。志海”杯优秀论文交流会国外ＰＶＣ管材新产品及技术进展周少鹏。（河北宝硕管材有限公司，河北保定０７１０５１）［关键词］ＰＶＣ管材；ＰＶＣ—Ｍ；ＰＶＣ—０１应用领域；国外［摘要］介绍了国外开发新型ＰＶＣ管材的背景，以及开发的新型ＰＶＣ管材——ＰＶｃ—Ｍ、ＰＶＣ—Ｏ及其主要的应用领域。ＰＶＣ是应用最广泛的热塑性塑料之一，目前全球ＰＶＣ的消费量在３０００万ｔ／ａ左右，其中约１／３应用于管材管件，预计全球每年的增长率超过４％。这些增长中的一个重要部分是ＰＶＣ管材。在欧洲ＰＶＣ的用量是１５０万ｔ／ａ，约占ＰＶＣ市场的２７％。虽然面临其他塑料管材的竞争，至今ＰＶＣ管材仍然是用量最大的塑料管材。近年来，国外在ＰＶＣ管材生产和应用上取得了重大进步，非常值得大家去学习。如ＰＶＣ—Ｍ管材（改性ＰＶＣ管材）和ＰＶＣ—Ｏ管材（双轴取向ＰＶＣ管材）具有很好的强度和韧度，与传统的硬质ＰＶＣ管材相比，可以采用较高的设计应力，并可以显著地节约材料。ｌ百年后就会将这些能源用完。而且，在这些能源的使用过程，不可避免地会出现环境问题。近些年，人们对节能和环保的要求越来越高。能源危机与有效的使用自然能源和减少温室气体排放有着直接的关系。为解决能源危机和环保问题，人们越来越重视产品的节能，并喜欢使用对环境影响最小的产品。ＰＶＣ管材是一种制造、安装和运行能耗很少的产品，而且可以循环利用。新型ＰＶＣ管材在制造过程中可以明显地节约材料，也就降低了能源消耗，为环保作出了贡献。２国外开发的新型ＰＶＣ管材在过去的二三十年里，世界上许多国家都在进行提高ＰＶＣ管材性能的研究，开发出了性能卓越、节约材料的ＰＶＣ—Ｍ和ＰＶＣ—Ｏ管材。实践证明，这两种管材在给水领域及其他领域的应用非常成功。２．１国外开发新型ＰＶＣ管材的背景（１）市场需要。ＰＶＣ管材已经有近７０年的发展历史，因其模ＰＶＣ—Ｍ量高、强度高和价格较低而一直是全世界应用量最大的塑料管材。但是有很长一段时间ＰＶＣ管材的性能水平提高不大，基本上就ＰＶＣ—Ｕ这一个品种。同时由于ＨＤＰＥ等树脂性能的明显进步（如从ＰＥ６３到ＰＥ８０，再到ＰＥｌ００），以及各国环境保护组织对于氯元素的批评，ＰＶＣ管材在一些国家和应用领域的增长率减慢了。如果不及时提高性能和扩大应用领域，ＰＶＣ管材的原有优势将被竞争产品超过，其市场也将逐渐丢失。（２）节约能源和环保的需要。石油和煤都属于不可再生能源，而且使用量逐年递增，速度很快。如果没有替代品的出现，无的大量开采使用这些能源，预计在几十年后最多几很多国家在开展ＰＶＣ管材的改性研究，总的方向是提高韧度（在强度不降低或稍微降低的前提下）。通过大量的研究和实践，取得了显著的成效，已经开发出一批新产品，成功地应用于各个领域。２．１．１基本原理ＰＶＣ—Ｕ的性能特点是强度高，脆性大。因此，虽然ＰＶＣ—Ｕ管材的最小要求强度（ＭＲＳ）为２５ＭＰａ，但其设计应力并不高，国际标准是１０．０～ＭＰａ。其原因就在于ＰＶＣ—Ｕ管材脆性大，不１２．５得不采用比较大的“设计系数Ｃ”（Ｃ＝２．０～２．５），否则就不能保证安全使用５０年。大量研究证明，通过适当改性，可以在不降低强度或稍微降低强度的前提下显著地提高韧度，就能允许采用较高的设计应，［收稿日期］２００８一０８—１８［作者简介］周少鹏（１９７５一），男，１９９９年毕业于河北经贸大学经贸英语系．现就职于河北宝硕管材有限公司管道技术研发部，主要从事国外塑料管道新产品和新技术研究工作。１４第７％空国ＰＶＣ塑料与树脂技术年会论文专辑力，达到节约材料并满足一些特殊使用要求的目的。ＰＶＣＭ管材就是以ＰＶＣ树脂为主要原料．通过物理改性达到提高韧性和使用安全性的一种管材。２１２ＰＶＣＭ管材的性能ＰＶＣ—Ｍ管材在性能上的改进是显著的．主要表现在设计应力的提高和韧度（冲击性能，抗开裂性能）的改善，同时由于可以容许一定程度的弯曲变形．这对于某些应用领域也是有价值的（如应用于非开挖铺设和修复）。有的国家只要求提高冲击性能．有的国家希望同时提高设计应力以节约材料．因此增韧改性技术各不相同，性能改进的效果也不一样。２ｌ２１％＆英国、澳大利亚和南非等国开发的ＰＶＣＭ（ＰＶＣ—Ａ）管材要求在提高韧度的同时提高设计应力，相当于提高了实用的强度。这些国家的国家标准（规范）规定ＰＶＣ—Ｍ（ＰＶＣ—Ａ）设计应力是１７５ＭＰａ，比ＰＶＣ—Ｕ国际标准设计应力１２５ＭＰａ提高丁４０％。日车和中国的企业开发的增韧改性ＰＶＣ管材目标就是提高冲击性能，据说主要为提高抗地震性能．因此没有提高设计应力。如日本积水化学的“给水用丙烯酸共聚聚氯Ｌ烯管材”的设计应力在１００～Ｉ２５ＭＰａ（根据其壁厚和ＩＳＯ４４２２一致推算）．在其设计施工手册中介绍，通过内压试验“推定的２０℃５（）年蠕变强度”是２０７ＭＰａ（ＭＲＳ）．所眦其设计系数在１６６～２００。２Ｉ２２、自鹰｛＊￥ｔ＊、＃＊§ｔ＊）ＰＶＣＭ管材在韧度方面的改善效果更加显著。ＰＶＣＭ和ＰＶＣ—Ｕ管材都有用落锤冲击性能法测试冲击性能的要求，比较其测试的主要条件和要求．可Ⅵ大致看出其韧度的差别是很大的。ＰＶＣＭ管材采用“高速冲击”测试，要求管材受到从２（１ｍ高处坠落冲锤的冲击不出现脆性破坏（可以冲出凹坑或孔洞，但必须是韧性破坏）。从测试结果的照片（图１）可以直观地看出ＰＶＣ—Ｍ管材在脆性方面有了很大的提高。２２双轴取向ＰＶＣ管材（ＰＶＣ－－Ｏ）很多高分子聚合物通过取向加工（或称定向）．使其分子规整排列可以明显地提高性能。取向加工工艺一方面可以提高性能，另一方面口ｆ以减少材料的消耗，是顺应可持续发展大方向的前沿技术。ＰＶＣ—Ｏ管材就是一种采用取向加工技术获得成功的管材。目Ｉ膏遗冲☆月∞Ｐｖｃ—Ｍｆ＃２２１基末厚理ＰＶＣＯ管材是通过特殊的取向加工工艺制造的昔材，把由通常挤出方法生产的ＰＶＣ～Ｕ管材在轴向和径向上拉伸，使管材中的ＰＶＣ长链分子在双轴向规整排列，获得高强度、高韧性、抗冲击、抗疲劳等特性．是远优于普通ＰＶＣＵ管材的新型ＰＶＣ管材。ＰＶＣＯ早期采用的都是“离线”（ｏｆｆ—ｌｉｎｅ）加工工艺（两步加工法），但是离线加工工艺生产速度低，设备投资高（按单位产出算）．根难推广。后来开发出在挤出加工过程中“在线”（ｉｎ—ｌｉｎｅ）进行取向，连续生产ＰＶＣＯ的生产工艺（一步加工法）。在线双轴取向生产工艺大大提高了生产效率．降低了制造成本．增强了ＰＶＣＯ同其他管材的竞争力。目前，ＰＶＣ—Ｏ管材已经在英国、法国、荷兰、葡萄牙、美国、澳夫利亚、南非和日本等国家应用多年。２２２ＰＶＣ—Ｏ的性能ＰＶＣ—Ｏ卓越的性能在于其具有了高强度和高韧性．因此一方面可以采用较高的设计应力，明显地节约材料．另一方面可以应用在特殊的有更高要求的领域，如承受高压力等级，承受高冲击负载和高疲劳负载等。２．２２１Ｈ＆大量的试验研究证明，ＰＶＣ—Ｏ不仅ＭＲＳ可以高达４５～５（）ＭＰａ，而且由于突出的韧性，ＭＲＳ４５和ＭＲＳ５０的ＰＶＣｏ管材的５（）年设计系数可以采用１６或１４。所以ＰＶＣＯ管用的设计应力可高达２８～３２ＭＰａ，比ＰＶＣＵ和ＰＶＣ～Ｍ管材分别节约材料约５０％和３０％。２２．２２■＆ＰＶＣ—Ｏ管材目为分子取向加工而产生薄片分层结构，因而具有非常突出的韧度（抗开裂冲击性能）。如果由于缺陷和点负载产生了径向裂纹，分层结构会阻碍裂纹在材料中通过（图２）。１５“志海”杯优秀论文盘流畚／７（竖＼目２ＰＶＣ－－０ｆ＃÷§《＊ｔ∞｛ｔ目因为ＰＶＣ０管材具有优越的抗开裂冲击性能．其标准中对于韧度的测试比较简单，在［ＳＯ／ＤＩＳ１６４４２标准和ＡＳ４４４Ｉ标准中只有１项——（）℃落锤冲击性能项目；在ＡＳＴＭＦ１４８３标准中有１项～２３℃落锤冲击性能。ＰＶＣ一０管材具有非常良好的抗疲劳损坏性能．特别适用于预计有压力周期变化的场合。同时，ＰＶＣ一０管材具有非常良好的抗水锤性能，完全能够承受比额定工作压力大２倍的瞬间压力。２２２３ｐｖｃ－０±Ｐ《￥在线莲续生产（一步法）ＰＶＣ０管材的生产技术比较复杂．目前都属丁专利技术。生产ＰＶＣ一０管材的另一个难点足成型连体的承口，也已经有专利技术。生产ＰＶＣ—Ｏ管材的原材料是标准的ＰＶＣ—Ｕ混配料。３ＰＶＣ－－Ｍ和ＰｖＣ一０主要应用领域３１给水用管道市场值得注意的是．在一些国家的饮水管网中ＰＶＣＭ和ＰＶＣＯ的应用范围在逐步扩大，成为ＰＶＣ—Ｕ的换代产品。在南非，ＰＶＣ—Ｍ压力管已经被大量应用在饮水管网和农业灌溉中（超过２５５００…压力等级ＰＮ６～ＰＮ２５的ＰＶＣ—Ｍ压力０００ｋｍ），直径５０～管已经成功地使川ｒ１｛】年“上，证明了是一种耐九的、很有竞争力的压力管材。ＰＶＣＭ压力管的壁厚大约比棚应的ＰＶＣ—Ｕ管材小３¨％．在输水能力、运输、搬运和铺设上肯明显的优点。由于比较薄的壁厚和稍低的弹性模量，与ＰＶＣＵ管材相比，水锤波的速度鞍低。３２矿山用管材采矿业是符材的重要市场．因为环境特别恶劣和安全要求特别严格．矿山用管材必须满足特殊的要求。在潮湿和有腐蚀性的地下环境中．强度人、韧性高、抗冲击、耐腐蚀和密度小的ＰＶＣ—Ｍ和ＰＶＣ—Ｏ管材有竞争优势。ＰＶＣ～Ｍ管材已经在南非非常恶劣的矿山环１６境巾成功地应用了２５年。为了达到矿山严格的安全要求．设计系数采用２０．设计应力采用１２５ＭＰａ．３３非开挖铺设和修复用管材市场采用非开挖技术铺设新管道和修复目管道是个有巨大需求的市场。因为非开挖铺设和修复技术对ｒ采Ⅲ的管材通常要求具有柔韧性和连续性（能够以长盘卷管材供应或者能够实现承受轴向力连接）．过去通常都采用聚烯烃管村．一般认为刚性大、采用承插连接的ＰＶＣ管材无法应用于此领域。随着近年国外ＰＶＣ—Ｍ和ＰＶＣ一０新技术的发展，ＰＶＣ管材已经突破了进入非开挖铺设和修复市场的障碍．为ＰＶＣ管材的应用开拓了新的天地。非开挖技术修复旧管道最常采用的技术是对管技术。其中可以利用目臀道承受负载能力的紧配合衬管技术要求衬管在插＾前预先缩径或折叠。以前都是采用可“缩径或折叠的ＨＤＰＥ管材来实现，近年ＰＶＣＭ和ＰＶＣ一０管材也已经被采用。（Ｉ）ＯｍｅｇａＬｉｎｅｒ刊修复片法。衬管材料是Ⅲ乙烯基共聚物（ｅｔｈｙｌｃｎｃｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）改性的ＰＶＣ（ＰＶＣ＾）。该村管在生产工厂被预折叠．直径减小了３０％～４０％．并盘卷在鼓轴上进到建设Ｔ地。用绞血把预先加温的衬管从鼓轴上拉下来进人要修复的管道．再把低压蒸汽引人０一ｍｅｇａＬｉｎｅｒ州管使其恢复到原束的圆形。此方法可应用于修复直径范围在１５ｆ】～４５０ｍｍ的已损坏的旧管道（图３）。目３＃ｆ镕￡＊（２）Ｄｕｒａｌｉｎｅｒ州修复方法。用常规的加工工艺挤出的厚壁ＰＶＣ管胚，直径比要修复的目管小５０ｍｍ采用对接熔焊（图４）连接起来后插入要修复的旧管，端头用管件堵上后引人严格控制温度的热水并且加压．使ＰＶＣ管膨胀贴到要修复的ｍ管壁．『目时ＰＶＣ分于在环向实现取向。在保待压力下把冷水送人膨胀的管内．把ＰＶＣ讣于的取向“冻住”，（Ｔ转第４３Ⅲ）摹７月全国ＰＶＣ塑料与树脂技术年会论文专辑少资源浪费和环境污染，周此多元复台式产品也将成为未来稀土热稳定荆的主要发展趋势之一。［７］葛铁￥，※＆＊，脒※｛＃±％２刑《质￥氯Ｌ烯十∞ｎ２ｎ目＊Ａ口］％ｍ化Ｉ｛院学ｍ．２（１（１１，１５（¨：４３—４６［参考文献］［１］￥《超＋ｇｎ￥，ｉ§＋等稀±ｍ台物＆高分ｆ科｛十∞＆月Ⅲ究ｍ＆口］高分｝№ｍ，２００７（３）５５５ｆ［８］李《贤，％１｜亩＃，＃軎ｍｐＶＣ用％±热椽≈Ｍ的Ⅲ究＊月哪贵州化Ｉ．２００７．３２（４）：１９—２２［９］辆＾ｎ，舒月Ⅱ，沈宁，普稀±一镕复合＃＊￡Ⅻ∞［２］郭｛军拽析＊“Ｅ＊稀±髂稳２Ⅲ∞＆≈ｎⅫ日］■ＡＬ＊．２００６（１０）・２５—２６ｄ§Ⅲ十自Ｉｎ太｝≠报．１９９９．３０（¨：３４—３６Ｄｏ］Ⅻ＝Ⅻ＋李响＋镕晓楠，等一种＊ｇ稀±热稳定刺的［朝￡茂菱．刘ｔ女，＊英镥＂氧Ⅱ∞醣碲±∞台成＆其目ｐｖｃ热＆定作月的女究［１］十目∞辑－２００１，ｉ５（７）５ｉ一５３合成与应月Ⅲ究Ⅲ∞＃，２００６，３５（３）；５６＆月＊Ｒｍ＆ｎ］女料∞Ｍ，２００８（３）６—８［１２３车５８［１１］贺｛口．杨自“稀±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周少鹏
河北宝硕管材有限公司，河北 保定 071051
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