PE、PP产品标准的简述   【字体:
PE、PP产品标准的简述
作者:富士地探    文章来源:富士地探    点击数:5607    更新时间:2006/8/31

摘要:简要介绍了PE、PP管道产品——物理性能指标、产品检验项目的等内容。

   关键词:PE PP 技术要求简析

   1、PP管道产品

  冷热水用聚丙烯道系统管材、(GB/T18742.2-2002、 GB/T18742.3-2002)

  1.1 PP管的性能要求见下表1:

  表1 PP管的性能要求

项目
材料
试验参数
试样数量
指标
试验温度℃
试验时间h
静液压应力MPa
纵向回缩率
PP-H
150±2
en≤8mm:18mm<en≤16mm:2en>16mm:4
--
3
≤2%
PP-B
150±2
--
PP-R
135±2
--
简支梁冲击
PP-H
23±2
--
10
破损率<试样的10%
PP-B
0±2
PP-R
0±2
静液压试验
PP-H
20
1
21.0
3
无破裂无渗漏
95
22
5.0
95
165
4.2
95
1000
3.5
PP-B
20
1
16.0
3
95
22
3.4
95
165
3.0
95
1000
2.6
PP-R
20
1
16.0
3
95
22
4.2
95
165
3.8
95
1000
3.5
熔体质量流动速率,MFR(230℃/2.16kg) g/10min
3
变化率≤原料的30%
静液压状态下热稳定性试验
PP-H
110
8760
1.9
1
无破裂无渗漏
PP-B
1.4
PP-R
1.9

  1.2 PP的性能要求见下表2:

  表2 PP的性能要求

项目
管系列
试验压力MPa
试验温度℃
试验时间h
试样数量
指 标
PP-H
PP-B
PP-R
静液压试验
S5
4.22
3.28
3.11
20
1
3
无破裂无渗漏
S4
5.19
3.83
3.88
S3.2
6.48
4.92
5.05
S2.5
8.44
5.75
6.01
S2
10.55
8.21
7.51
S5
0.70
0.50
0.68
95
1000
3
无破裂无渗漏
S4
0.88
0.62
0.80
S32
1.10
0.76
1.11
S2.5
1.40
0.93
1.31
S2
1.76
1.31
1.64
熔体质量流动速率MFR(230℃/2.16㎏) g/10min
3
变化率≤原料的30%

  1.3系统适用性

  管材与符合GB/T18742.3规定的连接后应通过内压和热循环二项组合试验.

  1.4技术要求的简析

  (1)不透光性

  此项的目的是为防止管材、件中的水因可见光照射而滋生微生物。

  (2)规格尺寸

  管材的外径要符合标准要求,壁厚是承受内压的保证,因而标准要求只允许在规定的正偏差范围内,不允许有负偏差。

  (3)纵向回缩率

  聚烯烃是结晶性高聚物,管材经加工后或多或少存在着一定的内部残余应力,经过分子链的结晶取向和释放应力后,即会产生管材尺寸的变化。

  国家标准提出将管材的内部残余变形控制在一定范围内是非常必要的。这是对挤出工艺尤其是挤出速度的控制和也是保证管材质量的需要。由于管材作为管材、件系统的组件需与其它部件相配合才能完成其功能,而若管材的挤出速度太高,就可能会导致管材因冷却时间不够、分子取向不完全而在管材中产生较大的残余应力,因而管材尺寸难以稳定,综向回缩率较大;若将此条件下生产的管材铺设后,在其使用过程中,其内部残余应力会逐渐缓慢释放引起管材、件回缩,严重时可能影响系统的正常运行。就是该项目设立的意义。

  (4)简支梁冲击

  主要是检验管材的耐冲击性能。原理是小段管材成机械加工制取的无缺口条状度样在规定测试TC下进行预处理,然后以规定的跨度将试样在水平方向呈简支梁式支撑,用具有给定冲击能量的摆锤在支撑中线处迅速冲击一次,对规定数目的试样冲击后,以试样破坏数对被子测试样总数的百分比表示试验结果。

  (5)静液压强度试验

  是表征塑料管材、件承载能力的一项主要指标,定是指管材、件在不定期一定温度下,在规定的时间内承受规定的环应力是否发生破坏的性能。

  因为塑料管材、件的耐用性能与所用原材料的性能、所承受的应力条件、温度以及被输送的介质和周围环境的性质等因素有关。这些因素相互作用的共同结果就产生出一种复杂的物理、化学机械性能的变化,表现在管材、件的静疲劳性上。

  塑料管材、件的耐用性能随承载时间的延长会有降低;同时,升高温度更会加速塑料管材、件的破坏过程。因此,在短时间内(一般小于10分钟)测得的强度性能(例如爆破强度)不能用以预测管材、件的长期强度,而应在更长的试验期间测得。

  静液压强度试验是在考虑上述因素并模拟实际使用的条件下,经过对承载情况的几种极限状态的深入分析和经过对使用寿命的科学推理而提出的,是通过对管材、件施加恒定的内部静液压来鉴定管材、件的蠕变和持久强度的试验。为确保管材、件在公称压力和最高使用温度下,在整个使用寿命期间能保证其强度和稳定性,标准中分别设立了在不同温度条件下、依据管材、件材料等级和规格所确定的不同试验压力下的静液压强度试验。试验均为根据时温等效原理而设立,但其侧重点有所不同;20℃/100h 条件下的试验是侧重于模拟产品正常运行的工作条件下的强度试验;而80℃、95℃/165h以及80℃、95℃/1000h是侧重于为鉴定高温下产品的强度,同时考核了管材、件的耐热性能。

  在静液压强度试验中,如果管材、件内部存在缺陷,在应力作用下降会引起管材、件内的温度变化,造成分子间化学键的断裂,进而引发大量的化学键在应力作用下先后断裂,最终由细小的裂纹汇合成肉眼可见的裂纹,即出现管材、件破裂现象。管材、件受力后因扩张不均匀,在某一个最弱的部位突然隆重起,最后在抗力最小的方向内破坏即发生韧性破裂现象;而在应力并不剧烈的区域内,在管壁上有穿透性的纵向疲劳裂纹形成,则最终发生脆性破坏现象,且破坏时的变形量很小。

  进行该项目的检测,可以对产品所用的原材料是否合格、管材、件生产工艺是否得到保证、加工过程是否将原材料的优良性能包括热稳定性和抗氧化稳定性等完全转移到管材、件上等予以评定,通过对这些环节的评定,做出及时调整,对于确保产品质量是非常必要的。

  (6)熔体质量流动速率(MFR)

  熔体流动速率(MFR)是表征材料在熔融状态时的粘度大小的物理量。它是材料在一定时间内,一定温度和一定剪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。

  原料的平均分子量及其分布通过影响树脂的结晶度进而影响树脂的密度和机械性能,因此通过对原材料MFR的长期观测,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了重大变化。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%范围,所以若经过检测证明材料的MFR值变化已超过了上述正常变化的范围的,则说明原料在加工过程中材料发生了明显的降解,因此工艺已发生了较大变化,产品的强度和使用寿命可能已受到影响。

  (7)静液压状态下热稳定性试验

  此项试验是在110℃下,管内介质为水,管外介质为空气条件下进行的静液压试验,要求在规定的应力条件下,通过8760 h试验而不发生破坏.我们可认为该项试验,模拟了塑料管道在生产、施工安装和使用过程中的使用情况.此项试验一方面,根据国际标准ISO/DIS9080《塑料管材、件系统用外推法对热塑性管材的长期静液压强度的试验》(国家标准为GB/T18252-2000)的规定,对聚烯烃材料来说,温差为40℃时的外推时间因子是50,也就是在110℃下进行静液压试验时,如果耐破坏时间超过1年(8760h)以上,则可推断出管材在70℃条件下,可以使用50年;另一方面可考查组合件在较高温度,内部为水,外部为空气的条件下的抗氧气的穿透能力。

  (8)系统适用性

  此项试验用于评价管材与连接后,在温度变化或内压作用情况下的连接可靠性。主要是温度循环试验及内压试验。温度循环试验主要是针对热水管道系统所设计。实际运行当中,系统总是受到冷热交变温度的冲击。由于管材、、及密封件的材料和结构的不同,在特定的使用环境条件下,其线胀系数、耐热尺寸变化等有较大的差别,从而影响管材的;连接密封性能和长期使用寿命。一般来说,难以从理论上分析和预测管道系统的使用性能。该方法通过对系统进行高达5000次高低温内压循环试验模拟实际的管道运行过程,得到系统的综合耐压和密封性能。该试验将管道系统的结构设计为三段。第一段是模拟两端固定的直线管道系统的实验分支;第二段是模拟管线自由铺设的实际情况的分支;第三段是模拟管线按一定曲率半径自由弯曲状态的分支。这样设计的管材和的组合系统基本上可以包含所有的实际管道系统的铺设状态。如果管道系统经上述试验不出现破坏和渗漏现象,则认为该系统通过了热循环性能指标。

  2、 PE管道产品

  (1) 燃气用埋地聚乙烯管材、(GB15558.1-1995 GB15558.2-1995)

  (2) 给水用聚乙烯(PE)管材(GB/T13663-2000)

  2. 1燃气用管材性能要求标准见表3

  表3 燃气用管材性能要求

序号
项 目
性能要求
1
长期静液压强度,MFR(20℃,50年,95%)
≥8.0
2
短期静液压强度
20℃
9.0时间(h) >100
 
4.61)脆性破坏时间(h) >165
 
4.0破坏时间(h) >10002)
3
热稳定性(200℃), min
>20
4
耐应力开裂, h(80℃,4MPa)
>10002)
≥1703)
5
压缩复原(80℃,4MPa) ,h
>170
6
纵向回缩率,%
≤3
7
断裂伸长率,%
>350
8
耐候性(管材积累接受≥3.5KMJ/m2老化能量后)
仍能满足本表第2,3,7项性能要求,并保持良好的焊接性能

  2.2燃气性能要求见下表4:

  表4燃气性能要求

序号
项 目
性能要求
1
热稳定性(200)℃
>20min
2
短期静液压强度
无破外焊口无渗漏
20℃
3.0MPa韧性破坏时间>100h
80℃
4.6 MPa韧性破坏时间 >165h
4.0 MPa破坏时间>1000h
3
加热伸缩
外径及长度变化不超过±5%外形不允许有明显变化

  2.3材性能要求见下表5:

  表5材性能要求

序号
项 目
环向应力, MPa
要 求
PE63
PE80
PE100
1
20℃静液压强度(100 h)
8.0
9.0
12.4
不破裂,不渗漏
2
80℃静液压强度(165 h)
3.5
4.6
5.5
不破裂,不渗漏
3
80℃静液压强度(1000 h)
3.2
4.0
5.0
不破裂,不渗漏
4
断裂伸长率,%
--
≥350
5
纵向回缩率(110℃),%
--
≤3
6
氧化诱导时间(200℃),
--
≥20
7
耐候性1)(管材累计接受≥3.5GJ/m2老化能量后)
80℃静液压强度(165),试验条件同表10
--
不破裂,不渗漏
断裂伸长率,%
--
≥350
氧化诱导时间(200℃), min
--
≥10
1)仅适用于蓝色管材.

  2.4技术要求的简析

  (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。因此树脂的密度高,则其相应的机械强度也较高,标准中规定了燃气、给水用的聚乙烯材料的密度要求为是大于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。

  因此对管材、件密度的测定并与原材料的测得值进行比较,若差值较大即说明在加工过程中管材、件的性能发生了重大变化,管材强度和使用寿命可能已受到了影响、管材、件的生产工艺包括加工温度、冷却温度等工艺参数确定可能不合适,需要采取相应的措施做出调整。

  若不进行该项目的检测,就无法及时了解产品的质量动态和生产工艺的状况,无法适时采取措施保证对产品质量的控制。

  (2)熔体质量流动速率(MFR):

  同1.1.4的第6条

  (3)氧化诱导期(热稳定性)项目:

  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,定是材料耐热、抗氧化能力的反映。

  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,因而设立该项目。

  (4)静液压强度试验

  同1.1.4的第5条

  (5)抗开裂性能试验

  1)耐应力开裂试验:

  由于聚乙烯塑料较软,磨擦性较差,在实际的施工过程中,经常会出现管材受到沙、石等外物的磨擦产生划痕的现象,而出现划痕后是否会影响管材的机械性能和使用寿命是大家所关心的。因此,刻意在管材上预制出一般磨擦划痕较难达到的深度切口以引发应力集中来考察划痕对管材性能产生影响的程度。

  2)耐环境应力开裂试验:

  聚乙烯在醇、酯、表面活性剂等的作用下,在较小和应力(小于其短时强度

  作用下就会发生脆性龟裂,这种因环境条件加速应力开裂的现象叫环境应力开裂。耐环境应力开裂性随(MFR)和(或)密度的下降而改善,随分子量分布变宽(分子量高低相差较大)而降低。鉴于通过选择适当的树脂和成型条件、添加少量的聚异丁烯或丁基橡胶容易制得无环境应力开裂的聚乙烯制品。因此,对该性能的要求有所弱化。

  聚乙烯管材的抗开裂性能与其平均分子量大小及其分布有关。平均分子量低时,管材刚度不足,抗开裂性能和抗划痕能力差。随着聚乙烯分子量的增大,耐应力开裂性能有所提高;平均分子量分布窄,管材的耐环境应力开裂性能增加,但耐慢速开裂增长和快速裂纹扩展的性能差,易出现开裂现象,导致产品强度不够,服务寿命缩短。

  因此,提高聚乙烯树脂的分子量改善分子量的分布,如采用“双峰”技术改善管材对划痕的敏感度是提高聚乙烯材料长期强度和抗开裂性能的一个有效手段。标准中对产品进行耐环境应力开裂和在未来的标准中将提出的耐慢速开裂增长和快速成裂纹扩展等项目即是出于对产品在实际使用过程中对强度和使用寿命的保证而设立的。

  (6)压缩复原试验

  由于燃气泄漏对人们的生命和财产造成的危害较大,在管材、件的实际运行中,当预期使用寿命结束或出现意外事故需要抢修时,往往希望利用塑料管材的易挠曲性将其进行压扁处理,从而达到紧急切断液体输送、防止液体流失或扩散造成危害的目的;而当压扁工具移走后,希望管材仍能恢复其工作状态,而不致影响其使用强度和寿命。压缩复原项目即是为满足此目的而设立的。

  通过压扁复原试验证明满足标准要求的管材、件系统能够得到更为及时、快捷地维护和充分的使用,为意外情况下出需要进行紧急抢修时,采取压扁复原的方式提供了可能性。

  (7)断裂伸长率的测定

  在进行聚乙烯管材的施工、装配过程中,鉴于地况复杂、安装和设计地下装置避开障碍物的需要,而提出了聚乙烯管材的断裂伸长率要虽然,由性能良好的材料所制得的管材其断裂伸长率均远大于350%,但由于各企业所用原材料的性能和生产工艺差加紧很大,而且同一管材、件系统可能由多个厂家的产品组成,故提出对该性能的要求对于满足整个管材、件系统的长期功能和使用寿命仍然是非常必要的。

  通过对该项目的测定,可确保在地形变化、地基不均匀沉降等情况下管材、件系统仍能正常发挥其功用。

  (8)纵向回缩率的测定

  同1.1.4的第3条

  (9)碳黑含量和耐候性试验

  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。而在紫外线辐射下,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。

  若在原料中加入的碳黑量过多,(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)会导致管材、件的机械强度下降;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 。实践证明,将碳黑含量控制在2.0~2.6%可同时满足强度和耐候性的要求。

  如不测该性能,就无法确切了解原材料的光稳定性能,导致对管材、件系统的强度和使用寿命失控,就会增加质量隐患。

  (10)耐气体组分试验

  这是模拟燃气管材、件经较长时间的运行后,可能会有燃气的冷凝液滴有机溶剂(含苯、汽油、四氯化碳等)沉积,产生气液共存现象。因为是聚乙烯浸渍于有机溶剂中时,有机溶剂将渗入聚乙烯内,使用分子中产生气泡出现溶胀现象,塑料一旦溶胀其物理性能就下降。所以通过该试验来考察管材的耐化学溶剂性能。

  管材的耐气体组分性能与分子的支化度、平均分子量、分子量分布有关,随聚合物支化度的减小、平均分子量的增大、分子量分布变窄而增强。

  通过进行该试验,可防止耐用化学溶剂性能差的低密度聚乙烯和其它不合格证产品进入燃气管材、件领域。

  3结语

  近几年来我国塑料管发展较快,特别是PE、PP塑料管道发展势头较为迅猛,相当一部分企业的连基本的检测设备和人员都无,导致了产品质量良莠不齐,导致了终端消费者对塑料产品的不信任。本文从标准角度出发对PP、PE产品主要技术指标及控制各指标的要求进行了介绍,使消费者能了解产品标准中各技术要求的意义和标准制定的目的,杜绝消费者使用伪劣产品,提高塑料管道产品质量。

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