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硬聚氯乙烯(PVC-U)管

作者: 启迈管道编辑    发布日期: 2020.11.18

硬聚氯乙烯(PVC-U)管是国内外发展最早、产量最大、使用最为广泛的塑料管材。自二十世纪40年代起由欧洲、美国、日本等地相继开发、推广。我国从20世纪60年代开始使用,广泛应用于建筑和市政的排水和给水工程中。2005年,我国塑料管道用量约为240万吨,其中PVC管道的应用量约为130万吨。据调查,PVC-U 管中大约45% 用于各种排水领域,其中主要是建筑物排水管,30% 左右用于供水领域,15% 左右用于各种护套管。

一、硬聚氯乙烯管的主要特性与分类

1. PVC-U管的主要特性

1)耐化学腐蚀好,不生锈;

2)具有自熄性和阻燃性;

3)耐老化性能好,可在-1560之间使用3050年;

4)内壁光滑,内壁表面张力小,很难形成积垢,流体输送能力比铸铁管高43.7%;

5)比重轻,约为铁管的1/5,施工安装便利,安装工作量仅为钢管的1/2,故劳动强度低、工期短;

6)电性能良好,体积电阻131015Ω·cm,击穿电压2328kV/mm

7)管材韧性低,线膨胀系数不大,使用温度范围窄。

8PVC-U管刚性好,并可达到建筑材料难燃性能的要求,使用寿命长。接口方式可采用粘接或胶圈柔性接口连接,安装较为简便。

2. 分类

PVC-U管一般可分为压力管和非压力管。

压力管主要用于城乡供水管、建筑给水管和低压农业灌溉管。

非压力管主要用作建筑排水管和城镇排水管和电线套管。

建筑排水管可区分为:实壁管、内螺旋实壁管、双壁内螺旋管、芯层发泡管等。

城镇排水管又可区分为:实壁管、双壁波纹管、径向加筋管等。

二、给水压力管

1. 原料与配方

PVC-U压力管的生产应采用专用的混配料。混配料应以PVC树脂为主,其中加入必需的添加剂,所有添加剂应分散均匀。PVC树脂应符合标准GB/T 5761-1993的要求,树脂的K值应大于64,氯乙烯单体含量小于5mg/kg

PVC-U饮用水管,因涉及到人生安全,卫生性能要求很高。所选用的PVC树脂应为食品级树脂,其中的氯乙烯单体(VCM)含量必须低于10-61PPm)。同时,在生产管材过程中,由于 PVC流温度Tf136)与分解温度Td140)非常接近,需要加入热稳定剂。热稳定剂中性价比最好的是铅盐。但因重金属铅会在人体内造成累积,对健康潜存隐患。因此,国际上铅盐稳定剂的PVC-U给水管正在逐步退出饮用水管的市场。

2004318建设部发布的《关于发布〈建设部推广应用和限制禁止使用技术〉的公告》(建设部第218 号),以及200681开始执行的《给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》GB/T 10002.1 新标准,提出PVC供水管应禁止使用铅盐稳定剂。因此当前国内PVC-U饮用水管基本上采用有机锡稳定剂或钙-锌稳定剂生产。实现了饮用水管无铅化,只要符合国标要求的管,人们可放心使用。

2. 生产工艺与设备

PVC-U给水管材挤出成型工艺如下:

进料 挤出 冷却定型 牵引 喷码 切割成品

主要由挤出机将混配料加热,塑化熔融后稳定地输送到挤出机头,由机头成型出管坯,在牵引装置作用下通过真空定型和冷却装置达到所要求的几何形状切断(然后经在线扩口),堆放、收藏。

PVC-U管材生产的主要设备是包括挤出机、机头、定径冷却套、冷却槽、牵引机、喷码机、切割机、扩口机、料架等组成。

3. 压力管的性能指标

1 PVC-U给水管物理机械性能指标

项目

技术指标

密度(kg/m3

13501460

维卡软化温度

80

纵向回缩率

5

二氯甲烷浸渍试验(1515min

表面变化不劣于4N

落锤冲击试验(0TIR(%)

5

液压试验

无破裂,无渗漏

连接密封试验

无破裂,无渗漏

偏角试验(仅适用于弹性密封圈连接)

无破裂,无渗漏

负压试验(仅适用于弹性密封圈连接)

无破裂,无渗漏

卫生性能

应符合GB/T 17219-1998

氯乙烯单体含量不大于1.0mg/kg

另外,连接用胶粘剂应符合《硬聚氯乙烯(PVC-U)塑料管道系统用溶剂型胶粘剂》QB/T 2568-2002;弹性密封圈应符合《橡胶密封件—给排水管及污水管道用接口密封圈—材料规范》HG/T 3091-2000的要求。

4. 管材壁厚的确定

在设计管材尺寸时,长期强度(最小要求强度MRS) 起着决定性作用。

根据《压力用管材和管件的热塑性塑料材料—分级和命名—总体使用(设计系数》ISO12162,设计应力σ由公式(1)得到。

σ= MRS/C 1

式中:σs—设计应力

 MRS —最小要求强度,单位MPa

  C —总使用(设计系数

总体使用系数C按管材公称外径de分两个档次选择,即de90mmC选用2.5,设计应力σs10MPade110mmC选用2,设计应力σs12.5MPa

6. 设计与施工注意事项

1)给水温度不大于45,给水系统压力不大于0.6MPa

2)不得用于室内消防给水系统,也不得用于与消防给水系统相连接的生活给水系统。

3)公称外径dn40mm时,宜采用公称压力为1.6MPa的管材;当公称外径dn50mm时,宜采用公称压力不小于1.0MPa的管材。

4)管道距热源应有足够的距离,不得因热辐射而使管外壁温度高于45

5)在建筑给水管道系统中可用作主立管,但在可能受到碰撞的场所,应采取有效的保护措施;不宜在室外明设,当因特殊情况需要在室外敷设时,应采取避免阳光直射的避光措施;在寒冷地区敷设时,应采取保温和防冻措施;管道有结露可能时,应采取保护措施。

6)城乡供水管网中,在阀门、消火栓等处应做好固定处理,管道转弯时应设支墩。

三、排水非压力管

(一)PVC-U建筑排水管

1. 原料与配方

1PVC-U实壁管

生产管材的原料为硬聚氯乙烯混配料。混配料应以PVC树脂为主,加入必需的添加剂,添加剂应分散均匀。管材的混配料中,PVC树脂质量百分含量不宜低于80%,允许使用本厂产生的清洁回用料。

2PVC-U芯层发泡管

PVC-U芯层发泡管的配方组成如下:PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、发泡剂、改性剂、成核剂、其他助剂等。制造管材所用的混料中应以聚氯乙烯树脂为主,其含量(质量分数)不少于60%。使用碳酸钙作填充料时,聚氯乙烯树脂加碳酸钙的含量(质量分数)不少于85%。

3PVC-U内螺旋管

原料及配方与PVC-U实壁管相同。

2、生产工艺与设备

1PVC-U实壁管

PVC-U实壁管的生产工艺及设备与PVC-U给水管相同。

2PVC-U芯层发泡管

PVC芯层发泡管配方设计分为表层和芯层两种不同的配方。表层料配方与普通PVC-U实壁管相同。一般要求PVC树脂的平均聚合度在1000左右;芯层料要求流动性好,发泡倍率高,一般选用平均聚合度为700800PVC树脂,加入适量的发泡剂,在一定温度下使熔体发泡形成空隙。

PVC-U芯层发泡管生产工艺流程与普通PVC-U实壁管大致相似,不同之处在于之处在于皮层料与芯层料的配方、混和工艺不同。两种材料混配好之后分别进入各自的挤出机内熔融、塑化、计量,在一定的压力下同时进入流量分配器(喂料块)流经复合机头,在管坯成型部分形成三层结构的管坯挤出,然后在出离口模后自然发泡,并进入真空定型水箱,然后进行牵引、喷码、切割、扩口等。

3PVC-U内螺旋管

PVC-U内螺旋管的配方、生产加工工艺与PVC-U排水管无明显差别,不同之处在管机头结构,采用专用机头。它的成型的关键是在其内壁上的螺旋凸筋的成型。其成型方法是:在管材成型机头的芯棒上开设若干条(一般为68条)断面形状为三角形的直槽,随着管坯的不断挤出,芯棒以一定的转速连续转动,这样从三角形的直槽中挤出的熔融物料经不断地旋转,就在管材的内壁上形成了断面为三角形的连续不断凸起的螺旋凸筋。其冷却定型装置应采用真空冷却外径定型装置。

3. 性能指标

PVC-U建筑排水用实壁管应符合GB/T 5836.1-2006的要求;

芯层发泡管应符合GB/T 16800-2001的要求;

PVC-U内螺旋管应符合CECS 94-2002的要求。

5. 设计与施工注意事项

1PVC-U建筑排水线膨胀系数较大,须设置伸缩补偿装置来解决;

( 2) 耐热性能低 ( 适用于连续排放温度不超过40瞬时排放温度不超过80的生活污水。因此设计使用中应远离热源。低温环境下PVC-U 排水管抗冲击强度降低。

( 3) 韧性低,抗机械冲击性差,需精心施工来解决。

( 4) 阻燃性不足属自熄性材料,在穿越楼板、上人屋面的屋面板、防火墙、管道井井壁处需设置阻火圈和防火套管来解决。

5)排水时噪音大,排水立管应离卧室布置。

6)粘接连接时,应通风并防火。

(二)城镇排水管

1. 原料与配方

1PVC-U排水用实壁管。以PVC树脂为主要原料,加入必要的添加剂,其中的聚氯乙烯树脂含量(质量含量)不少于80%。

2 PVC-U双壁波纹管。PVC树脂为主,其含量一般在80%以上,当使用符合条件的碳酸钙作填料时,PVC树脂含量应在75%以上,其余为稳定剂、润滑剂、加工助剂、填料及其他助剂。

3PVC-U径向加筋管。PVC树脂为主要原料,可加入为提高管材加工性能和物理力学性能所必需的添加剂,允许使用本厂的清洁回用料。

2. 生产工艺与设备

1PVC-U排水实壁管

生产工艺及设备与普通PVC-U排水管基本相同。

2PVC-U双壁波纹管。它的生产工艺流程如下:

配料 高速捏合 过筛 双螺杆(或单螺杆)挤出机

机头整形 双壁波纹管机头模具 波纹成型

(打孔)定长切割 扩管 成品(大口径)

3PVC-U径向加筋管。它的生产工艺及设备基本与PVC-U双壁波纹管基本相同。

3. 性能指标

埋地PVC-U管应符合GB/T 20221-2006物理机械性能指标;

PVC-U双壁波纹管应符合GB/T 18477-2001物理机械性能指标;

PVC-U径向加筋管应符合QB/T 2782-2006物理机械性能指标。

4. 适用范围、规格尺寸与连接方式

1PVC-U排水实壁管。连接方式有弹性密封圈连接(适用于管材外径110mm1000mm)和粘接式连接(110mm200mm),主要用于无压埋地排污、排水管道系统,在考虑了材料的耐化学性和耐热性条件下,也可用于工业用无压埋地排污管道系统。管材尺寸应符合GB/T20221的要求。

2PVC-U双壁波纹管。一般采用橡胶密封圈连接。它可应用于城镇排水、埋地无压农田灌溉和建筑物外排水。在考虑到材料的耐化学性和耐热性后亦可用于工业排污。管材尺寸应符合GB/T18477的要求。

3PVC-U加筋管。适用于市城镇排水工程,公共建筑室外、住宅小区的埋地排污、排水、排气用管材,通讯线缆穿线管材。它也可用于系统工作压力不大于0.2MPa、公称尺寸不大于300mm的低压输水灌溉。管材的连接使用弹性密封圈连接方式。管材尺寸应符合QB/T2782的要求。

5. 设计施工注意点

1)应根据工程地质条件,管道埋设深度,地面活动荷载的状况以及回填土的性状等,合理确定选用管材的环刚度。

2)施工中,合理选用管道腋角部位和管两侧的回填材料的种类,并按《规程》夯实,达到相应密实度的要求。只有这样,才能满足柔性管道材料在埋设状态下的管土共同承担外荷载的工作原理。否则会造成管材变形量过大,出现坍塌的现象。

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