硬聚氯乙烯塑料管材湿热老化性能研究

李松 马烨红

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

硬聚氯乙烯塑料管材湿热老化性能研究

李松 马烨红

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

本文对PVC-U塑料管材进行湿热老化测试，得到其拉伸屈服强度、拉伸断裂伸长率及维卡软化温度的数据，通过分析，研究湿热老化对材料性能的影响。

聚氯乙烯；湿热老化；拉伸性能

1 前言

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，在新建住宅里使用率超过90%［1］。

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。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。

本文通过在测定严酷的湿热条件下，研究其性能的变化，确定老化对其影响，能够为以后材料的使用提出意见与参考。

2 试验方案设计

2.1 试验样品

选取市面上三个厂家的PVC-U塑料管材，按照规范要求制成待检样品，命名为试样1、试样2和试样3，再进行老化试验。

2.2 试验方案

⑴拉伸性能：采用国家标准GB/T 8804.2-2003《热塑性塑料管材 拉伸性能测定 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》，拉伸试样为类型2试样［2］，如图1。

图1 拉伸试验试样

⑵维卡软化温度：采用标准为国家标准GB/T 8802-2001《热塑性塑料管材、管件维卡软化温度的测定》，升温速率为50℃/h，试验力为50N的试验，测定探针深入1mm时的温度［3］，如图2。

图2 维卡软化温度试样

2.3 湿热老化条件

本试验采用的温度为：（60±2）℃，相对湿度为：（95±5）%。

3 试验结果与分析

3.1 湿热老化试验结果

性能测试前，试样1、试样2和试验3在（23± 2）℃、（50±10）%RH的标准状态下进行调节24h，然后测定其性能。测定的时间分别为：初始状态、10d和20d时，对其拉伸屈服强度、拉伸断裂伸长率和维卡软化温度进行测试，其结果如图3～图8所示。

3.2 结果分析

⑴从图3和图4可知，试样2、试样3的20d老化以后拉伸性能、拉伸屈服强度，都表现出增加的趋势；试样1则减小，拉伸断裂伸长率，总的来说都在减小。这可能是因为试样2和试样3在这个老化周期内PVC分子链在高温环境下出现重排，试样配方中部分小分子助剂与分子链的相互作用发生改变，使得分子链刚性增大，宏观表现为试样的强度增大，伸长率下降。试样1在这个老化周期内性能已经发生老化，即表现为强度和伸长率都下降，这可能是因为部分助剂，如填料，与PVC基体相容性不佳，高温条件下发生相分离所致。

图3 三种试样拉伸屈服强度老化对比图

图4 三种材料拉伸断裂伸长率老化对比图

⑵从图5和图6和图7可知，试样2和3的拉伸断裂伸长率的单值依旧比较均匀，但试样1在以后的老化过程中，拉伸断裂伸长率变得离散比较严重。这也证明了在这个老化周期内，试样2和试样3内部结构发生变化，导致部分性能变优，而试样1在这个老化周期内性能已经发生老化现象。综合以上分析可以判断，试样2和试样3的机械性能耐老化性要优于试样3。

图5 试样1湿热老化拉伸断裂伸长率

图6 试样2湿热老化拉伸断裂伸长率

图7 试样3湿热老化拉伸断裂伸长率

⑶从图8可知，在20d的老化中，维卡软化温度都有所增加。维卡软化温度的增大可能是湿热环境下，试样分子出现不同程度的重排，使得分子链在高温下的流动性下降，从而维卡软化温度上升。

图8 三种试样老化维卡软化温度对比图

4 结论

本文通过选择3种市售PVC-U管进行湿热老化试验，试验结果表明，试样2和试样3在老化周期内未发现明显的性能老化现象，试样1则出现性能老化现象。产品性能差异多由配方差异所致，不同牌号的PVC，不同的助剂以及不同生产工艺条件对PVC-U管的性能有较大影响。这也在一定程度上体现了市场上的PVC-U管性能参差不齐。尽管材料在初期性能差别不大，但从老化结果看来，在以后使用过程必然出现不同程度的老化结果，为材料质量的判定提供一定的数据支持。●

［1］朱生高，林文，等.PVC-U排水管材户外老化影响因素综述

［J］.中国建材科技，2013，（02）：1-3.

［2］全国塑料制品标准化委员会.GB/T 8804.2-2003热塑性塑料管材 拉伸性能测定 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］.中国标准出版社，2003.

［3］全国塑料制品标准化委员会.GB/T 8802-2001热塑性塑料管材、管件维卡软化温度的测定［S］.中国标准出版社，2002.