给排水安装工程用低塑性聚氯乙烯管材制备研究

王飞腾

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300）

塑料管材以其安全性与环保性深受给排水安装工程领域青睐，而聚氯乙烯管材（UPVC）主要应用于室内给排水安装工程，作为给排水系统重要构成，UPVC质量直接影响着整个工程质量与安全[1]。常用塑料管材原料主要有低塑性聚氯乙烯、高密度聚乙烯、交联聚乙烯、均聚聚丙烯、聚丁烯等，其中低塑性聚氯乙烯、聚乙烯只能应用于冷水管道，而交联聚乙烯、均聚聚丙烯、聚丁烯可应用于热水管道，当前我国已成立了以聚氯乙烯、聚乙烯、均聚聚丙烯为主的塑料管道加工产业，其中聚氯乙烯配套产业链最为健全[2]。因此，本文针对给排水安装工程用聚氯乙烯管材制备及其性能进行了深入探究。

1 实验

1.1 原料

给排水安装工程用低塑性聚氯乙烯管材制备所需原料[3]主要包括：聚氯乙烯管材UPVC料；活性钙材料；聚氯乙烯酸酯类胶乳材料；聚氯乙烯复合稳定剂；氯化聚乙烯；聚氯乙烯加工助剂。

1.2 仪器

给排水安装工程用低塑性聚氯乙烯管材制备所需仪器[4]主要包括：高速混合器；双辊筒炼胶机；平板硫化机；冲击试验机；电子拉力试验机。

1.3 制备

稀释丙烯酸酯类胶乳与活性钙，保持于超低玻璃化温度，以生成复层核壳结构体。准备1～25份加工助剂，与聚氯乙烯管材UPVC料基于高速混合器实现均匀混合，在112～125 ℃环境状态下，持续运行8～12 min，生成干混料。将干混料温度控制于175℃之下，利用开炼机塑炼6～8 min，然后于18℃之上的环境状态下，压成试样样片[5]。

2 结果分析

2.1 增强剂与活性钙性能分析

多功能复合增强剂MCRA与活性钙性能指标[6]具体见表1。

表1 增强剂与活性钙的性能指标Table1 Performance index of reinforcing agent and active calcium

2.2 聚氯乙烯管材UPVC性能分析

于初始化配合比中添加20份活性钙，所获干混料低塑性聚氯乙烯样品1，添加20份增强剂MCRA，所获干混料低塑性聚氯乙烯样品2，二者表观性能见表2。

表2 干混料低塑性聚氯乙烯样品的表观性能Table 2 Apparent properties of dry mix low plasticity UPVC samples

经过混炼与压板处理，所获干混料低塑性聚氯乙烯样品的物理性能见表3。

表3 干混料低塑性聚氯乙烯样品的物理性能Table 3 Physical properties of low plastic UPVC samples of dry mix

活性钙颗粒始终于聚氯乙烯管材UPVC基体表面游离，二者未实现融合，衔接界面无法承受并传输应力，而增强剂MCRA与聚氯乙烯管材UPVC彼此相容，效果良好，在衔接界面尚未出现空洞或者缺陷；此外，增强剂MCRA与聚氯乙烯管材UPVC的复合材料断口位置呈现撕裂状态，说明在拉伸断裂时，生成了较大的应变阻力，从而发生了韧性断裂，所以就宏观层面来讲，聚氯乙烯管材UPVC基于增强剂MCRA的作用，可切实提高自身力学性能，表明适度添加增强剂MCRA对于聚氯乙烯管材UPVC发挥着一定的增韧补强作用。

-10℃低温环境状态下，增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC断口位置的撕裂岭数量远超活性钙/聚氯乙烯管材UPVC，并且其海岛状组织比较突出且密集，相界面明显增多，此外增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC断口位置整体被撕裂，导致断口表面凹凸不平，说明在撕裂时，应变阻力有所变大，但是活性钙/聚氯乙烯管材UPVC断口表面则比较平整；23℃常温环境状态下，增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC发生撕裂时，整体出现了规律性塑性变形，断口位置呈现为羽毛状态，而活性钙/聚氯乙烯管材UPVC断口位置发生了应力集中现象，基体应变不均匀，且变形量不统一，特别是增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC断口位置发生了局部拉丝和网化现象，此形态说明增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC基体界面结合强度比较大。

2.3 增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC性能分析

于原配合比中既有40份活性钙中再加入8份MCRA增强剂，所获增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC物理性能见表4。

表4 增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC的物理性能Table 4 Physical properties of MCRA/UPVC pipe

由表4可知，增强剂MCRA加入之后聚氯乙烯管材UPVC的拉伸强度、断裂伸长率相较于原配合比并未产生明显差异，但处于常温环境与低温环境状态时，均呈现为升高态势；且添加MCRA增强剂的复合材料白度比原配比更好。

于原配合比中既有40份活性钙中再加入8份MCRA 增强剂，所获增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC流变性能见表5。

表5 增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC的流变性能Table 5 Rheological properties of MCRA/UPVC pipe

由表4与表5数据可知，在原配比基础上添加增强剂MCRA之后，聚氯乙烯管材UPVC的平衡扭矩变化并不明显，但是塑化扭矩却发生了一定变化，说明相对于原配比，添加增强剂MCRA后聚氯乙烯管材UPVC的表观粘度有所下降，而熔融时间差异比较小，塑化效果相对提高，热稳定时间缩短，这一系列变化均在一定程度上为增强剂MCRA/聚氯乙烯管材UPVC混合成型加工提供了便利。

3 低塑性聚氯乙烯管材在给排水安装工 程中的实际应用

3.1 给排水的承载负荷设计

给排水安装工程中，水体以膜流状态流动，所以聚氯乙烯管材UPVC管道内壁与水体之间的亲和度是管道设计的关键要素[7]。所以为优化给排水系统，须切实根据实际应用管材和水体界面张力，确定各聚氯乙烯管材UPVC管道类型、承载负荷能力。

3.2 给排水的内部压力设计

就内部压力波动视角着眼，对给排水设计方案进行分析，其中立管流量参数需就实际高度重置。一些高层建筑给排水安装工程的系统压力波动很容易造成底部支管水封失效，而且膜流状态下降的污水将会附带着与速度形成比例的气体量，并于排水立管中生成异常压力[8]。为了有效控制膜流流动速度与立管内部压力，可把聚氯乙烯管材UPVC形状于规定高度位置进行均匀变化以此改善优化，比如聚氯乙烯管材UPVC弯曲效率处理、扩张内表面积处理。

3.3 给排水的高度设计

针对不同高度建筑流水差异性，优化设计给排水系统，根据一致性流速，高层建筑给排水系统管道承受的内部压力和气体溢流量相对较大，所以聚氯乙烯管材UPVC管道内气体量、立管高度、流体速度之间息息相关[9]。就通气立管有关规定，给排水安装工程用聚氯乙烯管材UPVC管道最佳设计具体即基于实际管径，科学设计不同高度流量临界值，以重置临界值的方式，实现给排水管道最佳设计。

4 结论

目前低塑性聚氯乙烯管材在给排水安装工程领域的实际应用依旧处于普及与发展状态，而且其热稳定性与韧性并不佳，需要改性造粒之后才能投入使用。据此为优化聚氯乙烯管材性能，本文针对给排水系统，基于增强剂MCRA添加，制备了新型低塑性聚氯乙烯管材，试验测试分析了其综合性能。结果表明，增强剂MCRA与聚氯乙烯管材UPVC彼此相容，效果良好，在衔接界面未出现空洞或者缺陷，断口位置发生了韧性断裂，表明适度添加增强剂MCRA对于聚氯乙烯管材UPVC发挥着一定的增韧补强作用；添加增强剂MCRA后聚氯乙烯管材UPVC的表观粘度有所下降，而熔融时间差异比较小，塑化效果相对提高，热稳定时间缩短，这一系列变化均在一定程度上为MCRA/UPVC混合成型加工提供了便利。