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第二章PE管道产品标准及测试技术一、聚乙烯管道的产品的分类1、管材聚乙烯管可分实壁管和结构壁管两类，在这里主要是讨论实壁管。实壁管既可用作压力管，也可作非压力管，按照聚乙烯材料的特性对聚乙烯实壁管进行分类。（1）根据树脂密度分：按照聚乙烯树脂的密度将聚乙烯管分为低密度聚乙烯管及线型低密度聚乙烯（LDPE及LLDPE）管，中密度聚乙烯管（MDPE）和高密度聚乙烯管(HDPE)其密度见表1类别LDPE.LLDPEMDPEHDPE密度g/cm30.91-0.9250.925-0.9410.941-0.965(2)根据材料的长期静液压强度等级分:根据聚乙烯材料最小长期静液压强度要求，对管材及其原料进行了分类和命名,分为PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五个等级。目前输送燃气采用PE80和PE100等级的中或高密度聚乙烯，给水管道采用PE63、PE80和PE100等级的中或高密度聚乙烯管，PE32和PE40等级的低密度聚乙烯管道或线型低密度聚乙烯管道常用于灌溉。2、管件（1）根据管件的生产方式不同，可将管件分为注塑管件及焊制管件两大类；（2）根据连接方式可分为三类：熔接连接管件、机械连接管件、法兰连接管件，其中，熔接连接管件又分为三类：电熔连接管件、插口管件、热熔承插连接管件。电熔连接管件又分为电熔承口管件、电熔鞍型管件。除热熔承插管件专用于给水系统外，其它管件均适用燃气与给水系统。二、聚乙烯管道的特点：1、熔接接头不泄漏：聚乙烯管道主要采用熔接连接，保证了接口材质、结构与管件本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。2、具有良好的耐化学腐蚀性：作为一种典型的惰性材料，不会受大多数的化学物质腐蚀，在施工程中可节约管道的防腐工序。3、具有良好的抗刮痕能力：在管道施工中，管道表面的刮痕是难以避免的，而PE材料具有良好的抗刮痕能力，可以有效的防止刮痕痕造成材料的应力集中，引起管道的破裂。4、具有良好快速裂纹传递抵抗能力。管道的快速开裂是指管道发生开裂时，裂纹以很快的速度增长，瞬间就可能使管道破坏。实践表明，在常用的塑料管道中，PE管抗裂纹快速传递的能力名列前茅。如UPVC的动态断裂韧性KD为1.8MNm-3/2，PP-R的KD为1.8MNm-3/2，而PE80的KD为2.9MNm-3/2，PE100的KD则高达3.8MNm-3/2。三、原材料的性能要求原材料性能是制品性能的首要保证。原材料的长期强度高，可以保证管道在足够长的使用寿命期间承受足够高的压力。一般根据标准对于使用寿命长，性能要求高的压力管应用领域如燃气管、市政给水管等。要求采用明确等级证明的混配料（已含有必要助剂和颜料的聚乙烯粒料）因此，燃气管、给水管标准中对聚乙烯都做出严格的性能指标要求（具体见下表1、表2、表3、表4）以保证管道正常使用情况下的使用寿命为50年以上。表1GB15558.1-1995燃气管材、管件材料的基本性能要求项目性能要求密度，kg/m3＞930水分含量，mg/kg＜300挥发分含量，mg/kg＜350炭黑含量，%2．0～2.5热稳定性(200℃),min＞20耐环境应力开裂,h(100℃,100%，浓度)FO≥1000耐气体组分,h(80℃,2.0MPa)≥30长期静液压强度,Mpa(20℃,50年，95％)≥8.0表2GB/T13663-2000聚乙烯给水管材料的基本性能要求序号项目要求1炭黑含量，（质量）％2.5±0.52炭黑分散1）≤等级33颜色分散2）≤等级34氧化诱导时间（200℃），min≥205熔体流动速度3）（5/g，190℃）g/10min与产品标称的偏差不应超过±25％注：1仅适用于黑色管材料2仅适用于蓝色管材料3仅适用于混配料表3聚乙烯给水用管件混配料的基本性能要求序号性能要求1）试验参数以颗粒形式测定1密度≥930㎏/m3（基础树脂）试验温度23℃2熔体流动速率MFR（0.2～1.4）g/min，且最大偏差不应超过混配料标称值的±20%试验温度载荷190℃5㎏3氧化诱导时间≥20min试验温度200℃4挥发份含量≤350mg/㎏——5水分含量2）≤300mg/㎏6炭黑含量（黑色混配料）（2.0～2.5）%（质量百分数）——7炭黑分散（黑色混配料）≤3级——颜料含量（黑色混配料）≤3级——以管材形式测定8热熔对接拉伸强度dn:110㎜SDR11试验到破坏为止：韧性：通过脆性：未通过试验温度23℃9耐慢速裂纹增长dn:110㎜或125㎜SDR11在试验过程中不破坏试验温度试验压力:PE63PE80PE100试验周期试验类型80℃0.64Mpa0.80Mpa0.92Mpa165h水-水10耐候性（仅用于蓝色混配料）管材累计接受≥3.5GJ/㎡老化能量后；————氧化诱导时间符合本表要求断裂伸长率≥350%80℃（165h）静液压强度符合表9要求11耐快速裂纹扩展（RCP）（S4试验）3）dn:110㎜SDR11裂纹终止试验温度试验介质试验压力：PE100PE800℃空气1.0Mpa0.8Mpa或者耐快速裂纹扩展（RCP）（全尺寸试验）3）dn≥250㎜SDR11裂纹终止试验温度试验介质试验压力：PE100PE800℃空气2.4Mpa2.0Mpa对水质的影响应符合GB/T17219或现行相应的卫生规范性能要求1）混配料生产商应证明与这些要求的符合性。2）当测量的挥发分含量不符合要求时才测量水分含量。仲裁时，就以水分含量的测量结果作为判定依据。3）如果测试的PE料不满足要求，可根据ISO13478：1997确定临界压力PC，并由此确定此材料相应于直径的MOP。（允许工作压力≤3.6×PC，S4＋2.6，此处PC，S4根据GB/TXXXX-2000X（ISO13477：1997）测定），可使用温度不大于3℃的空气或气水混合体（空气含量≥5%）。表4聚乙烯燃气用管材\管件混配料的基本性能要求序号性能要求1）试验参数以颗粒形式测定1密度≥930㎏/m3（基础树脂）试验温度23℃2熔体流动速率MFR（0.2～1.4）g/min，且最大偏差不应超过混配料标称值的±20%试验温度载荷190℃5㎏3氧化诱导时间≥20min试验温度200℃4挥发份含量≤350mg/㎏——5水分含量2）≤300mg/㎏6炭黑含量（黑色混配料）（2.0～2.5）%（质量百分数）——7炭黑分散3)（黑色混配料）≤3级——颜料分散4)（黑色混配料）≤3级——8耐气体组分H≥2080℃,2.0Mpa(环应力)9耐快速裂纹扩张(RCP)全尺寸(FS)试验:Mpadn≥250mm或S4试验:Mpa管材试样壁厚≥15mm全尺寸试验的临界压力P≥1.5×MOPS4试验的临界压力P≥MOP/2.4-0.0720℃10耐慢速裂纹增长H(e5mm)16580℃,0.8Mpa(试验压力)6)80℃,0.92Mpa(试验压力)7)1)非黑色混配料应符合表中耐候性的要求2)当测量的挥发分含量不符合要求时才测量水分含量.仲裁时,应以水分含量的测量结果作为判定依据.3)仅适用于黑色混配料4)仅适用于非黑色混配料5)如果S4试验结果不符合要求,可以按照全尺寸试验重新进行测试,以全尺寸试验的结果作为最终依据.6)PE80,SDR11试验参数7)PE100,SDR11试验参数下面针对聚乙烯压力管材专用料的主要性能加以简单说明1、密度：密度是聚乙烯的重要性能指标，密度很大程度上决定了材料的基本性能。对于由聚乙烯制成的燃气输送管和给水管，提高密度意味着弹性模量的提高，亦即减少了蠕变趋势，提高了耐短期静液压强度。但单纯提高密度有时会降低管材韧性。使管材的耐长期静液压强度和耐慢速裂纹扩展（SCG）的能力降低，缺口敏感性和冲击强度也随之降低。因此标准中规定了聚乙烯材料要求大于930㎏/m3，此时的密度具有一定的韧性及较高的强度，综合性能较好。2、熔体质量流动速率熔体质量流动速率是表征材料在熔融状态的粘度大小的物理量，它是材料在一定时间内，一定强度和一定剪切应力下流过规定直径口模的质量，是材料加工流动性的量度。因此通过对原材料的MFR的检测，可以了解原材料的配方、生产工艺和平均分子量及其分布是否发生重大变化，一般原料生产聚合过程中正常的工艺波动和微小调整，MFR的波动均不会超过材料额定值的±20％的范围，如超过该范围，说明原料在加工过程中发生了明显的降解或工艺发生改变。另一方面低MFR数值，能提高管材的抗韧性破坏能力，但如低于标准范围会使加工变得异常困难。3、氧化诱导期（热稳定性）氧化诱导期是将具有规定质量和表面积的塑料试样放入规定温度的高纯氧中，从开始通氧至其被氧化所经历的时间，它是材料耐热、抗氧化能力的反映。主要针对的是需要重复热加工的管道，因热历程延长方法的高温热氧降解。由于聚乙烯树脂在温度高达300℃的惰性气体中仍能保持稳定，但在氧气存在的条件下，只要将其加热到50℃时聚乙烯分子结构即发生变化，而聚乙烯管材件的加工温度一般在190到260℃之间，为了保证管材件在加工和施工过程中不被氧化，而设立该项目。4、炭黑含量、分散度和原料分散性鉴于施工、运输和贮存的需要，原材料和管材产品难免露天存放，从而不同程度地吸收紫外线辐射能。在紫外线辐射下，聚乙烯就会因被氧化而逐渐发脆，抗氧化性能下降，相关性能就会降低。但若在原料中加入适量的紫外线吸收剂——碳黑，就可以提高聚乙烯抗紫外线辐射的能力，增强其耐候性。事实证明管道专用料中炭黑如达到2％，则抗老化性能就趋于稳定，若在原料中加入的碳黑量过多时，（因炭黑不易扩散，易结块，容易吸水，从而使管材件易出现气泡，造成凹陷）其抗老化性能反而略有下降，炭黑颗粒应较小，分散性要良好，否则造成吸水面影响管材加工性能和最终的物理机械性能和使用寿命。但若添加的量大少（低于2.0%），则会因为管材的耐候性不够无法使管材正常发挥其功能。对于蓝色管材的水管和黄色燃气管材来说，颜料分散不均也会形成局部应力集中影响管材的加工性能及机械性能和使用寿命。5、挥发含量和水含量挥发含量和水含量，如过高，会使挤出的管道出现气孔，影响管道的冷却结晶和焊接性能，并最终降低管道的物理机械性能。6、耐慢速裂纹扩展根据实际经验，所有实际存在的材料表面不可能不存在裂缝和缺陷。裂缝的尖端处的硬力集中达到和超过某一临界条件时，裂缝失却稳定性而发生扩展。若裂缝的增长速度非常慢，如数年或数十年则称为慢速裂纹增长（SCG）。材料抗SCG能力的强弱，实际上是材料分子结构抗裂纹生长能力的大小和带分子链的解缠和带分子链的密度密切相关。聚乙烯高分子量端的支链分布越多，平均分子量越高，带分子链越高，带分子链的密度越大，解缠速度越慢，抗SCG能力越强。通常实际管材抗慢速裂纹增长的时间远超过一般试验所能允许的范围。为此，发展了一些加速试验的方法，对试样预制缺口、制造裂纹。目前聚乙烯（SCG）的试验方法有切口管试验、全缺口蠕变、缺口拉伸试验、锥体试验、耐环境应力开裂试验。7、快速开裂纹扩展快速开裂是指PE管道受到冲击再加上管材内压的聚积的同时作用而导致管壁沿轴向以很快速度裂开的偶然性破裂方式。如建筑机械挖掘时对管材的损坏都会引起管材的快速开裂，过去快速开裂通常在钢管中观察到，有报道说钢管中最长的快速开裂达到了11公里，聚乙烯管道特别是大口径管道在低温使用时（世界各国的实践和测试证明）存在快速开裂的危险。如匈牙利有报道说，聚乙烯燃气管道的快速开裂实验长度达到了700米，正因为聚乙烯燃气管道一旦发生快速开裂，会带来不可估量的经济损失和社会影响。所以在工程设计和管材生产厂家和原料厂家都非常重视塑料管材抵抗快速裂纹增长的能力。聚乙烯材料或管子裂纹快速扩展性能的试验方法，但目前得到公认主要是采用管子做试样的全尺寸试验（FS）和小尺寸稳态(S4)试验。（1）小尺寸稳态试验小尺寸稳态试验是由英国帝国理工大学开发，此试验方法可以测定在规定的温度和内压下，PE管材的开裂抑止和开裂扩展。而用于评估气体或存有空气的液体、输送用热塑性塑料管材性能。目前国内可以做。（2）全尺寸试验（FS）全尺寸试验是模拟实际使用时的PE管材的快速开裂状况，它只适于评价直