20140611-PVCO管材技术进展及性能评价与分级测试

双轴取向聚氯乙烯(PVC-O)管材进展及性能评价与分级测试国家化学建筑材料测试中心（材料测试部）2014.06.11主要内容PVC-O管材基本性能概述双向拉伸取向生产工艺技术进展PVC-O产品标准及性能评价管材长期性能分级评价主要内容PVC-O管材基本性能概述双向拉伸取向生产工艺技术进展PVC-O产品标准及性能评价管材长期性能分级评价一个产品，40多年历史，还未走向成熟1972197419821984199119981994199619952000200120062009201220112014加工工艺-结构-性能PVC-O与PVC-U力学性能比较冲击性能优异的冲击性能，PVC-O管可应用于-20度低温环境。优异的耐点载荷性能，可进行非开挖施工应用。缺口对管材性能的影响拉伸性能长期强度PVC-O管20度50年长期寿命强度可达50MPa，是普通PVCU的两倍，是PE100管材的5倍。直观的讲，PVCO管应用时管材壁厚可以大为减少，成本降低。壁厚比较：PVC-O与PVC-U薄壁：质轻，为铸铁管的1/7节省材料可达58%高流体输送能力(比PVCU管高18%，比PE100管高35%)不同塑料管材输送能力比较可靠的连接性能可在线生产，承插连接PVCO管生产工艺中除双向拉伸取向外的又一个技术关键点和难点：承插接口的制备与连接PVC-O管材长期强度是PVC-U管材的两倍，在相同内压条件下，可以允许更薄的壁厚，同时环刚度也会更小，在管材安装中具有较好的柔韧性。安装效率及费用生产及应用时能源消耗比较节能减排，环境友好澳大利亚用户：MitchellWater管材供应商：IpexPipelines管线总长：218km管材直径：DN100,DN150,DN200,DN300压力：PN16PVC-O管道的柔韧性，可满足曲线路径开挖的需要。加拿大PVC-O管道在加拿大得到广泛的应用，其原因之一：PVC-O管道卓越的韧性、耐低温，抗冲击性能可满足加拿大地区-20度低温的应用。哥伦比亚哥伦比亚PVC-O管材生产商Pavco提供的DN500的管材，在Codoba地区应用于供水。巴西巴西的一个排污工程：位于PipaBeach与污水处理厂之间，长3800m。PVC-O管(DN300,PN16)被旅游部门选择的一个重要原因是安装耗时短，只有普通管道安装时间的一半；同时也大大节省安装项目费用。厄瓜多尔厄瓜多尔远郊村庄的饮用水管和污水排放管道工程。有限的交通资源要求管道质轻，便于安装，同时也要求安装可靠，费用低。保定万方主要内容PVC-O管材基本性能概述双向拉伸取向生产工艺技术进展PVC-O产品标准及性能评价管材长期性能分级评价四类典型的生产工艺湿法干法三种商业化生产线双轴拉伸拉伸比分子量对PVC-O管材性能拉伸取向加工温度窗口工艺：Petzetakis(1972)工艺：YorkshireImperialPlastics工艺：WavinApollo工艺：Uponor-VinidexCornet工艺：MolecorTom工艺：RollepaalRblue工艺：RollepaalRblue主要内容PVC-O管材基本性能概述双向拉伸取向生产工艺技术进展PVC-O产品标准及性能评价管材长期性能分级评价相关产品标准其他标准…•南非标准：SANS1808-85:2004•西班牙标准：UNEISO16422•美国标准：ANSI/AWWAC909-02•法国标准：NFT54-948:2003•加拿大标准：CSAB137.3.1-09•巴西标准：ABTNNBR15750•……建设部行业标准等同于ISO16422:2006建设部PVCO管材行业标准ISO16422标准修订PVC-O管材的分级认证：1）如果PVC-U管材已经分级达到MRS250；那么PVC-O管材可以不需要进行完整的ISO9080分级试验。修订版要求20度下试验，包括在100～5000小时内的10个失效点，以及3个在3000～10000小时内的失效点。2）如果PVC-U管材未经分级认证为MRS250，则需要进行完整的ISO9080试验。PVC-O管材的物理性能测试：拉伸试验维卡测试二氯甲烷浸渍试验42某PVC-O管材设计参数MRS设计为40MPa(20℃,50年长期强度为40MPa)。安全系数取C=1.6，长期设计应力为40/1.6=25MPa。设计输水压力PN10规格：SDR51S25系列。初期设计生产dn315,dn200,dn160多种规格管材。分级评价采用dn160规格管材进行，其他相关测试未注明均采用dn160管材进行。PVC-O管材基本性能评价序号检验项目技术要求1外观管材内外表面应光滑，无明显划痕、凹陷、可见杂质和其他影响性能的表面缺陷。管材端面应切割平整，并与轴线垂直。2尺寸，mm160.0≤外径≤160.53.2≤壁厚≤3.83密度，kg/m31350~14604维卡软化温度，℃≥805落锤冲击试验，（-10℃）TIR≤10%6拉伸强度，MPa≥487环刚度，kN/m2≥48PVC树脂K值≥64落锤冲击试验温度：-10℃锤头：D25落锤高度：2m所有试样冲击后玩好无损无破裂。PVC-O管材的耐静液压试验ISO16422规定耐静液压强度可根据分级数据导出的环向应力加以验证。因此，我们必须先进行分级试验，得到分级试验数据曲线。应把20℃、10h，20℃、1000h的99.5%的LPL值视为最小应力水平。可根据暂定评定条款来确定20℃的测试应力。应把60℃、1000h的99.5%的LPL值视为最小应力水平。若缺少数据，可以采用MRS值的0.625倍作为最小应力水平。PVC-O管材MRS值的确定20℃60℃PVC-O管材的系统适用性试验PVC-O管材必须与可靠的管件进行组装连接，进行系统适用性试验。密封性短期压力试验密封性长期压力试验负压密封性短期试验端部承载接头：压力和弯曲试验确定密封性和强度主要内容PVC-O管材基本性能概述双向拉伸取向生产工艺技术进展PVC-O产品标准及性能评价管材长期性能分级评价PVC-O管材MRS值的确定按照GB/T18252对PVC-O管材进行分级测试，确定长期强度MRS值。完全评定方法：按照GB/T18252-2008进行试验，至少进行多个温度下试验，且每个温度下至少跨越3个数量级时间的10个观察点；判定高温下是否有拐点，试验进行并获取至少~5000h的破坏点。（实际工作时间~1年）（PE100分级试验~1.5年）暂时评定方法：只进行20℃下试验，获取10h~1000h至少8个破坏数据点，且满足数据点的分布：3~30h4个破坏数据点；300~1000h至少4个破坏数据点。（实际工作时间~4个月）分级试验工作量大，对于PVC-O管材，管材规格大，dn110,dn16053材料定级：MRSPE,PP,PBPVCMRSISO12162GB/T18475MinimalRequiredStrength最小要求强度建设部PVCO管材行业标准54塑料管材及专用料分级的意义所谓分级：即对塑料管材或者专用料的长期静液压强度的一种评价。通常用20度50年寿命的材料强度预测下限圆整后的数值作为材料的最小要求强度，MRS。分级试验也是对塑料管材或者专用料在一定温度、压力等相关使用条件下使用寿命的一种分析预测和评价。分级试验是管材设计和应用的基础；塑料管材的应用理论体系基础就是塑料管材的MRS；从原料提供商，管道设计人员，管道生产商到管道应用客户都离不开分级试验的结果。LPL55MRS分级原料供应商管道设计人员管道生产商管道客户s=[MRS]_______C56分级试验标准57分级试验基本思路•对管材在不同温度和环应力条件下进行静液压试验，得到蠕变破坏数据。•对蠕变破坏曲线进行多元线性回归，建立试验温度T,管材环应力以及管材破坏时间t三者之间的关系•根据蠕变破坏曲线方程，可以进行不同温度和不同环应力条件下的寿命预测；也可以预测特定温度特定寿命条件下的环应力，即得到材料强度的分级。,,97.5%LPLTt58试样尺寸测量59分级试验条件试验温度要求不同试验温度差不得小于10℃对聚烯烃最高试验温度不超过熔点以下15℃对于PE通常试验温度：20℃，60℃，80℃冷热水管（PE-RT，PP-R，PB-R）：20℃,70℃，95℃，110℃PVC管材：20℃，40℃，60℃介质：水/水水/热空气温度偏差：±1℃压力偏差：+2%～-1%试样尺寸：dn20~dn6360国家化学建材测试中心静液压实验室61国家化学建材测试中心静液压实验室62国家化学建材测试中心静液压实验室63国家化学建材测试中心静液压实验室64国家化学建材测试中心静液压实验室6566国家化学建材测试中心静液压实验室67破坏样品脆性破坏韧性破坏68数据处理：数据模型eTccTcct1041032110loglog1log式中：t——破坏时间，h；T——温度，K；σ——环应力，MPa；c——四个未知参数；e——误差变量。e服从正态分布，平均值为0，方差恒定。假设误差独立。当C3＝0时，简化为三参数模型；单温度简化为两参数模型69数据处理：拐点检测•直接观察•数学自动拐点检测分别对每一个试验温度下的数据进行拐点检测若检测到拐点，则破坏模式分为A型破坏和B型破坏70时间外推因子时间外推因子根据阿雷尼乌斯方程得到，是温差的函数：ekeekkT△T/℃k10≤△T152.515≤△T20420≤△T25625≤△T301230≤△T351835≤△T403040≤△T505050≤△T100△T/℃k5≤△T102.510≤△T15515≤△T201020≤△T252525≤△T305030≤△T100聚烯烃时间外推因子以氯乙烯为基础的聚合物时间外推因子71分级结果：蠕变破坏曲线72我们的工作已经完成对上海石化、扬子石化、燕山石化、齐鲁石化、茂名石化、上海金菲、独山子石化、大庆石化、吉林石化、中沙石化、天津石化、巴塞尔石化、泰国BangkokPolyethylene等企业的PE80,PE100,PE-X,PERT,PP-R,PP-H等超过20个牌号的管材专用料分级评价工作！正在对国内外石化企业和管道生产商委托的约15种管材和专用料进行分级评价工作！73PE80分级试验曲线74PE100分级试验曲线75PP-R分级试验曲线PVCO管7677国内唯一塑料管材及专用料分级服务机构！目前是国内化学建材首家国家级实验室，是国内外化学建材行业认可的权威检测机构。78