三层复合聚丙烯静音排水管道系统的研究

俞来明

［宏升塑胶（杭州）有限公司，浙江 杭州　311251］

三层复合聚丙烯静音排水管道系统的研究

俞来明

［宏升塑胶（杭州）有限公司，浙江 杭州311251］

塑料排水管道在房屋建筑中得到了广泛应用，尤其是聚氯乙烯（PVC-U）排水管道，由于价格便宜、施工方便，占据了建筑排水的主要市场，同时聚氯乙烯（PVC-U）管道排水噪声大也是大家普遍关注的问题。对三层复合聚丙烯静音排水管道系统进行研究分析。从管材与管件的加工性能考虑，降噪声学材料的填料用量75%作为优选。管件采用降噪声学材料与耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）材料用量之比6∶4作为优选。三层复合聚丙烯静音排水管道系统各项技术性能均符合CJ/T 273—2012《聚丙烯静音排水管材及管件》标准规定要求，是PVC排水管的升级换代产品。

降噪声学材料；三层复合；降噪性能；聚丙烯管道

0　引言

随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，对居住和工作环境的噪声问题越来越重视。生活中的噪声强度虽然不会威胁到人和动物的生命，但却能危害到人的健康。世界各国都很重视噪声问题，把噪声污染列为主要的环境污染公害之一［1-3］。

建筑内部排水管道的噪声是建筑噪声最主要的来源之一。由于环境、能源、卫生等要求，塑料管道逐渐取代传统的金属管道已成为共识。在日常生活中，室内给排水管道噪声时有发生，影响到人们对安静环境的要求［4-5］。塑料管道逐渐取代传统金属管道，在一定程度上克服了传统金属排水管道存在的水流阻力大、易腐蚀、笨重、内壁容易结垢等缺点。但一般塑料管材的隔声性能较差，用作排水管道时，管内水流的噪声很大，特别是用于室内排水时，会严重破坏室内的安静环境，影响居民的正常生活。尽管PVC管设计了芯层发泡内壁螺旋等手段，消声效果仍然赶不上铸铁管。为此，设计使用耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）为基体材料的三层复合聚丙烯静音排水管道系统。管材采用三层共挤、三层复合的方法生产，其外层和内层以耐冲击共聚聚丙烯为原料，中间层由无机矿物填料、PP-B和热塑性弹性体三元共混的粘弹性材料组成。管件以降噪声学材料和耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）材料共混料后一次注射成型。

1　实验

1.1主要原材料

耐冲击共聚聚丙烯（熔融指数≤3.0 kg/10 min）、MO2，工业级；，中国石化扬子石油化工有限公司；硫酸钡，800目，余姚市九峰塑化商行；铝酸酯偶联剂，HW-988，浙江沸点化工有限公司；润滑剂，硬脂酸钙，河南巩义白云塑胶有限公司；白油，工业级，苏州塞帕汉特种油品有限公司；弹性体POE，DF840，宁波天元石化有限公司；成型模具，自制；色母料：市售。

1.2试样制备

聚丙烯静音排水管材及管件设计依据CJ/T 273—2012《聚丙烯静音排水管材及管件》。管材：内外层均以耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）树脂为主要原料、中间层为降噪声学材料，采用三层共挤成型；管件：以降噪声学材料和耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）材料共混料，承口经整体一次注射成型。管径系列尺寸参照CJ/T 273—2012标准，聚丙烯静音排水管件规格和管材配套设计。管件承口和插口尺寸及偏差应符合图1及CJ/T 273—2012标准的规定，插口壁厚e1、承口壁厚e2、主体壁厚e3不宜小于同规格管材的壁厚。

图1　管件结构示意

聚丙烯静音排水管材的壁厚可以根据不同的性能要求进行调整，也可以在不改变管材整体壁厚的基础上调整各层的相对厚度，以满足不同的静音效果和其它性能要求。芯层是主要的吸声隔声层，在设计上当然是越厚越好，但其密度较大，太厚会使管密度增大，不利于安装和使用，并且在挤出过程中工艺更难控制。同样，皮层也要达到一定的厚度，才能满足抗震、耐热和防腐蚀的要求。

1.3性能测试方法

三层复合聚丙烯管道系统的连接密封性参照GB/T 6111—2003《流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法》进行测试，系统噪声参照CJ/T 312—2009《建筑排水管道系统噪声测试方法》进行测试，其它物理力学性能测试方法及技术要求参照CJ/T 273—2012。

2　结果与讨论

2.1降噪声学材料研究

2.1.1降噪声学材料的配比

在制备聚丙烯降噪声学材料时，需将各种组分原料进行一次配比、造粒［6］。并对粒子密度和熔体指数等进行测试。降噪声学材料的具体配比见表1。

表1　降噪声学材料的质量配比　%

以上组分制备的降噪声学材料隔声效果好，还具有无毒、无铅、高强度、加工性能好的特点，并且成本低。特别是在材料成份中引入了硫酸钡，使材料的面密度有明显的提高，可广泛用于建筑行业、装饰领域等的隔声处理，使用此种降噪声学材料可有效隔声降噪。

2.1.2降噪声学材料的物理性能

降噪声学材料的物理性能应符合CJ/T 273—2012标准规定要求（见表2），填料（硫酸钡）用量对降噪声学材料密度和熔融指数的影响见图2。

表2　降噪声学材料的物理性能指标

图2　填料用量对降噪声学材料密度和熔融指数的影响

从图2可以看出，填料用量为0～80%时，随着填料用量的增加，降噪声学材料的密度增大，MFR也随之增大；当填料用量大于80%时，随着填料用量的增加，降噪声学材料的密度增大，而MFR减小。由此可见，当填料用量大于80%时，耐冲击共聚聚丙烯的占比相对较小，材料流动性变差，使得材料的熔融指数MFR下降。经密度测试，当填料用量小于55%时，材料的密度低于1800 kg/m3，不符合CJ/T 273—2012标准要求。

2.1.3工艺参数

不同的配方其工艺参数也不同。经过多次试验，本研究把造粒的温度设定为：一区（178±3）℃，二区（183±3）℃，三区（183±5）℃，四区（194±5）℃，五区（194±5）℃，六区（194±5）℃，七区（195±5）℃，八区194±5℃，九区（190±5）℃，十区（174±3）℃，十一区（175±3）℃；主机转速为：（150±20）r/min，喂料速度为（25±5）r/min，切粒速度为：（300±50）r/min。造粒机的11个区的温度在生产过程中考虑到实际产生摩擦升温，因此必须实时更新温度和其它工艺条件，不能一成不变。不同配方工艺生产的颗粒有着不同的物理性能，根据其不同的性能，在生产管材和管件中必须考虑模具的形状大小、注塑速度及成型温度等。管材采用挤出成型工艺，管件采用注射成型工艺。从管材与管件的加工性能考虑，选取填料用量75%作为优选。

2.2注塑成型管件材料研究

管件材料采用上述降噪声学材料和耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）材料及色母料共混专用料。管件材料的具体配比研究试验中色母料用量占总质量的2%。

将降噪声学材料与耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）材料用量按照一定比例混合，添加色母料，选用Φ50直通模具、Φ75弯头模具、Φ110顺水三通模具进行管件原料配比试验，结果见表3。

表3　不同降噪声学材料占比管件的试验结果

从表3可以看出，降噪声学材料占比为50%～60%时，制备的管件质量较好。

采用降噪声学材料占比为60%，即m（降噪声学材料）∶m（PP-B）＝6∶4作为优选，制备的Φ110顺水三通管件的性能测试结果见表4。

表4　Φ110顺水三通管件的性能测试结果

由表4可见，该管件的各项测试指标均符合CJ/T 273—2012标准要求。

2.3三层共挤管材材料研究

管材为三层复合结构，内外层采用耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）树脂，中间层采用降噪声学材料，通过三层共挤复合工艺生产。Φ110管材的各项性能测试结果见表5。

表5　Φ110管材的性能测试结果

由表5可见，该管材的各项性能均符合CJ/T 273—2012标准规定要求。

2.4管道系统研究

将研制的三层复合聚丙烯管材与管件按测试要求组装，进行系统噪声测试和连接密封试验，结果见表6。

表6　管道系统的技术性能测试结果

由表6可见，该管道系统的系统噪声和连接密封性均符合CJ/T 273—2012标准要求。

2.5同类产品比较（见表7）

从表7的对比可知，PP-B静音排水管的性能优于PVCU塑料排水管，PP-B具有广阔的推广应用前景。

表7　PP-B静音排水管与PVC-U塑料管的对比

3　结语

（1）从管材与管件的加工性能考虑，降噪声学材料的填料（硫酸钡）用量75%作为优选。管件采用降噪声学材料与耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）材料用量之比6∶4作为优选。

（2）三层复合聚丙烯静音排水管道系统的各项技术性能均符合CJ/T 273—2012标准要求，且降噪效果明显。主要是与管材中间层弹性体材料和刚性耐摩物质填充物的性能有密切关系，中间层有降噪吸声的功能，因此起到静音效果。

（3）三层复合聚丙烯静音排水管道系统是PVC排水管的升级换代产品，具有广阔推广应用前景。

［1］戚建强，朱生高，刘翼，等.建筑排水系统噪声现状、防治及评价标准进展［J］.给水排水，2013，34（11）：72-75.

［2］邓军.漩流降噪特殊单立管排水系统在高层居住建筑中的应用［J］.给水排水，2012，38（1）：73-75.

［3］张海宇.特殊单立管排水系统立管水流形态浅探［J］.给水排水，2012，38（11）：165-168.

［4］李伟，郭雷，田旭丽.聚丙烯超静音排水管推介与施工技术浅析［J］.工程技术，2009（7）：82.

［5］张邦俊，翟国庆.环境噪声学［M］.杭州：浙江大学出版社，2001：25-265.

［6］俞来明，郁巨华，郁世超，等.一种静音排水管道用改性耐冲击共聚聚丙烯及其制备方法：中国，201210252666.7［P］.2014-06-11.

Study of three layers composite polypropylene drainage piping system with sound insulation

YU Laiming
［Hongsheng Plastics（Hangzhou）Co.Ltd.，Hangzhou 311251，Zhejiang，China］

Plastic drainage pipe has been widely used in modern buildings，especially polyvinyl chloride（PVC-U）pipes due to its low price and convenient construction；occupy a major market of building drainage.While，the drainage noise of polyvinyl chloride（PVC-U）pipe is still a key problem received great attention.The three-layer polypropylene composite drainage piping system is studied and analyzed.Based on the processing of pipes and pipe fittings，the optimal consumption of acoustic noise reduction filler is 75%.The optimal mass ratio of acoustic material to the impact resistant copolymer polypropylene（PP-B）is 6∶4.The technical specifications of three-layer composite polypropylene drainage piping system meet the standard CJ/T 273—2012"Soundinsulating polypropylene pips and fittings for drainage".PP-B drainage pipe is the upgrade product of PVC drainage pipe.

acoustic material，three layers composite，sound insulation，polypropylene piping

TU532+.61

A

1001-702X（2015）11-0030-03

2015-05-07；

2015-06-10

俞来明，男，1983年生，浙江杭州人，工程师，硕士，从事给排水材料科学与工程研究。