陷
虽然带胶粘剂连接型承口管材广泛应用于管道安装工程, 但传统生产方式生产出来的带胶粘剂连接型承口管材存在缺陷。正常情况下, 通过挤出成型生产出来的PVC-U直管的壁厚是基本一致的, 通过扩口以后, 承口的壁厚、承口与直线段过渡的壁厚会小于原管的壁厚。具体以以下几个例子说明:
例1:以建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材中带胶粘剂连接型承口管材为例, 我们对3种品牌的产品的扩口尺寸进行分析, 发现普通扩口技术使部分规格的产品存在承口尺寸不符合标准要求的情况, 判定依据为:
《建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材》 (GB/T5836.1-2006) 5.3.5.1胶粘剂连接型管材承口尺寸, 注:管材承口壁不宜小于同规格管材壁厚的0.9倍, 密封圈槽壁厚不宜小于同规格管材壁厚0.75倍。
《建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材》 (GB/T5836.1-2006) 5.3.5.2弹性密封圈连接型承口尺寸, 注:管材承口壁不宜小于同规格管材壁厚的0.9倍, 密封圈槽壁厚不宜小于同规格管材壁厚0.75倍。
具体数据见表1~表3。
经过对比我们可以发现, 在生产带胶粘剂连接型承口的建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材的承口尺寸在小管部分 (公称直径为32和40) 没有达到国家标准的要求。
在实际使用中, 由于带胶粘剂连接型承口的建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材的承口壁厚变薄, 连带其承口部分与直管连接过度部分也存在变薄现象, 在带胶粘剂连接型承口的建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材与直管用胶粘剂连接后, 连接部分壁厚变厚, 但未连接的承口部分 (B) 和承口与直管连接的过度部分 (A) 由于壁厚未能改变, 在使用性能上比直管的性能差了, 存在一定的安全隐患。具体情况见图4。
产品名称:建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 胶粘剂连接型承口管材
单位:mm
产品名称:建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 胶粘剂连接型承口管材
单位:mm
产品名称:建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 胶粘剂连接型承口管材
单位:mm
综上所述, 传统的带扩张性承口PVC-U管材确实存在不足, 给产品留下了安全隐患。
有鉴于此, 我们通过大量的资料收集和无数次的试验, 研究出了一套“扩张性承口PVC-U管材的改良设备”, 有效地解决了这个安全隐患。
5 一种扩张性承口管材改良技术
为了解决扩张性承口PVC-U管材因承口壁厚不足而带来的安全隐患, 我们采用了预留一定长度和厚度的方法来解决问题。
具体办法为:在管材直管挤出加工过程中, 生产出有预留“将要扩张成承口的部分管材”在指定的位置, 并有对应的厚度和长度, 再把预留的部分通过扩口机扩张成承口, 而形成带扩张性承口的管材, 这样形成扩张性承口管材的承口部分和承口与直管连接的过渡部分的壁厚就会达到直管部分的厚度。具体见图5。
要实现扩张性承口管材改良的关键在于:在生产直管的过程中, 需要把生产出来的直管预留将要扩张成承口部分的厚度和长度。要实现这个效果, 需要对挤出生产线进行准确的生产速度计量、牵引速度计量、切割位置的感应、切割长度的核算, 再经过调整设备合理调整牵引机的运行或其他生产设备的运行状态, 才能达到。实现这一效果的整套设备, 我们称为“带扩张性承口PVC-U管材的改良设备”。
带扩张性承口PVC-U管材加工的其他部分如扩口等传统生产方法可以完成的部分, 就不在此详细描述了。这里重点介绍一下“带扩张性承口PVC-U管材的改良设备”的设计、安装和工作实施。
(以其中一种连续牵引、计码测长、在线切割的挤出生产线上应用的在线增厚仪为例)
设计原理:通过对牵引速度、切割位置的测量, 通过换算, 利用特定时间点的一段对应时间内的一定比例的牵引调速, 准确地把管材指定位置的一定长度的管材厚度, 进行有目的性的调整, 从而达到预定效果。
6 具体工作实施步骤
⑴计划好要生产的带扩张性承口的管材的产品规格、名称、数量, 并准备好相关的技术要求 (如执行标准) 、生产设备配置、生产材料等相关资料。
⑵计算好将要扩成承口的管材承口加过渡段 (承口与直管连接长度) 长度和需要预留的厚度。具体方法为:根据扩口前管材截面积约等于扩口后的管材截面积原理, 计算出扩口前将要扩口成承口的管材壁厚。计算公式为:
预留扩口前承口部分壁厚=扩口前外圆半径-SQRT (扩口前外圆半径×扩口前外圆半径- ( (扩口后内圆半径+将要达到壁厚) × (扩口后内圆半径+将要达到壁厚) -扩口前外圆半径×扩口前外圆半径) )
把壁厚变化转换成速度变化:预留扩口前承口部分壁厚的牵引速度=正常生产速度×正常管材壁厚/扩口前承口部分壁厚
预留扩口前承口部分长度=承口深度+承口和直管过渡长度
把预留长度控制转换成时间控制:设定时间=预留扩口前承口部分长度/预留扩口前承口部分壁厚的牵引速度
预留扩口前承口部分位置为直管的一边端口, 以切割位置作为基点, 通过牵引速度和时间定位。
以挤出生产线生产建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材中公称外径32带胶粘剂连接型的4m管材为例:扩口后直管壁厚要求为2.06mm, 扩口后承口部分要求为2.06mm, 承口深度要求为22mm, 承口和直管过度长度要求为5 mm;现场生产速度为100mm/s。
具体计算为:
预留扩口前承口部分壁厚=32-SQRT ( (32/2) × (32/2) - ( ( (32/2) +2.06) × ( (32/2) +2.06) - (32/2) × (32/2) ) ) =2.37mm
把壁厚变化转换成速度变化:预留扩口前承口部分壁厚的牵引速度=2.37×100/2.06=86.9mm/s
预留扩口前承口部分长度=22+5=27mm
把预留长度控制转换成时间控制:设定时间=27/86.9=0.31s
⑶按计算好的速度、时间和位置调整带扩张性承口PVC-U管材的改良设备, 把有预留的直管材生产出来;
⑷把有预留的管材在扩口机上已经预留的部分扩张成承口, 从而形成带扩张性承口的管材。
7 生产效果
经检测发现, 用该技术生产的产品达到预期效果。
8 结语
通过表4、表5数据分析, 用本方法可以解决传统扩口技术的缺陷, 使产品符合国家标准要求。
摘要：PVC-U扩张性承口管材在设计和使用过程中, 我们发现PVC-U带扩张性承口管材存在一个缺陷, 扩张性承口PVC-U管材在生产过程中很难使承口壁厚、承口与直线段过渡的壁厚达到直线段壁厚要求, 所以在管道设计过程中, 会考虑该类别的产品在使用过程中的安全系数是否达到要求。为了消除这种顾虑, 我们组成了一个专业性的攻关小组, 对这个课题进行了大量的分析和试验工作, 终于可以从根本上解决这一问题。
关键词：扩张性承口,承口缺陷,扩口技术
参考文献
PVC-U管材 篇4
随着科学技术的进步, 传统的镀锌钢管和普通排水铸铁管由于易锈蚀、自重大、运输施工不方便等原因而被新型管材取而代之。目前, 建筑排水用管材主要以塑料管为主, 它具有重量轻、耐压强度好、输送流体阻力小、耐化学腐蚀性强、阻燃自熄性能好、安装方便、使用寿命长等优点。其品种主要有建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材及管件、芯层发泡硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材及管件、硬聚氯乙烯 (PVC-U) 内螺旋管材及管件等, 用于排放水温不大于40℃, 瞬时水温不大于80℃的建筑物内生活污水。文章以建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材为例。
建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材现已广泛应用于各行各业, 其质量的好坏直接影响着工程质量。建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材物理力学性能之一的拉伸屈服强度是重要和必须考核的指标, 它也是衡量排水管材使用性能的重要依据之一。但是, 通常在试验室所检测的结果, 仅仅表于被测量的近似值, 能够合理评定被测量值的分散性, 真实反映整个测量过程的准确性和可靠性, 就有必要对测量结果的准确度以说明, 使测量结果的真实性增强。
根据《测量不确定度评定和表示》JJF1059.1-2012、《建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材》GB/T5836.1-2006、《热塑性塑料管材拉伸性能第1部分:试验方法总则》GB/T8804.1-2003、《热塑性塑料管材拉伸性能第2部分:硬聚氯乙烯 (PVC-U) 、氯化聚氯乙烯 (PVC-C) 和高抗冲聚氯乙烯 (PVC-HI) 管材》GB/T8804.2-2003, 对建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材拉伸屈服强度检测结果的不确定度进行了评定, 分析了不确定度产生的来源和因素。
1测量方法
测量原理: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。
测量仪器:WDW-20A型微机控制电子万能试验机, 力值范围为0-20KN, 准确度为0.3级, 即最大允许误差为±0.3%, 分辨力为0.1N;数显游标卡尺, 最大允许误差为±0.02mm, 分辨力为0.01mm;管壁测厚仪, 最大允许误差为±0.02mm, 分辨力为0.01mm。
测量方法:测量试样标距间中部的宽度和最小厚度, 然后将试样安装在拉力机上, 使其轴线与拉伸应力方向一致, 使其夹具松紧适宜以防试样滑脱。选用检测方法规定的试验速度, 测得拉伸过程中屈服点所对应的拉应力F, 从而求得拉伸屈服强度σ。
测量环境:温度为 (23±2) ℃, 湿度为 (50±10) %
2建立数学模型
在温度和其它条件不变时, 单个试样的拉伸强度可表示为:σ=F/A=F/ab
σ-拉伸屈服强度, 单位为MPa;F-屈服点的拉力, 单位为N;A-试样的原始截面积, 单位为mm2;a-试样标距的最小厚度, 单位为mm;b-标距间中部的宽度, 单位为mm。
3影响不确定度的主要来源
3.1拉伸屈服强度σ重复性测量及样品不均匀性所引入的相对标准不确定度分量Uσ, 按A类方法评定。
3.2试样平行部分宽度b测量所引入的相对标准不确定度分量Ub, 按B类方法评定。
3.3试样最小厚度a测量所引入的相对标准不确定度分量Ua, 按B类方法评定。
3.4试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF, 包括试验机的最大允许误差引入的不确定度分量UF1, 标准测力仪校准试验机引入的标准不确定度UF2。按B类方法评定。
4评定各影响量的标准不确定度
4.1拉伸屈服强度σ重复性测量及样品不均匀性所引入的相对标准不确定度分量Uσ。
以公称外径为110mm, 壁厚为3.2mm的建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材为例, 加工10个试样进行试验, 试验结果见表1。
实际测量时, 是以5个试样的拉伸屈服强度试验结果的平均值作为检测结果, 所以, 由重复性测量引入的标准不确定度分量为:
确根据数学模型, 其相对标准不确定度的分量为:
4.2试样平行部分宽度b测量所引入的相对标准不确定度分量Ub该试样的尺寸按GB/T8804.2-2003要求, 机械加工制备成Ⅰ型试样, 其试样平行部分宽度标准规定为6mm[0, +0.4], 其出现此区间的概率是均匀的, 服从正态分布, 它所引起的标准不确定度为:
以宽度平均值计算, 其相对标准不确定度的分量为
4.3试样最小厚度a测量所引入的相对标准不确定度分量Ua
a厚度采用管壁测厚仪, 最大允许误差为±0.02mm, 区间半宽为0.02mm, 呈均匀分布估计, 其所引起的标准不确度为:
以厚度平均值计算, 其相对标准不确定度的分量为:
4.4试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF
4.4.1试验机的最大允许误差引入的不确定度分量UF1
根据GB/T8804.1-2003标准, 拉伸试验所用的试验机为Ⅰ级, 拉伸试验机的最大允许误差为0.3%, 误差范围区间的半宽为0.3%, 误差出现的概率是均匀的, 所以其相对标准不确定度为:
4.4.2标准测力仪校准试验机引入的标准不确定度UF2
4.4.3试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF
UF1和UF2这两方面因素所引入的测量不确定度彼此独立不相关, 所以试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF可合成为:
5合成标准不确定度
各分量不确定度之间彼此独立不相关, 因此, 合成标准不确定度为:
6扩展不确定度的评定
扩展不确定度是由合成标准不确定度乘以包含因子K得到, 通常取K=2区间的包含概率约为95%, 所以
其绝对扩展不确定度为
7测量结果报告
按照GB/T8804.1-2003标准测量结果保留三位有效数字, 此排水管材的拉伸屈服强度为41.7Mpa, 其绝对扩展不确定度为1.909N/mm2。
8结束语
通过对建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材拉伸屈服强度的测量不确定度的评定, 分析了影响拉伸屈服强度测量结果的主要因素。这就要求我们在平常做试验时, 对试样的宽度和厚度测量要准确, 取样要均匀。试验前, 应对仪器设备进行检查, 调整好速度, 正确操作, 以减少不必要的误差。
参考文献
[1]GB/T5836.1-2006.建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材[S].
[2]GB/T8804.1-2003.热塑性塑料管材拉伸性能第1部分:试验方法总则[S].
[3]GB/T8804.2-2003.热塑性塑料管材拉伸性能第2部分:硬聚氯乙烯 (PVC-U) 、氯化聚氯乙烯 (PVC-C) 和高抗冲聚氯乙烯 (PVC-HI) 管材[S].
[4]JJF1059.1-2012.测量不确定度评定和表示[S].北京:中国标准出版社, 2013.