新型PVC-M环保高抗冲双壁波纹管的开发与应用

熊　磊，刘晓峰，宋华斌（宜宾天原集团股份有限公司，四川宜宾644004）



新型PVC-M环保高抗冲双壁波纹管的开发与应用

熊磊，刘晓峰，宋华斌
（宜宾天原集团股份有限公司，四川宜宾644004）

摘要：介绍了新型PVC-M环保高抗冲双壁波纹管的刚韧平衡，解决了传统PVC管材强而不韧、韧而不强的缺点，弥补了PVC管材韧性差，PE管材强度低的不足，同时解决了PVC波纹管的低温脆性。

关键词：PVC-M；聚氯乙烯；波纹管；PE

目前，塑料管道使用原料基料主要为PVC、PE 和PP［1，2］，在全球近2 000万t/a的塑料管材中PVC管道始终占第一位。PVC管道是使用历史最悠久的塑料管材（超过70年）。在英国、澳大利亚、南非等国家采用共混改性的方法已经成功开发出新型环保PVC管，许多供水公司已经成功将PVC管道应用于给排水管网中［3-5］。在聚烯烃管道发展最快的欧洲，PVC管道仍然在总量中占到1/2以上［6］。在北美和日本，PVC管道占的比例仍在增长［7，8］。

PVC管道虽然广泛应用于给排水领域，但PVC具有低温抗冲击性能差的缺点［9，11］。在地质条件复杂的地区，坠落的石块、沟底的乱石等受到外界大力冲击时就容易发生脆性破坏，都可能造成PVC管道的破损，导致PVC管道在应用领域出现了工程事故，在不少用户印象中形成PVC管就是容易碎的脆性管。

宜宾天原集团股份有限公司（以下简称“天原集团”）经长期的研发，开发出高品质天原牌PVC-M环保高抗冲双壁波纹管系列管道。该系列环保双壁波纹采取只增韧性不增塑、不添加填料的方法，既保持了PVC材料高强度特性，同时解决了传统PVC双壁波纹管低温脆性问题。

1　PVC-M环保高抗冲双壁波纹管用抗冲改性剂选型

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管是通过对传统PVC- U波纹管管材进行改性而获得的一种环保高抗冲双壁波纹管。在原PVC- U管的基础配方上加入该公司自主研发的抗冲改性剂YBTY1或YB-TY2，或将2种抗冲改性剂进行复配，抗冲改性剂的加入增加了材料的延展性并同时保持了材料原有的强度，从而使得波纹管的韧性得到较大提高，具有良好的抗冲击性能。

1.1抗冲改性剂共混样品的制备

将不同配比的抗冲改性剂与PVC用双辊开炼机在一定温度下混炼一定时间，下片后在平板硫化机上模压成型，然后在万能制样机上制样，对制得的样品进行性能测试，通过实验结果验证不同抗冲改性剂对PVC的增韧改性的效果。

按下述实验步骤制备基料样条进行物理性能检测。

（1）共混改性。向高速混料机（2 900 r/min）中加入称量准确的PVC-SG5、硬脂酸和稳定剂，混料2 min，再向混料机中添加称量准确的抗冲改性剂，混料5 min后于开炼机上以175℃炼塑6 min后出厚度约为1 mm的薄片；

（2）压片工艺。将步骤（1）的薄片剪成14×9 cm的薄片于平板硫化机上进行压板，压板工艺：先180℃热压10 min，再在180℃、10 MPa下保温保压10 min，最后10 MPa下冷压2 min出板；

（3）制样。检查（2）步出板，若无分层、起泡现象则利用万能制样机根据国标制备所需的测试试样。

1.2抗冲改性剂选型实验结果分析

1.2.1抗冲改性剂YBTY1含量对共混料综合性能的影响

按照上述工艺，二里河铅锌矿、东塘子铅锌矿成功控制了巷道及采场岩爆，文峪金矿、陈耳金矿各成功掘进了一条埋深超过1 500 m的盲竖井，并安全实施了深部巷道掘进。

图1为YBTY1含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料拉伸强度、断裂伸长率的影响。众所周知，在PVC的增韧改性过程中，会伴随拉伸强度的大幅降低，但使用YBTY1与PVC进行共混时，将YBTY1的量增加到18份，共混料小样10℃下的拉伸强度仍高达47.44 MPa，15份的拉伸强度提高到163.638%，说明特种改性剂YBTY1能够在保证PVC的高强度的前提下提高PVC的柔性，增柔保强性能优异。

图2和表1是YBTY1含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响及具体测试数据结果分析。

由图2和表1可知，未添加YBTY1的PVCSG5共混料塑化时间长达7分12秒，且未检测出凝胶熔融峰。添加YBTY1后，PVC-SG5共混料的塑化时间明显缩短，且随着YBTY1含量增加，塑化时间呈持续缩短趋势，到YBTY1添加量为15份后，继续添加YBTY1对缩短塑化时间无明显作用；最大转矩与平衡转矩也是随着YBTY1的增加而增加，其中平衡转矩在YBTY1含量为12份时，平衡转矩趋于平衡；最大转矩温度随着YBTY1含量的增加呈降低趋势，平衡温度在添加YBTY1后稍有增高，但随着YBTY1含量的增加，增幅不大。结合图1、图2和表1，抗冲改性剂YBTY1使用量为15份时，既能提升PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料拉升性能，同时也能提升PVC加工性。

图1　YBTY1含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料拉伸强度的影响注：拉伸强度测试条件，10℃下，拉升速度5 mm/min。

图2　YBTY1含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响注：转矩流变测试条件，试样62 g，一区、二区、三区温度均为185℃，转子转速为35 r/min，每次加料压实间隔时间不超过20 s。

表1　YBTY1含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响测试数据

1.2.2YBTY2含量对共混料的综合性能的影响

特种增韧改性剂YBTY2含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料拉伸强度、断裂伸长率及冲击强度的影响见图3。

图3　YBTY2含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料综合性能的提升注：拉伸强度测试条件：10℃下，拉升速度5 mm/min；缺口冲击强度测试条件：22℃下，悬臂梁冲击试验。

YBTY2用量增加，共混物的拉伸强度会下降，而断裂伸长率和冲击强度提高。其中，10℃时YBTY2含量增加到25份时，拉伸强度仍保持在45.791 MPa，断裂伸长率增加到152.579%；22℃时，YBTY2含量由0份增加到25份冲击强度由0份时的5.1565kJ/m2提高到20份时的32.718 kJ/m2，韧性提高6倍左右。

图4和表2是YBTY2含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响和测试数据结果分析。

由图4和表2可看出，随着YBTY2用量的增加，PVC-SG5共混体系塑化时间（凝胶化时间）比未添加YBTY2的PVC-SG5共混料短，YBTY2与PVC之间作用加强，塑化温度逐渐降低，塑化时间缩短，表现出越来越强的促塑化作用，说明添加YBTY2后PVC-SG5共混料容易塑化、易加工。因此，综合物理性能和加工性能，该公司认为YBTY2最佳使用量为10份。

YBTY2与YBTY1配比变化对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料拉伸强度、断裂伸长率的影响见图5。

由图5可知，在YBTY2和YBTY1总份数不变的情况下，随着YBTY2含量增加YBTY1含量降低，对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料拉伸强度、断裂伸长率的影响不明显，说明YBTY2、YBTY1 2种PVC改性剂可以共同使用。

图4　YBTY2含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响注：转矩流变测试条件：试样62 g，一区、二区、三区温度均为185℃，转子转速：35 r/min，每次加料压实间隔时间不超过20 s。

表2　YBTY2含量对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响测试数据

图5　YBTY2与YBTY1配比变化对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料拉伸强度的影响注：拉伸强度测试条件：10℃下，拉升速度5 mm/min。

图6和表3是YBTY2与YBTY1配比变化对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响及测试数据结果分析。

图6　YBTY2与YBTY1配比变化对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响

表3　YBTY2与YBTY1配比变化对PVC-M环保高抗冲双壁波纹管共混料流变性能的影响测试结果

由图6和表3可知随着YBTY1份数减少YBTY2份数增加，PVC-SG5共混料转矩流变曲线趋势逐步由YBTY1主导曲线趋势向YBTY2主导曲线趋势过度，熔融曲线出现谁多就表现谁的特征熔融曲线。

根据上述实验数据，改性剂YBTY1主要体现出促进塑化的作用，而YBTY2主要体现出提升抗冲性能的作用。因此，将YBTY2、YBTY1 2种PVC改性剂复配使用，与两者分别使用时相比，对材料性能影响不大，但复配使用YBTY2∶YBTY1=12∶6时塑化时间较短，塑化温度较低，加工性能最优，所以在PVC-M环保高抗冲双壁波纹管试生产配方中，选取这一复配比例。

2　PVC-M环保高抗冲双壁波纹管性能及应用

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管产品质量按天原集团企业标准Q/20885067-X-2015《PVC-M环保高抗冲双壁波纹管材》严格执行。

天原集团制定的上述企业标准参照GB/T 19472.1-2001《埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统第一部分聚乙烯双壁波纹管材》，参照GB/T 18477. 1-2007《埋地排水用硬质聚氯乙烯（PVC-U）结构壁管道系统第一部分双壁波纹管材》，按照GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第一部分：标准的结构和编写规则》标准编写制订，各项指标高于参照标准，质量得以保证，值得客户信赖。

2.1PVC-M环保高抗冲双壁波纹管性能

根据配方研发实验，选取成本低、性能优的配方，进行生产，得到的产品检测结果如表4和表5。

表4　PVC-M环保高抗冲双壁波纹管DN/OD110 SN4落锤实验

表5　PVC-M环保高抗冲双壁波纹管DN/OD110 SN4环柔性、环刚性检测

由表4和表5可知，PVC-M环保高抗冲双壁波纹管DN/OD110 SN4管壁比HDPE双壁波纹管薄，按照天原集团企业标准Q/20885067-X-2015指标检测要求检测合格，说明PVC-M环保高抗冲双壁波纹管DN/OD110 SN4管具备比HDPE双壁波纹管更优异的力学性能指标。

表6是PVC-M环保高抗冲双壁波纹管PVCM DN/OD315 SN4检测数据。

由表6测试数据表明，PVC-M环保高抗冲双壁波纹管DN/OD315 SN4壁厚为国家标准的65%时，性能指标就已达到同等规格HDPE波纹管（双壁波纹管PE DN/OD315 SN4）国家标准的85%～95%。

天原牌PVC-M环保高抗冲双壁波纹管DN/ OD315 SN4工地破坏实验过程图示，见图7。

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管在施工现场25℃时，大型挖掘机以大于31.5 mm/s的速度下压破坏后，仍能在40 s内恢复为圆管，只在表面出现凹痕，天原牌PVC-M环保高抗冲双壁波纹管具有良好的施工适应性。

表6　PVC-M环保高抗冲双壁波纹管PVC-M DN/OD315 SN4检测数据

图7　管材使用橡胶圈承插连接方式注：dm：平均外径，D1：承口内径，A：接合长度；e2：承口壁厚。

2.2PVC-M环保高抗冲双壁波纹管应用领域及施工方法

天原集团新开发的PVC-M环保高抗冲双壁波纹管韧性提高后破坏敏感性降低，管材不容易受伤或受伤程度大大降低，对长期强度影响变小，使得PVC-M环保高抗冲双壁波纹管既有PE波纹管道的优点，又有UPVC波纹管安装、维修方便的优点。因而，比UPVC波纹管、PE波纹管更具有广阔的前景，适用领域广泛，具体应用领域及连接方式见表7。

表7　天原牌PVC-M环保高抗冲双壁波纹管适用领域

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管施工时，不需要做混凝土基础，重量轻，搬运安装方便，施工快捷；橡胶圈承插连接，方法可靠，施工质量易保证；柔性接口，抗不均匀沉降能力强。

2.3PVC-M环保高抗冲双壁波纹管运行成本

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管结构独特，强度高，内壁光滑，摩擦阻力小，流通量大，与HDPE双壁波纹管相比，水头损失更低、水流量更大、水流速度更快、理论功率消耗更低。使用PVC-M环保高抗冲双壁波纹管与HDPE双壁波纹管相比每年能耗最低降44.15%，更加节能环保，具体比较见表8。

表8　PVC-M环保高抗冲双壁波纹管与HDPE双壁波纹管运行比较

3　结论

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管只增韧不增塑，解决了传统PVC管材强而不韧，韧而不强的缺点，弥补了PVC管材韧性差，同时解决了PVC波纹管的低温脆性。

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管DN/OD315 SN4在施工现场温度为25℃时，大型挖掘机以大于31.5 mm/s的速度下压进行破坏后，仍能在40 s内恢复为圆管，只在表面出现凹痕，具有良好的施工适应性。

PVC-M环保高抗冲双壁波纹管系列，既有PE管道的优点，又有UPVC安装、维修方便的优点，同时价格不高于HDPE管材。作为一种新型环保管材，具有强度大、韧性高、抗冲击、耐疲劳、不腐蚀、成本低、管材质量轻、搬运和铺设容易等优点，可广泛应用于输配水管网、工业生产管网、工业排污、城乡排水和灌溉系统。

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Development and application of a new environmental friendly high anti-impact PVC-M double-wall corrugated pipe

XIONG Lei，LIU Xiao-feng，SONG Hua-bin
（Yibin Tianyuan Group Co.，Ltd.，Yibin 644004，China）

Abstract：The new type of environmental friendly high anti-impact PVC-M double-wall corrugated pipe （HA-PVC-M-DWC-PIPE）was introduced.The toughness of the new HA -PVC -M -DWC -PIPE was improved greatly and low-temperature brittleness was reduced.

Key words：PVC-M；polyvinyl chloride；corrugated pipe；PE

中图分类号：TQ325.3

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）05-0015-05

收稿日期：2015-11-25