高长全;勾迈;王迎涛;周少鹏
阿比丹 艾山【摘 要】简介了我国PVC管材的发展历史和生产现状,着重对河北建投宝塑管业有限公司PVC-O管材的生产工艺、生产现状、产品规格及性能、施工方法及工程案例等进行了介绍. 【期刊名称】《聚氯乙烯》
【年(卷),期】2017(045)003
【总页数】7页(P18-24)
【关键词】PVC-O;结构;生产工艺;生产现状;规格;施工方法;工程案例
【作 者】高长全;勾迈;王迎涛;周少鹏
【作者单位】33链河北建投宝塑管业有限公司,河北保定071051;河北建投宝塑管业有限公司,河北保定071051;河北建投宝塑管业有限公司,河北保定071051;河北建投宝塑管业有限公司,河北保定071051
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ325.3
PVC管材在世界范围内的发展至今已有70多年的历史。我国从20世纪50年代开始研发和生产PVC管材，80年代以来通过引进和消化国外先进设备和技术，我国PVC管材行业快速发展。目前，PVC管材已成为我国主要的塑料管道品种，2013年的产量约为600万t，占我国塑料管道总产量的50%左右[1]。由于我国具有“富煤贫油”的资源特点，目前主要采用以煤为原料的电石法来生产PVC树脂。与以石油为原料的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)管材相比，大力发展PVC管材，提高其在塑料管道中的比例，可以为我国节约大量石油资源，符合我国的资源现状；而且，PVC树脂价格低廉，PVC管材的强度也远高于相同价位的PE和PP管材，具有很高的性价比。 与PE和PP管材需要焊接相比，PVC管道采用承插连接和粘接的方式，具有施工速度快、安装效率高、安装成本低等优点。所以在塑料管道发展初期，PVC管道在建筑给排水、室外给排水、护套管、农业输水管等领域得到广泛的应用。
但是，PVC管道优点突出，缺点也同样明显，主要体现在以下3点。
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(1)韧性差。特别是在低温时，PVC管道的冲击性能明显降低。
(2)产品质量参差不齐。PVC管材通常由企业自主设计配方，生产和加工难度较PE、PP管材大。很多企业由于技术力量薄弱，生产装备落后，生产的PVC管材达不到标准要求。更有些企业在生产时为了降低成本，大量填充碳酸钙，使PVC管材的性能大幅降低，远低于标准要求。这些不合格的PVC管材通常比较便宜，其扰乱了正常的市场价格，也影响了PVC管材在消费者中的口碑，不利于行业的健康、长远发展。
(3)市场信心不足。在施工现场，操作人员对PVC管材的拖拉、抛摔、粗暴的回填施工等不规范操作，导致本就韧性不足的PVC管道在使用过程中(特别是给水工程)出现各种不确定性，使工程设计者、使用者对PVC管道失去信心，妨碍了PVC管道的推广应用。
采集程序尽管PVC管道存在韧性不足等缺点，但是国内外的应用经验证明：只要按标准生产、合理设计、规范施工，PVC管道仍不失为一个利国利民的好产品，而且韧性不足的缺点可以通过物理或化学改性得以克服。近年来，国内开发的PVC-M管材就是通过在配方中添加冲击改性剂，通过优化工艺，使PVC管材的常温冲击性能得以大幅度提高。但是PVC-M管材同样存在着明显的不足：①低温冲击性能仍需要进一步提高。②真假难辨。笔者经过多年研
究，发现真正能体现PVC-M管材特点的试验是20 m高速冲击试验，只有通过了这项试验，又符合其他指标要求时，才能认为抗冲改性达到了预期效果，才可以提高设计应力、减薄壁厚，否则不能称其为PVC-M管材。市场上很多自称“PVC-M管材”的产品，并不能提供20 m高速冲击试验的结果。③PVC-M管材尽管韧性得到改善，但强度并未提高。因此，国内外学者、生产企业、研究机构将更多精力投入到开发强度和韧性都得到改善的新一代PVC管材——PVC-O管材。
双向拉伸或单向拉伸自增强技术是将待成型材料在同一平面内沿一个方向或两个垂直方向拉伸，改变材料的微观结构，使分子链或链段沿拉伸方向有序排列，使各向同性的材料变为各向异性的材料。在微观上分子沿拉伸方向取向，在宏观上材料的多项性能得到改善。拉伸一般在材料的玻璃化转变温度和熔融温度之间的任意温度下进行，一般在维卡软化温度附近。如果温度太低，则分子链处于冻结状态，难以流动，拉伸力大，容易拉断分子链，造成材料破坏；如果拉伸温度过高，则材料流动性好，拉伸力小，取向度难以保持，性能改善效果有限。因此，拉伸温度是拉伸改性的重要控制参数之一。拉伸改性可以有效地改善材料的性能，通过这种技术制得的产品与人们的日常生活息息相关，如吹塑膜、香烟包装膜(BOPP)、PVC-O管材、纤维、中空制品、饮料瓶等。 PVC属于非结晶无定形聚合物，非常适合于取向加工。但是由于PVC管材的管壁较厚，而且PVC分子结构中存在氯原子，加大了分子间作用力，因此加工时物料流动性差，取向加工拉伸力大、难度高。
PVC-O管材的研制始于20世纪70年代，1974年英国约克郡塑料公司首先研制成功，于20世纪80年代初形成规模化生产；后来澳大利亚威尼德斯公司、尤波诺公司，法国阿尔法康公司，荷兰瓦云公司，西班牙莫里克公司等著名管道制造商相继开发出PVC-O管材[2]。
机读答题卡PVC-O管材的生产工艺分为一步法和两步法。一步法又称在线(in-line)工艺，是在管材挤出生产线上，把已经挤出成型的PVC-U管材(厚料胚)连续地通过径向的扩张和轴向的拉伸实现双轴取向，然后冷却定型成为PVC-O管材。两步法又称离线(off-line)工艺或分批(in batch)工艺，其特点是将挤出厚料胚和双向拉伸取向分两步进行。双向拉伸取向是将挤出成型并已经冷却的PVC-U管材(厚料胚)放在模具内，通过加热和加压膨胀到要求尺寸来实现的[3]。
目前，PVC-O管材的强度等级最高达到500级。一步法和两步法两种生产工艺技术目前均有采用，二者优缺点的对比见表1。
我国虽然是塑料管道生产大国，但是在PVC压力管道生产技术上与国外先进国家相比仍有不小的差距，特别是PVC-O管材。
尽管四川大学、北京化工大学等科研院校进行PVC-O管材研究多年，但至今仍停留在两步法试验研究阶段，难以进行工业化生产。国外公司技术虽然成熟，但是设备和技术转让费太高，国内企业难以承受。
河北建投宝塑管业有限公司(以下简称建投宝塑)是一家具有丰富PVC管道生产与研发经验的创新型公司，继2006年在国内率先开发出PVC-M管材后，于2015年又在国内率先推出PVC-M管材的升级换代产品——PVC-O管材(商品名称为“太极蓝管”，以下均采用该名称)。这是该公司技术团队集多年的PVC管道生产经验和对PVC-O生产技术的潜心研究所取得的丰硕成果。该公司采取一步法生产技术，采用模拉法生产，其独特的结构赋予了产品特殊的性能，产品的强度等级可达到400级，各项指标达到或超过国际标准ISO 16422：2014《加压输水用定向未增塑聚氯乙烯(PVC-O) 管材及管件—规范》的相关要求。
建投宝塑能够工业化生产的太极蓝管的强度等级为400级，最小要求强度(MRS)为40 MPa，设计系数为1.6，执行标准为ISO 16422:2014，规格如表2、表3所示。其中，SDR(
Standard Dimension Ratio)为标准尺寸比，即管材的公称外径与公称壁厚的比值。
PVC树脂的K值及太极蓝管的物理、力学性能指标参照了ISO 16422:2014，如表4所示。
太极蓝管与管配件的系统适用性也参照了ISO 16422:2014，如表5所示。
太极蓝管除具有传统PVC、PE管材密度小、安装方便、不结垢、内壁光滑、水力性能好、耐酸碱盐的腐蚀、寿命长等优点外，其特殊的成型工艺还赋予了产品独特的片状分层结构和特殊的长期使用性能。
太极蓝管的分子经过双轴取向而形成了网状结构，带来了优异的冲击性能，这意味着在管线安装、试水乃至运行过程中，可将外物冲击碰撞而形成的破坏降至最低。太极蓝管的抗外力试验照片见图1。
草地悠波球与PVC-U和PE管材相比，太极蓝管的材料强度更高，在相同压力、口径的条件下管材的壁厚更薄，输水能力更高。以公称压力1.6 MPa、DN200的管材为例，太极蓝管、PVC-U管材、PE100管材的MRS、壁厚、输水能面积比如表6所示。
太极蓝管采用内定径成型工艺，产品的内壁更加光滑，粗糙度更低，水力性能更加优异，输水量更大。
特殊的取向成型工艺赋予了太极蓝管更高的环刚度(≥4 kN/m2)，能够抵抗极端条件下出现的压屈失稳现象。
太极蓝管在受到沿圆周方向的(切向)拉伸应力时，表现出的应力应变特性类似金属材料，拉伸强度远高于传统塑料管材，在使用过程中表现为短期和长期的液压承压能力好。
太极蓝管在管材直径方向上可以承受很高的变形率，在受到挤压后可以迅速恢复原形，从而使施工过程中因砂石挤压或机械冲撞而造成的破坏风险降至最低；同时，良好的弹性使太极蓝管更适合于复杂地形的铺设。
特殊的取向结构(片状分层的结构见图2)使太极蓝管对缺口不敏感，网状的管壁结构可以有效阻止裂纹和划痕的延伸(见图3)，外界对管材本体造成的破坏点不会扩展，从而避免了传统PVC、PE管材快速开裂和慢速裂纹增长的风险，使管材在使用过程中更安全、可靠，可免维护或少维护，预期使用寿命可长达100年。
