浅谈塑料管材的质量现状及性能检测

2021-03-30刘清梅

建材与装饰 2021年3期

刘清梅

（三亚建筑工程质量检测中心，海南三亚 572000）

0 引言

塑料管材已在我国各领域广泛使用，塑料管材与传统的金属管和水泥管相比，具有重量轻、有较好的耐腐蚀性、抗冲击和拉伸强度、塑料管内表面比铸铁管光滑得多、摩擦系数小、阻力小、运输方便、连接方式多种多样等优点。塑料管广泛应用于建筑业、工业、水利、市政和农业领域。通过检测发现，塑料管材的质量如果出现问题，会直接影响工程建设质量。塑料管材质量不合格引起的变形、泄漏、甚至大面积爆管等问题需要引起高度重视。为了减少这些问题的发生，必须做好工程施工前材料的检测工作。

1 几种常用的塑料管材

塑料管材与我们的生活息息相关，塑料管材一般是以塑料树脂为原材料[1]，根据需要加入各种不同类型的添加剂，然后经过各种不同的工序加工而成的一种新型塑料产品。塑料管材以其优越的性能和优点为广大用户青睐，不同的塑料管材有不同的性能，现在常用的主要有硬质聚氯乙烯（PVC-U）管、氯化聚氯乙烯（PVC-C）管、聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP-R）管等几种管材。

1.1 硬质聚氯乙烯（PVC-U）管

PVC-U管是一种以聚氯乙烯（PVC）树脂为原料，不含增塑剂的塑料管材。PVC-U管的最大应用是在建筑业上，主要用作排水、排污、通风和穿线管。PVC-U管具有抗腐蚀能力强、自熄性和阻燃性好、内壁光滑、易于粘接、价格低等优点。缺点是PVC-U管力学性能差、抗冲击性差、热膨胀系数大，使用温度范围较窄，只适用于冷水管。

1.2 氯化聚氯乙烯（PVC-C）管

氯化聚氯乙烯（PVC-C）主要的原材料是PVC和氯，经过氯化作用而成的一种新型产品，具有耐高温、抗腐蚀和良好的阻燃性，广泛应用于工业管道、冷热水管道、电力电缆套管和消防管道等重要领域。

1.3 聚乙烯（PE）管

聚乙烯管材是以聚乙烯（PE）混配料为原料，经挤出成型的一种管材，根据工艺配方和用途的不同，产品也不同，目前PE给水管和PE燃气管是两大主流方向。PE给水管按其最小强度分为PE80和PEl00级，建筑上应用最广泛的是PEl00级给水管。PE燃气管按其最小壁厚分为SDR11和SDR17.6两个系列。

聚乙烯（PE）管具有耐腐蚀性、柔韧性好、耐低温、较好的卫生性能、使用寿命长等特点。PE管的连接主要有电热熔接性、热熔对接连接、钢塑连接三种方式，安装方便，被广泛应用于城市自来水管网系统、燃气管网系统。

1.4 三型聚丙烯（PP-R）管

三型聚丙烯管又叫无规共聚聚丙烯管，俗称PP-R管。具有质量轻、无毒无味，卫生性能好，耐热保温性能好、耐腐蚀、价格适中、质量稳定，是理想的冷热水管材料，广泛应用于民用和工业建筑内的冷热饮用水给水系统、热水供暖系统、空调系统等。PP-R管连接采用热熔技术，管在热熔连接之后，管材与管材之间、管材与管件接口地方均融合在一起，整体性能好，安装通过检漏试验后，很少会再出现漏水现象，因此深受广大消费者的青睐。

2 塑料管材的质量现状

目前，市场上塑料管材的品牌较多，质量也参差不齐，从检测统计的情况来看，一些大企业、大品牌的质量明显优于中小企业的质量。近年来，由于原材料紧缺，价格大幅上涨，一些中小企业为保持较高的利润，采用回收料、废料或添加辅料来降低生产成本，偷工减料的现象也时有发生，由于材料、工艺等的变化，增加了塑料管材质量的不确定因素，主要表现在拉伸强度偏低、密度偏大、高温容易变形、渗漏、爆管等质量问题。因此，加强管材的质量检测，才能确保管材的使用性能得到保障。

3 常用塑料管材的性能检测及原因分析

3.1 物理性能

3.1.1 密度

测定塑料管材的密度指标主要目的是控制无机填料的添加量。塑料管材配方中钙粉添加量过多，会导致管材密度增大，超过标准限值，使得塑料管材的抗压性能降低，韧性降低。根据标准要求，建筑用聚氯乙烯（PVC-U）管材的密度是按照GB/T 1033.1—2008中浸渍法来测定，要求管材的密度为1350～1550kg/m3。在实际检测中发现，仍有部分管材不能满足这一要求，反映出塑料管材充填碳酸钙过高的现象。

3.1.2 维卡软化温度

维卡软化温度用来评价材料的耐热性能，确保其使用温度范围，指导工艺配方、进行质量控制的重要指标之一。其测量原理是：把试样放在液体介质或加热箱中，在等速升温条件下测定标准压针在（50±1）N力的作用下，压入从管材或管件上切取的试样内1mm时的温度[2]。在实际检测中，有部分管材达不到标准要求，主要是因为管材充填碳酸钙后，产品的加工性能变差。为了解决加工性能问题，一些企业添加了低分子量的增塑剂，使用少量增塑剂可以使工艺进展顺利，但会大大降低维卡软化温度。检测结果表明，这类产品的软化温度仅为65℃左右，这种管材在受力时容易变形、弯曲甚至破坏，在做拉伸强度试验时得到很好的印证。

3.1.3 纵向回缩率

纵向回缩率指标是用来控制挤压生产工艺的，反映了挤出、牵引和冷却工序的合理性和兼容性[4]，其实质就是管材内应力的大小，如果控制不当，就会在使用过程中因内应力收缩使管道系统发生破坏。

根据现行的国家标准GB/T6671—2001，测定纵向回缩率有两种方法，一种是液浴试验，将试样放入恒温的热浴槽中进行热浴加热，到规定处理时间拿出试样，待冷却进行测量。另一种是烘箱试验，将试样放入恒温的烘箱中进行热处理，到规定处理时间拿出试样，待冷却进行测量。两种方法都比较容易实施，考虑到经济效益和试验的效率，烘箱试验更加适合，检测时一般以烘箱试验为主。需要注意的是在切割试样时要保证切面和轴线垂直，划线时要保证两条圆周标线的距离为100mm，此外，如果管材直径大于400mm，则必须沿轴线均匀切割成片，然后再进行检测。检测结果表明，该项目不合格现象很少，这意味着生产企业工艺较成熟，控制良好。

3.2 力学性能

（1）拉伸性能。建筑排水管材的拉伸性能，包括拉伸屈服应力和断裂伸长率，是反映管道基本强度的重要力学性能指标之一。在检测中发现，有些管材的拉伸性能不合格，有的甚至不到产品标准要求的一半。一般情况下，硬质PVC管的拉伸屈服应力会大于其拉伸断裂应力。比如某产品的拉伸屈服应力只有21MPa左右，这样的劣质产品在实际应用中会埋下破损、断裂、开裂等重大隐患。主要原因是管材的拉伸屈服应力在一定填充量下变化不大，但随着大量填料的使用，填料颗粒与基体的界面会在拉伸过程中脱离形成空洞，较大的空洞会导致基体材料快速断裂，材料在试验中会直接断裂而不会屈服。

（2）落锤冲击试验TIR。落锤冲击试验表征管材在储存、运输、安装、使用等方面抵御外力损坏管材的能力，如果指标不合格，就会出现上述的问题。标准要求根据GB/T14152—2001规定使用时针旋转法进行试验。整批产品用于试验时，其冲击破坏总数除以冲击总数即为真实冲击率，以百分数表示[3]。以建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）为例，GB/T5836.1—2018中规定落锤冲击试验TIR不超过10%。从GB/T14152—2001中可知，TIR不超过10%至少要进行25次冲击不得有1次破坏，此时可以判定管材的真实冲击率符合标准要求[4]。

在实际试验中，一些技术人员对TIR的概念缺乏理解，认为TIR是一个具体的数据，因此得出了错误的结论。比如：在做φ160mm排水管材的落锤冲击试验，根据GB/T14152—2001的规定，宜取长度为（200±10）mm的试样4段，每段划8个等距离的标线，共计32次冲击，试验不允许有1次破坏。假如在试验中，冲击到第32次出现破坏，那么32次冲击，1次破坏，TIR值为：（1/32）×100=3.1%，就简单认为TIR不超过10%而停止试验是错误的，根据TIR值为10%的判定表，冲击32次是不允许有1次破坏，如果破坏了，就落在B区，应增加数量继续试验，直至根据全部冲击试样的累计结果能够做出判定为止。需要特别强调的是，TIR值是一个区间而不是一个准确的数，在结果表示时只能是三种情况：TIR值小于或等于10%、TIR值大于10%或根据现有试样数不能做出判定[3]。

（3）静液压试验。液压试验是考核给水管质量的最基本指标，表征了给水管材在使用中能承受的压力大小和使用寿命的长短。检测表明，PPR给水管的耐压比PVC给水管耐压的合格率要高很多。不合格主要体现在有的管材虽然达到试验压力，但耐压时间持续不到10min就发生脆性破裂；有的在规定的恒压时间内出现了韧性破坏或渗漏，这主要与基本材料有关，比如说PVC树脂的质量不好，分子结构有缺陷等等，也和塑化及添加的改性剂有关。该项指标不合格，满足不了使用压力等级的要求和耐久性的问题，压力一旦瞬时增高，供水系统中的管道就会出现爆管的可能，给工程质量埋下了隐患。