高性能PVC-UH給水管的開發和應用

白德勇 王全龍

【摘要】本文從配混料、擠出塑化、模具成型三個方面介紹了PVC-UH管材生產技術，分析了現有配套PVC連接件、管材在工程應用中的優勢、弊端及PVC-UH管材的綜合性價比等幾個涉及管材應用的關鍵問題，在此基礎上提出了技術發展方向。

【關鍵詞】PVC-UH管材;PVC連接件;工程應用;發展方向

給水用高性能硬聚氯乙烯（PVC-UH）管材源于西方國家，與PVC-U管材相比，提升了抗內壓指標，優化了韌性，增加了內置鋼骨架膠圈，在地埋管應用上具有很好的效果。2016年我國頒布了《給水用高性能硬聚氯乙烯管材及連接件》（CJ/T 493）行業標準，與美國標準相比增加了產品規格和連接件，該管材標準各項指標的要求高。目前國內少有的幾家企業具備全規格、全系列生產能力，PVC-UH管材現在已經應用于遠距離輸水、城市供水、機場消防供水、管廊給排水項目中[1]。本文從PVC-UH管材的生產、配套PVC連接件、應用在工程中的優勢、弊端、技術發展方向、PVC-UH管材的綜合性價比幾個方面對高性能PVC-UH給水管的開發和應用進行了總結。

1.PVC-UH管材的生產

生產工藝主要包括配混料的制備，擠出機的塑化，模具成型幾個方面。

1.1 ?混配料

混配料強度MRS≥25MPa，為了適應模具的壓力、停留時間、壓縮比的要求，在調配中可將各種產品規格按照口徑分組，以滿足生產的穩定性及各項指標要求。按dn20-dn90，dn110-dn315，dn355-dn630，dn710-dn1000，dn1200-dn1600分為五組，結合各尺寸組對熱穩定性能的要求，調配內外潤滑劑和加工助劑。熱穩定體系選用有機錫、稀土助劑時，采用高錫含量的熱穩定劑，如美國皮姆斯的T31，防止酯類過多在后續加工中影響產品維卡軟化點溫度;加工助劑選用日本三菱的P-533和P-551，主要是控制PVC材料的比重和提高塑化度，保持管材的強度和性能穩定性。

1.2 ?擠出機的塑化

國內擠出機主要是錐形雙螺桿擠出機、平雙螺桿擠出機，因國內制造廠家的產品在螺筒、螺桿的材質、熱處理工藝、加工精度達不到要求，造成混合料在中段、尾端壓縮比不一致，回流的部分料漿熱穩定差、潤滑不平衡狀態，在模具分流器形成愈合線部位的強度不足現象，必須用德國的品牌擠出機螺桿、螺筒，保障混合料在螺桶內塑化、熱穩定、潤滑的平衡，螺桿出口壓力保持在20MPa以上，才能保證擠出模具所需正常壓縮比。

1.3 ?模具成型

按照規格和壓力的分組進行配置模具，dn200以下口徑管材模具壓力正常保持在12MPa-15MPa;dn225-dn400模具壓力保持在15MPa-18MPa，以上口徑公稱壓力大于1.25MPa的管材要根據芯層塑化增加模壓。dn500-dn630模具壓力保持18MPa-20MPa;dn800以上的要銜接混配料的熱穩定、潤滑體系，隨著大口徑的米重增加對擠出機的擠出量增加，在模具內停留的時間大于30min時，要根據混合料的熱穩定、潤滑體系、溫度等綜合情況確定生產工藝參數。

特大口徑管材模具要采取雙分流或星式分流設計理念，避免單層截面過厚壓力聚集，形成的料漿溫差大，造成斷面分解問題，影響分流效果。

2.配套PVC連接件

國內在dn315以下口徑的基本齊全，dn355以上沒有配套管件。這主要是因為注塑機的注射量不足，大型注塑機螺筒內混合料的停留時間長，導致混合料內熱穩定、潤滑劑多造成產品維卡低。由于全塑配套管件不足，工程連接過程中使用鋼塑管件情況較普遍，管材和管件材質有不確定因素，在管件和管材不一致的情況下，可能會影響PVC-UH管道系統使用壽命，無法達到預計使用年限。

3.應用在工程中的優勢、弊端

3.1 ?PVC-UH管材優勢

聚氯乙烯材料模量在2800 MPa，PVC-UH管材的環應力42 MPa，大中口徑的實驗室檢測壓力在公稱壓力等級的3.34倍，整根管材連接檢測壓力在2倍，和PE管相比較有較高的耐壓性能，特別是內置鋼骨架膠圈相比較PVC-U的活套承插膠圈，具有安裝便利、安全、密封效果好的優勢，管材摩擦因數在0.007，管材的伸縮量按下式計算 ?△L=L·a·△t，其中：

△L-管道伸縮量（m）;

L-管道長度（m）;

a-線性熱膨脹系數，采用6×10-5～8×10-5 m/（m·℃）;

△t-溫差（℃）

在同類給水管材中相比較具有耐腐蝕、摩擦因數低、輸水節能的綜合優勢，在地埋管道管材項目中具有很好的性價比。

3.2 ?PVC-UH管材弊端

（1）同材質配套管件規格不齊全，而且是承插活套膠圈，只能采用鋼塑管件配套使用，管材壽命≥50年壽命，鋼塑管件壽命短，造成管道系統的使用壽命短板;

（2）PVC-UH管材在給水、消防供水項目，應用在成都天府機場項目中，在管道工程中有諸多的開關閥，在關閉閥門時管道有壓差時位移嚴重，甚至漏水現象;

（3）PVC-UH管材只限于地埋式長距離輸水項目，有閥門位置造成壓差時位移嚴重，管材連接采用承插方式，在管溝、管廊中、明渠中固定成本過高，有水錘現象使用不穩定因素;

（4）PVC-UH管材在城市供水工程中，只限于地埋的條件，無法和城市其它配套管道共用管溝，固定措施不好實施。

4.PVC-UH管材的綜合性價比

（1）在給水管道工程中的耐腐蝕、耐高壓性能、低糙率、應力小、壽命長的綜合優勢，具備百年管道工程的基礎數據支撐;

（2）適應在40℃以下的所有給水工程，相應的管材價格在鑄鐵、PE類管材節約在20%以上;

（3）在1600 mm口徑以上填補了塑料管道的空白，為將來的大型調水工程增加可選技術的儲備;

（4）生產技術已具備移動生產，可采取工程現場制造模式，減少連接部位，增加安裝效率;

（5）管材采用承插安裝，不受溫度、濕度、水浸的干擾，具有安裝便利施工快的優勢。

5.技術發展方向

綜合現有的管材各種優勢性能，突破現有國內1200大口徑管道的技術限制，做到3000 mm特大口徑的管材，為我國大型供水工程提供戰略性的技術保障，如何補齊短板，使其成為給水工程中的主力軍，需研發在同類管材中的使用范圍，做好以下技術研發攻關。

5.1 ?增加管材止脫措施

PVC-UH給水管材止脫措施，管材在內置鋼骨架膠圈的位置增加自鎖裝置，止退壓力啟點保持在管材運行壓力等級以上，解決管道在安裝運行中的位移現象[2]。

5.2 ?完善管件產品性能

管件按照規格分組實施技術研發方向，完善管件的產品性能，使用同材質PVC材料，保持產品74℃的維卡軟化點。

（1）dn315口徑以下的管件，用注塑生產工藝制造PVC彎頭、三通等配套管件，采用內置鋼骨架膠圈注塑管件，內插口位置增加自鎖裝置，壓力等級不足時外敷無機纖維增強，止退壓力啟點達到管材同等壓力等級，解決管材和管件連接處的位移現象;

（2）dn355～dn630的彎頭、三通主要部件，采用PVC材質整體注塑件，連接帶自鎖功能的鋼骨架膠圈短管和管件連接，連接部位采用纖維增強;

（3）大于630的直至1600 mm口徑的管材配套管件，采用PVC-UH管材焊接組合，外敷纖維增強措施，按照相應壓力等級配套制作;

（4）國內現階段已成功制作大口徑管件，現有的1800 mm口徑管材已順利生產投入市場應用，且已制造出3000 mm特大口徑的管材模具，隨著國內大型調水工程的開發，我國已具備制造特大口徑3000 mm的生產技術，在國際同類管材中具有了領先能力，具備了戰略性的技術儲備。

6.總結

PVC-UH管材增加自鎖裝置，保持了管材的各項耐壓、耐腐蝕、增韌、摩擦因數低的優勢，將來在明裝、管廊、管溝、城市給水、消防供水等帶壓輸水的工程中有廣泛的應用空間;應完善同材質配套管件，保持其各項性能的優勢，使用整體性提高到≥50年壽命的優勢，直至百年的使用價值，提升塑料管材在給水、消防供水工程中的應用價值。

參考文獻

[1]郁董凱，劉國棟.PVC-UH低壓排污排水管施工技術[J].技術與市場，2017，24（08）：151-153.

[2]袁本海，朱瑞霞，賈金金.給水用PVC-UH管材及連接件的性能特點和應用[J].中國給水排水，2017，33（14）：33-36+39.

（作者單位：1.四川省機場集團有限公司 ?2.山東東信塑膠有限公司）

【中圖分類號】TU991.36

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0122-02