塑料管体的性能检测及发展趋势

2022-03-02何承枫

现代盐化工 2022年3期

何承枫

（福建晟扬管道科技有限公司，福建福清 350314）

塑料管体被称为建筑行业的第四要素，独特的性能使其在建筑工程中发挥重要作用，甫一问世就解决了许多建筑问题。目前，塑料管材及管件已被广泛应用于建筑领域，例如在水利工程和污水处理工程中，复合材料的特点使塑料管材和管件具有节能环保的特点，价格也比其他金属材料低得多，在人们的生活和工作中随处可见，如水运、管道连接等。因此，塑料管材及管件对人们的生活和工作有着直接影响。如果管材和管件出现问题，可能会造成不良影响。在这种情况下，为了确保塑料管材和管件没有质量问题，必须对其进行测试，核验管材和管件的物理性能。如果性能符合标准，就可以投入实际应用，而且要根据实际需求正确选择管件。错误的选择往往会导致不良后果。为了做好测试和应用工作，有必要开展相关研究。通过对塑料管材及管件的日常检查，提高原材料在施工过程中的可信度，并根据其特点进行合理的应用。为了在各个领域更好地应用塑料管材和管件，日常检验工作要设定一些条件。本研究将对塑料管材及管件的检测方法进行简要分析和比较，说明检测过程中的注意事项，以便在各个领域的施工中更好地应用塑料管材及管件。

1 塑料管材的发展现状

虽然我国塑料管材的发展历史不长，但随着科学技术的快速发展，塑料管材也在迅速更新，对塑料管材的行业需求也在以平均每年30%的速度增长。结合国家建设部门提供的数据，国内的塑料管材行业在未来几年仍能保持可持续增长，有可能占据管道行业的80%以上。然而，目前我国塑料管材的发展并不理想。将中国塑料制品生产厂家的总产量与人均消费水平进行比较发现[1]，总体发展形势与一些发达国家仍有较大差距，特别是在PVC-U管和PE管的应用上。随着国外管材市场需求的持续疲软，其经济形势也变得复杂多样，塑料管材的整体性能较低。由于国内市场对住房建设和市政工程的需求是固定的，对水利建设的政策支持比较充分，在农村饮水安全体系建设的推动下，市场对塑料管材的需求正在逐步升级。随着城市建设的推进，市场对塑料管材的需求也逐渐增加。

2 测试塑料管体性能的目的

随着塑料管业的发展，我国现在已经形成了一套比较正式的塑料管体检测方法。塑料管体性能测试的最终目的是按照国家规定对普通塑料管体进行常规性能测试，了解工厂生产的塑料管体的强度，同时也可以了解工厂的生产能力和技术，判断工厂生产的塑料管体能否满足市场的需求。如果能满足市场的需求，就要批量加工生产并投入市场销售。如果想要更好地测试塑料管体的性价比，必须严格遵循国家规定。首先，要检测待测塑料管体的温度效应。如果温度过高，塑料管体可能会变软，影响使用效果；如果温度过低，塑料管体可能变得脆弱，容易损坏，造成经济损失。虽然有些塑料管体经过高低温测试后并没有发生明显的变化，但是经过长时间的使用后，塑料管体的物理性能会发生明显的变化甚至大打折扣。在检测塑料管体的变形速度及其对使用效果的影响时[2]，可以清楚地看到，塑料制品的整体结构在高温和重力环境下容易迅速变形。如果变形严重，可能会有撕裂和损坏。从塑性测试中获得的数据很容易以非集中统一的形式出现。试验表明，塑料制品的原材料是在高温和高强度作用下生产出来的，可以有多种分析结构。由于外界因素对塑料管体的影响，被测塑料管体的性能参数会不一样。

3 塑料管材的性能及应用

目前，我国建筑施工中使用的塑料管材主要有4种：（1）UPVC管材，即PVC-U管材。与其他管材相比，这种管材的使用频率最高、应用范围较广。这种管材的突出优点在于其阻燃性能好，组成材料的化学稳定性好、耐腐蚀性能优异。另外，UPVC管材整体较轻，价格优势明显。基于此，UPVC管道在大多数建筑工程和项目中都很受欢迎。然而，客观地看，UPVC管材也有缺点，尤其是在韧性和耐热性方面，对这类管材的应用产生了很大的负面影响。根据长期的实际调查，目前UPVC管道主要用于建筑工程中给排水管道的施工、冷水管道的铺设以及各种电器的接线保护套。（2）氯化聚氯乙烯管，即PVC-C管。这种管材的主要材料是氯化聚氯乙烯树脂，具有良好的阻燃性能、耐热性和降低水流阻力的性能。根据实际调查发现，目前污水排放消防管中多采用氯化聚氯乙烯管，该领域广泛采用冷热污水处理。（3）无规共聚聚丙烯管，简称PP-R管[3]。对于PVC-C管材，无规共聚聚丙烯管材可以实现完美的性能互补。这种管道具有良好的环保性能，可用于热水输送，无毒、使用方便，因此在建筑供水领域得到了广泛的应用。但这种管材具有低温脆性的缺陷，在低温环境中，如果采取的保温措施不当，容易发生脆性开裂。（4）聚乙烯管，简称PE管。与以上3种管材不同的是，由PE管组成的原材料种类很多，例如常见的PE80和PE100，环保无毒。然而，聚乙烯管也有致命的缺点，那就是支持性能差，这是由于承载力不足、材料柔软、容易被击穿，聚乙烯管道经常被用来运输化工产品和腐蚀性液体。

4 常见塑料管材及管件的型号和特点

目前，塑料管材及管件深受城建企业好评。随着现代化建设的逐步深入，在主要建设项目中，对塑料管材及管件的需求将会越来越大，我国塑料管材及管件的发展速度日益加快。高速发展的产业已经不能简单概括为建筑业的附属产业，塑料管材及管件的延展性和可行性将在建材行业中得到重新评价。目前，市场上常见的塑料管材及管件主要有UPVC管材、氯化PVC管材、Ⅲ型无规共聚聚丙烯管材、嵌段共聚聚丙烯管材、聚乙烯管材，不同的塑料结构表现出不同的塑料性能，从应用的角度来看，非常值得在具体的建筑工程中监测和分析。

（1）UPVC管是目前比较通用的管材，甚至可以扩展到每个家庭。其化学性质稳定，具有较强的耐腐蚀性，特别是塑料较轻，放置方便。最重要的是，UPVC管价格低廉，可以作为建筑材料应用于诸多领域。UPVC管的缺点主要有两个方面：一是缺乏耐热性，只能在低温低压水管设施中使用；二是强度低，只适合排水和电路。

（2）氯化聚氯乙烯管，原料是聚氯乙烯树脂，主要用作污水处理厂的污水结构管道，主要特点是塑料材料的共通性—质轻。此外，这种塑料管材还具有耐热性好、耐水性低的特点。事实上，聚乙烯树脂有毒，不能在日常供水系统中使用，会给居民的生活和健康埋下很大的隐患，再加上成本高，大多数家庭都不使用这种管道装修。由于上述两个缺点，氯化聚氯乙烯管适合用于污水处理。

（3）Ⅲ型无规共聚聚丙烯管材。与氯化聚氯乙烯管相比，该材料虽然无毒、环保，被广泛应用于施工，而且价格也很低，但缺点更明显。温度是这种塑料材料的核心问题。稍高一点的温度就会破坏这种材料的主体，使其变形。在力的作用下，材料因具有脆性容易破裂。在施工现场，工人经常因粗心大意而折断Ⅲ型无规共聚聚丙烯管。目前，这种材料一般用于饮用水输送和农业灌溉。

（4）嵌段共聚聚丙烯管，因独特的化学稳定性和对人体无害而得到了建设方的高度赞扬，是自来水管道和暖气管道的唯一选择。但是，突出的优势并不能弥补不足。规格单一、成本高限制了嵌段共聚聚丙烯管的应用，阻燃性和耐热性差的特点使其难以在其他领域发挥作用。此外，该材料与设备的兼容性很差。基于以上原因，这种材料只能用于自来水管道和加热管道。

（5）硬质PVC管，可分为双壁波纹管、直壁管、螺旋缠绕管、增强管等，是一种应用范围广、使用频率高的塑料管材。硬质PVC管内壁光滑、摩擦阻力小、排水性能好、密度小、质轻、安装难度低，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、耐老化性和阻燃性，使用寿命比普通管材长。硬质PVC管的耐火性和耐热性较差，在90 ℃时会软化变形，产生大量的烟雾。因此，在高层建筑中使用硬质PVC管时，必须设置必要的防火设施。课题组通过重氮甲烷浸渍试验、落锤冲击试验、水压试验和样条拉伸强度试验，探讨不同质量碳酸钙对PVC管材力学性能的影响[4]。试验结果表明，选择粒径小于1 m的轻质活性碳酸钙作为填料制备硬质PVC管材，有利于提高管材的力学性能。

5 塑料管的优点

5.1 抗压强度高

虽然塑料管的强度看起来不如钢管和铁管，但实际上，塑料管属于一种柔性管。在正确的设计和使用条件下，塑料管体能够与周围土体共同分担压力。这样，塑料管才能满足机械性能的要求。

5.2 质量小

塑料管很轻，一般是铁管质量的1/5左右，便于运输，并且可以包装，节省空间，便于施工和应用。与传统管材相比，成本降低了3/10。传统管道的使用不仅会造成安装和运输的不便，还会增加成本。

5.3 耐腐蚀

生活中的污水和空气中的雨水具有腐蚀性，使用铁管运输时，随着时间的延长，管道会被腐蚀，而塑料管的稳定性更好，不会被腐蚀，不受管内外介质或元件的影响。特别是对于一些酸碱污水的输送，塑料管的使用时间比钢管或铁管要长得多。

6 塑料管材及管件检验指标及方法

6.1 测试指标

塑料管件的常规应用检测主要是了解其物理性能，体现在很多方面，因此，必须设置多个性能指标进行检测。

6.1.1 压缩阻力

在某些应用场景中，塑料管材及管件需要承受一定的压力。如果管材及管件抗压能力不足，在使用过程中可能会出现开裂等现象，导致内部泄漏。这种现象根据内部物质的类型会对外部产生一定的影响，如天然气管道泄漏可能会引起天然气中毒，这说明塑料管材及管件必须具有良好的抗压性，在应用前必须进行测试。

6.1.2 伸长率

伸长率与塑料管材及管件的断裂概率有关，即塑料管材及管件不同于金属管材及管件，需要有良好的韧性和抗拉能力，而刚度不是最重要的物理性能。因此，良好的塑料管材及管件需要具备一定的伸长率。管材及管件可以消化张力，在实际应用中，不容易受外部因素形成的张力影响，表明塑料管材及管件不容易被打破。反之，塑料管材和管件容易断裂，所以必须进行伸长检测。

6.1.3 缩回率

缩回率与伸长率相辅相成，即塑料管件被拉长时，只要幅度不超过伸长率，受力消失后恢复到原来的状态，说明塑料管件被缩回；如果能恢复到原来的状态，说明塑料管件的缩回率高，管件的物理性能好。相反，若力消失，塑料管件不能恢复到原始状态或恢复程度很小，表明塑料管件的缩回率很低，在实际应用中容易受到不可逆转的损害且容易积累，影响塑料管件的使用寿命。

6.1.4 耐热性

有些塑料管材及管件在应用中会经常接触高温，如加热管、供水管等。因此，当塑料管件的耐热性不足时，受温度影响，可能会出现热变形、穿孔等现象。一旦出现这些现象，塑料管材和管件将失去其应有的功能。由此可见，耐热性也是塑料管材及管件的重要物理性能指标，必须符合标准[5]。

6.2 静压法

采用静压法测试塑料管材及管件的抗压性能。在应用中，首先将塑料管材及管件置于恒定的液压环境中，其次将液体倒入塑料管材及管件至极限，再次堵塞两端，观察处于液压状态的塑料管材及管件是否有裂缝和渗漏，最后释放内部液体，重复上述步骤观察，如未发现异常现象，说明塑料管件抗压性能良好。上述讨论仅以液压为例，在实际应用中应测试气体或其他液体，视实际需求而定。

6.3 拉伸试验方法

拉伸试验主要依靠拉伸设备完成，在生产过程中，要提前控制设备的拉伸速度和拉力，具体参数根据塑料管材及管件的情况确定，然后将塑料管材及管件固定在设备上，开启拉伸设备。在初始参数条件下，如果塑料管材及管件内无裂纹，则继续加大拉伸力，拉伸速度保持不变，持续循环，直至塑料管材及管件断裂。这时可以得到塑料管件的最终伸长量，通过查阅规格标准可以知道是否合格。另外，考虑到实际环境温度对塑料管件伸长率有影响，建议拉伸前控制环境温度，尽量保持在2～5 ℃，最佳温度为3 ℃。

7 塑料管业的发展趋势

7.1 积极更新先进技术，加快塑料管业发展

随着我国的先进技术越来越多，塑料管材的应用和更新也在逐步完成，市场竞争力也越来越大。我国想要更好地发展塑料管材、更新加工技术，还需要结合市场情况，实现技术创新、严格控制质量。同时，在发展塑料管工业的过程中，还需要发展塑料管配套设施的生产技术，利用特殊的生产树脂，在添加剂和原材料的组成方面加强研究，尤其在检测技术方面；努力开发高端产品，提高塑料管的质量。随着塑料管的技术不断创新、设备升级和自主设计，可以充分发挥企业自身的优势，开发新产品、新技术和新设备，促进我国塑料管业先进技术的发展。

7.2 利用品牌优势开发市场

结合目前塑料管材的发展需求，塑料管材的成本不断上升。但是，针对塑料管消费者的特点，增加的空间相对较小。虽然塑料制品厂家想等原材料成本下降来应对市场运作的压力，但并不能解决实际问题。要想从根源上解决这个问题，首先，要不断调整销售策略，结合多变的市场，制定各种能满足市场需求的销售计划。纵观塑料制品的发展，现在国内的塑料管体已经进入微利时代。如果塑料管体产品的制造商想要获得可持续发展和稳定的上升空间，应该努力美化企业形象，完善企业的竞争应对策略，为自身的发展构筑堡垒，制定长期的经营战略。