給排水安裝工程用低塑性聚氯乙烯管材制備研究

王飛騰

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

塑料管材以其安全性與環(huán)保性深受給排水安裝工程領(lǐng)域青睞，而聚氯乙烯管材（UPVC）主要應(yīng)用于室內(nèi)給排水安裝工程，作為給排水系統(tǒng)重要構(gòu)成，UPVC質(zhì)量直接影響著整個(gè)工程質(zhì)量與安全[1]。常用塑料管材原料主要有低塑性聚氯乙烯、高密度聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、均聚聚丙烯、聚丁烯等，其中低塑性聚氯乙烯、聚乙烯只能應(yīng)用于冷水管道，而交聯(lián)聚乙烯、均聚聚丙烯、聚丁烯可應(yīng)用于熱水管道，當(dāng)前我國(guó)已成立了以聚氯乙烯、聚乙烯、均聚聚丙烯為主的塑料管道加工產(chǎn)業(yè)，其中聚氯乙烯配套產(chǎn)業(yè)鏈最為健全[2]。因此，本文針對(duì)給排水安裝工程用聚氯乙烯管材制備及其性能進(jìn)行了深入探究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

給排水安裝工程用低塑性聚氯乙烯管材制備所需原料[3]主要包括：聚氯乙烯管材UPVC料；活性鈣材料；聚氯乙烯酸酯類膠乳材料；聚氯乙烯復(fù)合穩(wěn)定劑；氯化聚乙烯；聚氯乙烯加工助劑。

1.2 儀器

給排水安裝工程用低塑性聚氯乙烯管材制備所需儀器[4]主要包括：高速混合器；雙輥筒煉膠機(jī)；平板硫化機(jī)；沖擊試驗(yàn)機(jī)；電子拉力試驗(yàn)機(jī)。

1.3 制備

稀釋丙烯酸酯類膠乳與活性鈣，保持于超低玻璃化溫度，以生成復(fù)層核殼結(jié)構(gòu)體。準(zhǔn)備1～25份加工助劑，與聚氯乙烯管材UPVC料基于高速混合器實(shí)現(xiàn)均勻混合，在112～125 ℃環(huán)境狀態(tài)下，持續(xù)運(yùn)行8～12 min，生成干混料。將干混料溫度控制于175℃之下，利用開(kāi)煉機(jī)塑煉6～8 min，然后于18℃之上的環(huán)境狀態(tài)下，壓成試樣樣片[5]。

2 結(jié)果分析

2.1 增強(qiáng)劑與活性鈣性能分析

多功能復(fù)合增強(qiáng)劑MCRA與活性鈣性能指標(biāo)[6]具體見(jiàn)表1。

表1 增強(qiáng)劑與活性鈣的性能指標(biāo)Table1 Performance index of reinforcing agent and active calcium

2.2 聚氯乙烯管材UPVC性能分析

于初始化配合比中添加20份活性鈣，所獲干混料低塑性聚氯乙烯樣品1，添加20份增強(qiáng)劑MCRA，所獲干混料低塑性聚氯乙烯樣品2，二者表觀性能見(jiàn)表2。

表2 干混料低塑性聚氯乙烯樣品的表觀性能Table 2 Apparent properties of dry mix low plasticity UPVC samples

經(jīng)過(guò)混煉與壓板處理，所獲干混料低塑性聚氯乙烯樣品的物理性能見(jiàn)表3。

表3 干混料低塑性聚氯乙烯樣品的物理性能Table 3 Physical properties of low plastic UPVC samples of dry mix

活性鈣顆粒始終于聚氯乙烯管材UPVC基體表面游離，二者未實(shí)現(xiàn)融合，銜接界面無(wú)法承受并傳輸應(yīng)力，而增強(qiáng)劑MCRA與聚氯乙烯管材UPVC彼此相容，效果良好，在銜接界面尚未出現(xiàn)空洞或者缺陷；此外，增強(qiáng)劑MCRA與聚氯乙烯管材UPVC的復(fù)合材料斷口位置呈現(xiàn)撕裂狀態(tài)，說(shuō)明在拉伸斷裂時(shí)，生成了較大的應(yīng)變阻力，從而發(fā)生了韌性斷裂，所以就宏觀層面來(lái)講，聚氯乙烯管材UPVC基于增強(qiáng)劑MCRA的作用，可切實(shí)提高自身力學(xué)性能，表明適度添加增強(qiáng)劑MCRA對(duì)于聚氯乙烯管材UPVC發(fā)揮著一定的增韌補(bǔ)強(qiáng)作用。

-10℃低溫環(huán)境狀態(tài)下，增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置的撕裂嶺數(shù)量遠(yuǎn)超活性鈣/聚氯乙烯管材UPVC，并且其海島狀組織比較突出且密集，相界面明顯增多，此外增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置整體被撕裂，導(dǎo)致斷口表面凹凸不平，說(shuō)明在撕裂時(shí)，應(yīng)變阻力有所變大，但是活性鈣/聚氯乙烯管材UPVC斷口表面則比較平整；23℃常溫環(huán)境狀態(tài)下，增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC發(fā)生撕裂時(shí)，整體出現(xiàn)了規(guī)律性塑性變形，斷口位置呈現(xiàn)為羽毛狀態(tài)，而活性鈣/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置發(fā)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，基體應(yīng)變不均勻，且變形量不統(tǒng)一，特別是增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC斷口位置發(fā)生了局部拉絲和網(wǎng)化現(xiàn)象，此形態(tài)說(shuō)明增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC基體界面結(jié)合強(qiáng)度比較大。

2.3 增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC性能分析

于原配合比中既有40份活性鈣中再加入8份MCRA增強(qiáng)劑，所獲增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC物理性能見(jiàn)表4。

表4 增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC的物理性能Table 4 Physical properties of MCRA/UPVC pipe

由表4可知，增強(qiáng)劑MCRA加入之后聚氯乙烯管材UPVC的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率相較于原配合比并未產(chǎn)生明顯差異，但處于常溫環(huán)境與低溫環(huán)境狀態(tài)時(shí)，均呈現(xiàn)為升高態(tài)勢(shì)；且添加MCRA增強(qiáng)劑的復(fù)合材料白度比原配比更好。

于原配合比中既有40份活性鈣中再加入8份MCRA 增強(qiáng)劑，所獲增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC流變性能見(jiàn)表5。

表5 增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC的流變性能Table 5 Rheological properties of MCRA/UPVC pipe

由表4與表5數(shù)據(jù)可知，在原配比基礎(chǔ)上添加增強(qiáng)劑MCRA之后，聚氯乙烯管材UPVC的平衡扭矩變化并不明顯，但是塑化扭矩卻發(fā)生了一定變化，說(shuō)明相對(duì)于原配比，添加增強(qiáng)劑MCRA后聚氯乙烯管材UPVC的表觀粘度有所下降，而熔融時(shí)間差異比較小，塑化效果相對(duì)提高，熱穩(wěn)定時(shí)間縮短，這一系列變化均在一定程度上為增強(qiáng)劑MCRA/聚氯乙烯管材UPVC混合成型加工提供了便利。

3 低塑性聚氯乙烯管材在給排水安裝工 程中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 給排水的承載負(fù)荷設(shè)計(jì)

給排水安裝工程中，水體以膜流狀態(tài)流動(dòng)，所以聚氯乙烯管材UPVC管道內(nèi)壁與水體之間的親和度是管道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素[7]。所以為優(yōu)化給排水系統(tǒng)，須切實(shí)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用管材和水體界面張力，確定各聚氯乙烯管材UPVC管道類型、承載負(fù)荷能力。

3.2 給排水的內(nèi)部壓力設(shè)計(jì)

就內(nèi)部壓力波動(dòng)視角著眼，對(duì)給排水設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，其中立管流量參數(shù)需就實(shí)際高度重置。一些高層建筑給排水安裝工程的系統(tǒng)壓力波動(dòng)很容易造成底部支管水封失效，而且膜流狀態(tài)下降的污水將會(huì)附帶著與速度形成比例的氣體量，并于排水立管中生成異常壓力[8]。為了有效控制膜流流動(dòng)速度與立管內(nèi)部壓力，可把聚氯乙烯管材UPVC形狀于規(guī)定高度位置進(jìn)行均勻變化以此改善優(yōu)化，比如聚氯乙烯管材UPVC彎曲效率處理、擴(kuò)張內(nèi)表面積處理。

3.3 給排水的高度設(shè)計(jì)

針對(duì)不同高度建筑流水差異性，優(yōu)化設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)，根據(jù)一致性流速，高層建筑給排水系統(tǒng)管道承受的內(nèi)部壓力和氣體溢流量相對(duì)較大，所以聚氯乙烯管材UPVC管道內(nèi)氣體量、立管高度、流體速度之間息息相關(guān)[9]。就通氣立管有關(guān)規(guī)定，給排水安裝工程用聚氯乙烯管材UPVC管道最佳設(shè)計(jì)具體即基于實(shí)際管徑，科學(xué)設(shè)計(jì)不同高度流量臨界值，以重置臨界值的方式，實(shí)現(xiàn)給排水管道最佳設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

目前低塑性聚氯乙烯管材在給排水安裝工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用依舊處于普及與發(fā)展?fàn)顟B(tài)，而且其熱穩(wěn)定性與韌性并不佳，需要改性造粒之后才能投入使用。據(jù)此為優(yōu)化聚氯乙烯管材性能，本文針對(duì)給排水系統(tǒng)，基于增強(qiáng)劑MCRA添加，制備了新型低塑性聚氯乙烯管材，試驗(yàn)測(cè)試分析了其綜合性能。結(jié)果表明，增強(qiáng)劑MCRA與聚氯乙烯管材UPVC彼此相容，效果良好，在銜接界面未出現(xiàn)空洞或者缺陷，斷口位置發(fā)生了韌性斷裂，表明適度添加增強(qiáng)劑MCRA對(duì)于聚氯乙烯管材UPVC發(fā)揮著一定的增韌補(bǔ)強(qiáng)作用；添加增強(qiáng)劑MCRA后聚氯乙烯管材UPVC的表觀粘度有所下降，而熔融時(shí)間差異比較小，塑化效果相對(duì)提高，熱穩(wěn)定時(shí)間縮短，這一系列變化均在一定程度上為MCRA/UPVC混合成型加工提供了便利。