PVC-U加工特性雜談

王文治

(顧地科技股份有限公司，鄂州，436000)

在五大通用熱塑性合成樹脂中,聚氯乙烯(PVC)最有個性。它的剛性優于聚乙烯(PE),韌性優于均聚聚丙烯(PP),剛柔并濟；它透明而不脆,與聚苯乙烯截然不同；它離火自熄，獨一無二。更加奇特的是，它的加工過程，竟然被披上熱固性樹脂的外衣——凝膠化。

優良、突出的使用性能，使其用量僅次于PE,與PP,尤其在建材等領域，應用更為廣泛；獨特的加工性能，要求我們不單要嚴格現有的生產工藝，做出優良的產品，而且要進一步探索、掌控PVC的凝膠化過程，研發出新的加工技術和新的產品，進一步提升PVC制品的使用性能，開拓PVC新的應用領域。

1 PVC是化學建材的大哥大

化學建材是熱塑性塑料的第二大應用領域(第一大應用領域是包裝材料,包裝材料有不少為一次性使用,所以用量很大)。化學建材包括塑料型材、塑料管材和土工材料三大類。在塑料型材中,PVC獨一無二，在常溫塑料壓力管道中,PVC獨占鰲頭。在歐、美各國,PVC管道至今仍然在給水管道中占有最大的地盤[1-3]。從2014年到2019年，美國管道市場的需求每年增長6.7%,其中塑料管材的增長速率快于其他管材，PVC管材占塑料管材總需求量的66%,PE-HD占27%,PVC給水管則占PVC管材總用量的35%。

為什么PVC管道這么牛呢，告訴您，PVC-U是二百五！

1.1 PVC-U 250

都知道PE 100做給水管很好吧,那到底PE 100是什么貨色？PE 100中的100,稱為管材”材料的壓力等級”,按照這種分級，PVC-U給水管材的等級是250。

PE-HD用作給水管道，最初是PE 63,稱為第一代，通過不斷改進、提升，經歷了第二代的PE 80,好不容易才奮斗到今天的第三代PE 100。而PVC-U一登臺，就是PVC-U 250,是PE 100的2.5倍，厲害啊！這是因為PVC-U的抗蠕變性比PE好得多。感興趣吧？那就再羅唆幾句。請看公式（1）。

σs稱為設計應力，就是規定使用條件下，內壓(水壓)引起的管壁的環向應力。

注：公式中各述語的規范表述請看 GB/T 19278—2003[熱塑性塑料管材、管件及閥門 通用術語及其定義]

MRS稱為最小要求強度,大意是,在20℃的使用條件下,管材使用50年所能承受的平均強度或預測平均強度，概率為97.5%,單位為MPa。

C稱為總體使用(設計)系數，就是考慮到安裝、使用等因素的影響,選用的一個保險系數，其數值大于1。(怎么選用，請看 GB/T 18475—2001[熱塑性塑料管材和管件用材料分級和命名 總體使用(設計)系數] )

明白了吧？MRS是評價熱塑性塑料壓力管道材料長期耐壓性能的最根本、最重要的參數，MRS后面加個零,就是前面所說的材料(壓力)等級。

由于PVC的MRS比PE100高，因此，同樣的公稱壓力，同樣的管徑，PVC的管壁比PE100薄，見表1。

表1 壁厚對比Tab.1 Comparison of wall thickness of tubes in different materials 公稱壓力0.8 MPa

1.2 不是所有的PVC-U都是250

聊到這里，您可能會說,別忽悠了，五十年所能承受的平均強度，誰信?。?/p>

要知道，不是所有的PVC-U都是250的,那是要通過大量的水壓試驗去驗證的。這種試驗的原理稱為時-溫等效,就是通過升高試驗溫度縮短試驗時間,取得了足夠多的數據后，進行計算、外推，得到50年的預測平均強度。但也要連續做一年多的水壓試驗哦。

這個試驗方法就是GB/T 18252—2008[塑料管道系統 用外推法確定熱塑性塑料材料以管材型式的長期靜液壓強度] ,方法的要點如下：

A.至少兩個以上的試驗溫度，每對相臨的溫度至少應相差10℃。

B.對每個溫度，應至少5個規則分布的試驗壓力，得到至少30個觀察值。

C.每個壓力水平，至少有4個觀察值在7000 h以上，至少有1個觀察值在9000 h以上。

D.由實驗數據得出一組壓力隨時間衰減的曲線，并外推。

E.20℃的試驗曲線外推至50年所對應的壓力就是MRS。

圖1 PVC-U 250的預測強度參考曲線Fig.1 Reference curves of the predicted strength of PVC-U 250

PVC-U 250的預測強度參考曲線見圖1。(引自ISO 1452-1:2009,Plastics piping systems for water supply and for buried and above-ground drainage and sewerage under pressure—Unplasticized poly(vinyl chloride)(PVC-U)Part 1:General

PVC是一種很好的材料，但由于認識上的一些誤區，被有意、無意地污名化，還由于因無知而無畏，因無畏而粗制濫造,使得近年來，我國PVC制品的用量明顯下滑。PVC門窗型材步入不景氣，PVC給水管幾乎無人問津,這些現象，難道還不應該引起我們的警醒！

PVC行業的發展，不僅影響到PVC的從業者能否步入小康，更是關系到資源能否得到合理使用！

因此，要呵護PVC！