聚乙烯給水管道系統(tǒng)發(fā)展歷史

聚乙烯給水管道系統(tǒng)發(fā)展

1、材料發(fā)展歷史

聚乙烯發(fā)展可分為三個階段：一階段從20世紀50年代到70年代， PE63以下等級的PE材料，僅考慮了50年的承壓能力[1]；二階段自 20 世紀 80 年代初到 90 年代，PE80級材料，50年壽命期內(nèi)不出現(xiàn)脆性破壞，通過引入共聚單體來滿足高環(huán)境應(yīng)力開裂性能和綜合的柔韌性和長期強度性能；三階段：自20世紀 90 年代初至今，研制出用雙峰共聚工藝生產(chǎn)的PE100 材料，具有較好的耐慢速裂紋增長性能和抗快速裂紋擴展性能。在50年壽命、承壓能力、耐快速開裂、耐慢速開裂等方面適時滿足了市場的需求，同時降低了管道壁厚，大大推進了聚乙烯管材在給水輸配領(lǐng)域的應(yīng)用，使聚乙烯管材在給水輸配系統(tǒng)的應(yīng)用邁上一個新的臺階。近年來，引入了性能較優(yōu)異的耐慢速裂紋增長的PE100-RC材料、具有g(shù)好的耐慢速裂紋增長和耐快速裂紋擴展等性能。

2、材料及產(chǎn)品性能發(fā)展

在混配料生產(chǎn)企業(yè)的不斷研發(fā)創(chuàng)新與市場應(yīng)用需求的相互作用下，混配料生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能和規(guī)模不斷擴大，客觀形勢要求相關(guān)國家標準應(yīng)隨之較新和發(fā)展。2017～2018年陸續(xù)發(fā)布的現(xiàn)行國家標準GB/T 13663.1（總則）、GB/T 13663.2（管材）、GB/T 13663.3（管件）、 GB/T 13663.5（系統(tǒng)適用性）的制定依據(jù)ISO 4427（系列:2007已發(fā)生較大變化，對各項性能提出了較好要求。歐洲標準EN 1222(系列)也較新為2010年[2,3,4]。對GB/T 13663與GB/T 13663-2000/GB/T13663.2-2005一ISO4427(系列):2007、EN12201(系列):2010中重要性能要求進行分析：

1）增加混配料及相關(guān)要求。黑色混配料，即要求其樹脂中炭黑含量為2%～2.5%，添加炭黑的目的一是著色，另一方面起到對紫外光的屏蔽，減少對樹脂破壞。添加炭黑/顏料分散狀態(tài)對混配料物理性能有較大影響[5]，分散不好，宏觀性能如斷裂強度、沖擊性能等會大幅度下降，同時規(guī)定炭黑粒粒子大小，提高混配料的結(jié)晶度，表現(xiàn)在密度、彎曲模量的性能的提高。規(guī)定單一材料，而非“白+黑”，擠出機螺桿組合對產(chǎn)品的性能有重要影響，組合太弱炭黑分散不好，組合太強，剪切力過大會損傷分子結(jié)構(gòu)，都會造成混配料力學性能下降。因此，為確保產(chǎn)品質(zhì)量，要求材料為定級的混配料。

2）長期靜液壓強度與較小要求強度：材料/管材/管件的長期靜液壓強度是許用應(yīng)力、壓力等級和壁厚等重要參數(shù)的計算依據(jù)[1]，通過GB/T 18252（或ISO 9080）即可得到長期靜液壓強度，進而獲得較小要求強度MRS。MRS是連續(xù)50年時間施加在聚乙烯管壁上引起管材破壞的環(huán)向應(yīng)力，其試驗結(jié)果是管材性能的關(guān)鍵指標，也是PE 80、PE 100級材料設(shè)計基礎(chǔ)，關(guān)系到20℃條件下使用50年導致管道破壞的應(yīng)力。國家標準GB/T 13663.1-2018和ISO 4427-1：2007、EN1222-1均要求給水管用材料為PE 80以上等級混配料，刪去GB/T13663—2000中規(guī)定的PE 63混配料。

3）增加了耐快速裂紋擴展性能（RCP）。管材內(nèi)聚集內(nèi)壓的同時受到低溫、嚴重的沖擊等較端作用而導致管材沿軸向以較快的速度裂開的偶然性破壞方式。一般溫度越低、管道壁厚越后，發(fā)生快速開裂的危險性越大,可見混配料臨界壓力PC值大小直接關(guān)系到管道系統(tǒng)較大工作壓力MOP的大小。

4) 增加耐慢速裂紋增長(SCG)。PE管材的慢速裂紋增長主要由管材的某些高應(yīng)力點引發(fā)，如表面小缺陷、施工中產(chǎn)生的凹痕等。因此，一般PE 80級以上的料通常具有相對較高的耐慢速裂紋增長性能，GB/T 13663（較新）中SCG性能由165h提高至500h,較大提高了材料抵抗慢速裂紋增長的能力。

5 )耐候性。調(diào)整為對原材料性能考核，不再是對管材的性能要求。調(diào)整了對曝曬后管材試樣的試驗項目，標準保留了對性能評價既恰當又靈敏的斷裂伸長率和靜液壓強度，但靜液壓強度原要求80℃/165h改為80℃/1000h項目。同時不再測定熱穩(wěn)定性，而調(diào)整為對不同抗氧體系功效的考量——檢測曝曬后管材的電熔熔接性能，以重點判斷材料經(jīng)氣候和光老化后的性能狀況。耐候性是測定原料及產(chǎn)品抗陽光照射不良影響的能力，由此決定著原料及產(chǎn)品的儲存條件及儲存期。

6）增加了壓縮復(fù)原要求，即壓縮復(fù)原后管材試樣的試驗要求，將靜液壓強度原要求80℃/165h改為20℃/100h和80℃/1000h項目。壓縮復(fù)原性能是檢測管材在現(xiàn)場壓扁，修復(fù)并恢復(fù)自然狀態(tài)后的性能，以**管材修復(fù)后管道性能。壓縮復(fù)原試驗對壓扁管材的間距L按下列式計算[6]：

L=2×k×ey,min式中 k——壓扁系數(shù)（對于dn≤250mm，k=0.8；對于250mm＜dn≤630mm,k=0.9）;ey,min——較小壁厚。

7）氧化誘導時間由200℃修改為210℃，提高了耐氧化性能要求。

8）材料/管材、管件中分別增加了灰分要求，材料≤0.08%（質(zhì)量分數(shù)）、管材/管件≤0.01%（質(zhì)量分數(shù)），以此確保加工前后產(chǎn)品質(zhì)量。