冷熱水用聚丙烯PP-R管與PP-B管性能比較

文 劉麗霞

本文以即將實施的新標準GB/T 18742.2-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統 第2部分：管材》為背景，通過對PP-R管和PP-B管進行一系列物理項目測試，從而對其性能進行比較。結果表明：PP-B管的高溫耐壓性能相對PP-R管較差，若作為熱水管使用，其長期使用壽命不如PP-R管；作為冷水管使用則PP-B管在低溫性能上優于PP-R管，PP-B管更適合在北方寒冷地區輸送冷水用。

概況

一、產品概況

冷熱水用聚丙烯管材是一種技術經濟綜合性能良好的新型塑料管材，屬于國家大力推廣應用的化學建材產品之一。其按使用原料的不同主要分為3種：均聚聚丙烯（PP-H）、無規共聚聚丙烯（PPR）和嵌段共聚聚丙烯（PP-B）。由于PP-H管的耐沖擊性不好和耐蠕變性能差，使用量非常少,目前市場上以PP-R管和PP-B管為主。

無規共聚聚丙烯（PP-R）管除具有一般塑料管質量輕、耐腐蝕、不結垢、使用壽命長等通用優點外，還具有清潔無毒、長期耐熱和耐壓性好、良好的保溫節能性，是真正的綠色環保建材產品。而且，安裝方便，連接可靠。PP-R管的特點逐步被我國管道工程界認同，從各種新型輸水管材中脫穎而出，短短幾年時間發展迅速，應用十分廣泛。

嵌段共聚聚丙烯（PP-B）管雖然在高溫耐壓性能和使用壽命方面不如PP-R管，但是其在常溫或低溫使用場合的柔韌性要比PP-R好，尤其是PP-B管具有較好的抗低溫沖擊性能，使其更適于冷水的輸送，因此，PP-B管在我國寒冷的北方地區使用量也非常大。

二、產業分布

目前，我國PP-R管和PP-B管產業主要分布在山東、江蘇、浙江、廣東、福建、上海等沿海經濟發達地區，但由于此行業門檻較低，再加上沿海經濟發達地區的這種低附加值產業的淘汰速度加快，導致該產業正向內地省市加速轉移。

PP-R管和PP-B管雖然才興起十幾年的時間，在我國還是取得了飛速發展，出現了一大批國內知名品牌。目前在我國給水管材的市場上比較有知名度和影響力的品牌有金德、中財、偉星、日豐、聯塑、中塑、金牛和公元等。

三、監測項目

本次以即將實施的新標準GB/T 18742.2-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統 第2部分：管材》（2018年5月1日實施）為背景，通過對PP-R管和PP-B管進行一系列物理項目測試，從而對其性能進行比較。具體監測項目為熔融溫度Tpm、簡支梁沖擊試驗(0±2)℃、簡支梁沖擊試驗(-10±2)℃、靜液壓試驗（95℃,165h）、靜液壓試驗（95℃,1000h）、氧化誘導時間（210℃）、完成95℃/1000h靜液壓試驗后的氧化誘導時間（210℃）。涉及到的檢測依據具體如下：

GB/T 18742.2-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統 第2部分：管材》。

GB/T 19466.3-2004《塑料 差示掃描量熱法(DSC)第3部分：熔融和結晶溫度及熱焓的測定》。

GB/T 19466.6-2009《塑料 差示掃描量熱法(DSC)第6部分：氧化誘導時間(等溫OIT)和氧化誘導溫度(動態OIT)的測定》。

GB/T 18743-2002《流體輸送用熱塑性塑料管材簡支梁沖擊試驗方法》。

GB/T 6111-2003《流體輸送用熱塑性塑料管材耐內壓試驗方法》。

檢驗概況

一、樣品來源

本次在江蘇地區的生產企業共抽樣50批次，其中25批次標識為PP-R管，另外25批次標識為PP-B管。品牌覆蓋ABM、JOMUGY、FEZGY、HOFEA、GNEN、皮爾特、歐薩、星豐、鋮力、三能、中億、歐塑、格蘭特、同越、日源、蘇博士、中柏等。

表1. PP-R管和PP-B管的監測項目及依據

二、檢測依據

本次PP-R管和PP-B管的監測項目和依據具體如表1所示。

總體評價與分析

一、總體評價

本次聚丙烯管材共抽樣50批次，其中25批次為PP-R管，另外25批次為PP-B 管。監測結果表明：1、在不低于0℃時，PP-B管和PP-R管均具有良好的耐沖擊性能，而在-10℃時，PP-B管的耐沖擊性能優于PP-R管，PP-R管在-10℃及以下的低溫條件下使用時存在破裂的風險。因此，PP-B管更適合作為冷水管用，尤其在寒冷的北方地區使用PP-B管輸送冷水比用PP-R管更有優勢。2、PP-B管的靜液壓試驗合格率遠遠低于PP-R管，且不合格項目主要體現在靜液壓試驗（95℃,1000h）上，說明PP-B管的高溫耐壓性能相對PP-R管較差，若作為熱水管使用，其長期使用壽命不如PP-R管。3、共發現16批次管材的氧化誘導時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗后的氧化誘導時間小于標準要求，問題發現率為32%。其中，9批次為PP-R管，7批次為PP-B管，說明兩種類型的管材在耐熱氧老化性能上無明顯差別。

圖1 PP-B管的典型DSC曲線

二、監測項目分析

1、熔融溫度

熔融指完全結晶或半結晶聚合物從固態向具有不同粘度的液態的轉變階段，在差示掃描量熱（DSC）曲線上表現為吸熱峰，發生熔融的溫度叫熔融溫度。一定程度上，可通過對材料進行熱分析，根據熔融溫度值來識別材料種類。在GB/T 18742.2-2017新標準中就增加了熔融溫度項目用以區分材料種類，要求：Tpm（PP-B）≥160℃，Tpm（PP-R）≤148℃。如圖1所示為PP-B管的典型DSC曲線，如圖2所示PP-R管的典型DSC曲線。

熔融溫度測試結果表明：樣品標識材質信息與實際相符，即25批次為PP-R管，另外25批次為PP-B管。

2、簡支梁沖擊試驗

簡支梁沖擊試驗是測定流體輸送用熱塑性塑料管材沖擊強度的方法，將一小段管材或機械加工制得的無缺口條狀試樣在規定的測試溫度Tc下進行預處理，然后以規定的跨度將試樣在水平方向呈簡支梁式支撐，用具有給定沖擊能量的擺錘在支撐中線處迅速沖擊一次。對規定數目的試樣沖擊后，以破損率表示試驗結果。

圖2 PP-R管的典型DSC曲線

近年來，聚丙烯管材在冷熱水輸送管道中被普遍使用，其在長途運輸的顛簸、裝卸及安裝施工過程中不可避免地會受到外力的沖擊，若材料本身的耐沖擊強度不夠，則有可能會發生管材的破裂甚至斷裂。簡支梁沖擊試驗（(0±2)℃和(-10±2)℃）在一定程度上反映了管材的耐低溫沖擊性能，破損率越高，說明耐低溫沖擊性能越差，在氣溫低時管材的施工及使用破裂風險越大。

按照GB/T 18742.2-2017標準中的規定，PP-B管和PP-R管的簡支梁沖擊試驗溫度均為（0±2）℃，要求試驗后試樣的破損率≤試樣數量的10%。經檢測，簡支梁沖擊試驗(0±2)℃項目全部合格，且試驗后試樣的破損率均為0%，說明在不低于0℃時，PP-B管和PP-R管均具有良好的耐沖擊性能。

而簡支梁沖擊試驗(-10±2)℃結果表明：PP-B管在-10℃下的簡支梁沖擊試驗全部無破損，破損率為0%，PP-R管在-10℃下的簡支梁沖擊試驗有10批次破損率大于10%（破損率在30%～80%之間）。說明在-10℃時，PP-B管的耐沖擊性能優于PP-R管，PP-R管在-10℃及以下的低溫條件下使用時存在破裂的風險。因此，PP-B管更適合作為冷水管用，尤其在寒冷的北方地區使用PP-B管輸送冷水比用PP-R管更有優勢。

3、靜液壓試驗

靜液壓試驗是冷熱水用聚丙烯管材非常關鍵的物理力學性能指標，它反映了管材在一定溫度的水環境中使用時所能承受壓力的大小和壽命的長短。靜液壓試驗不合格的管材，在實際使用中經受一定溫度的水壓，使用壽命較短，極易出現爆管的現象，達不到設計使用壽命50年的目標。

圖3 靜液壓試驗（95℃，165h）后破裂照片

對于一般的監督抽查，由于時間的限制，時間最長的靜液壓試驗通常只進行靜液壓試驗（95℃,165h）項目，該項目合格并不能預測管材的長期使用壽命狀況，也不能真正反映出管材的實際質量狀況。而靜液壓試驗（95℃,1000h）項目在一定程度上反映了管材在熱水環境中使用時所能承受壓力的大小和壽命的長短，只有達到標準要求的產品才能保證在熱水溫度下的使用周期內不會發生破裂或滲漏現象。該項指標不合格，說明該產品不適用于在熱水環境或壓力下長期使用。

經檢驗，靜液壓試驗（95℃,165h）項目1批次不合格，靜液壓試驗（95℃,1000h）項目9批次不合格，且不合格的全部為PP-B管，靜液壓試驗后的典型破裂照片如圖3、4所示。由此可見，PP-B管的靜液壓試驗合格率遠遠低于PP-R管，且不合格項目主要體現在靜液壓試驗（95℃,1000h）上，說明PP-B管的高溫耐壓性能相對PP-R管較差，若作為熱水管使用，其長期使用壽命不如PP-R管。

4、氧化誘導時間

氧化誘導時間為在常壓、氧氣或空氣氣氛、規定溫度下，通過量熱法測定材料出現氧化放熱的時間，是材料耐氧化分解的一種相對度量，其在一定程度上反映了材料耐熱氧老化的性能，氧化誘導時間越長，管材耐熱氧老化性能越好。在GB/T 18742.2-2017新標準中已增加了氧化誘導時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗后的氧化誘導時間項目，要求分別為不低于20min 和16min。

圖4 靜液壓試驗（95℃，1000h）后破裂照片

本次即按照新標準中的要求進行了以上項目的測試，共發現16批次管材的氧化誘導時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗后的氧化誘導時間小于標準要求，問題發現率為32%。其中，9批次為PP-R管，7批次為PP-B管，說明兩種類型的管材在耐熱氧老化性能上無明顯差別。

氧化誘導時間越短，管材耐氧化分解的性能越差，管材在使用中，尤其是在高溫條件下使用，越容易老化，影響管材的使用壽命。通過比較氧化誘導時間和完成95℃/1000h靜液壓試驗后的氧化誘導時間發現，完成95℃/1000h靜液壓試驗后管材的氧化誘導時間均有不同程度下降，說明經過95℃/1000h靜液壓試驗后管材已開始發生一定程度的老化。