PE壓力管由于其質量輕、耐腐蝕、節約能源、可以制成大口徑的薄壁管等優點,正越來越受到重視,可用來取代金屬管,其質量可靠、運行安全、維護方便、費用經濟,被用于飲用潔凈水和燃氣的輸送。

近年來,國內外給水和燃氣輸送用高密度聚乙烯(HDPE)管材管件發展很快,主要是在材料性能上取得重大的進步。采用雙峰技術生產PE100管材料是第三代壓力管以其更高的承壓能力(PE100管材連續50年所能承受的最大環向應力值為10MPa)、更薄的管壁(在同樣的承壓下,PE100比PE80管壁厚度減少33%,輸送截面積增加16%,輸送能力增加35%)和更強的耐候性,在世界上得到了越來越廣泛的應用,見圖6-2

根據歐洲共同體EN12201、NF114、EN13244標準和中國國家GB/T13663-2000標準,PE壓力輸水、輸氣塑料管的技術要求見表6-5

根據壓力輸水、輸氣塑料管技術規格,配制國家規定PE壓力輸水、輸氣管黑色母要求如下。

①PE壓力管一般選用黑色,這是因為炭黑除了著色外,還是一個價廉物美的紫外線吸收劑,60大量科學研究數據證明:具有一定粒徑的炭黑在聚合物中添加量為2.6%并均勻分散在聚合物中時,聚合物壽命可達50年以上。

大部分有關壓力管應用的國家和國際工業標準都承認炭黑顆粒大小對紫外穩定性至關重要。20因此,這些標準(例如BS6730、NFT54-072、ISO/FDIS8779)規定,炭黑的顆粒大小應小于25nm,見圖6-3

②由于選擇炭黑粒徑較小,同時由于在聚合物中其加入量比較高,如果炭黑分散不好,除了形成不光滑外,存在于管壁內的未分散炭黑附聚體可能導致壓力管道出現過早變壞現象。在壓力管道上過早出現老化裂紋無疑也是一個重大的安全風險。無論從外觀還是從液體流動性能方面說,管道內外壁的表面光滑度都是一項重要的性能指標。大部分有關壓力管應用的國家和國際工業標準都認同這一重要性,并規定炭黑微觀分散程度等級應≤3(ISO11420以及FDIS18553),見圖6-4。

③炭黑由于其比表面積大,因此在空氣中極易吸水。加入聚合物中,炭黑因其表面處理不好會吸水,導致黑色母在空氣中吸水,在擠出管材時,表面會產生毛糙,而嚴重影響管材的焊接強度。應選擇吸濕率低的炭黑來滿足要求。

④耐壓輸水管主要用于輸送飲用水,對于制造飲用水壓力管的專用混料,有極為嚴格的要求。這些對壓力管的要求是按照業界對那些能夠影響飲用水的口感和氣味(即所謂的“感官性”特性)的要求來確定的。有關管理機構已按這些感官性要求確定炭黑要求為低硫含量、低灰分和低甲苯萃取物。P型炭黑能夠滿足上述要求,詳見表6-6。

表6-6  P型炭黑的技術指標

⑤由于PE壓力管道的特殊要求,在色母樹脂載體的選擇上還必須考慮管材機械強度和韌性的指標,滿足管材擠出對熔融指數的要求,即原料的分子量、結晶度、分子量的分布和短支鏈的支化度。因此,必須以不降低產品的上述指標為原則來選擇制造母料的基礎樹脂,應選用熔融指數高的高密度聚乙烯為載體。

⑥采用國際標準ISO4427、國標GB/T18252-2000《塑料管道系統用外推法對熱塑性塑料管材長期靜液壓強度的測定》,進行長期耐壓10000h測試,以外推法證明管材可使用壽長達50年,因此PE壓力管色母不能為了提高炭黑的分散性而加入低分子的分散劑。這樣的母料的生產對混合設備的分散性提出了非常高的要求。而目前國產雙螺桿配混料擠出機在生產黑母料時,為了保證分散性,常常需要加入大量的低分子潤滑劑。

⑦為了達到炭黑的分散要求,設備剪切力強,產生大量摩擦熱,加入適當的抗氧劑是必要的

⑧由博祿、巴塞爾等6個成員成立PE100+高質量保證協會,為了區別于其它單位,特選擇了黃色、橙色和藍色管道色,其中黃色為顏料黃180加少量鈦白粉配制,橙色為顏料橙64加少量鈦白粉配制,藍色為顏料藍15:3和鈦白粉配制,當然在樹脂中需加入老化穩定體系以保證壓力管道50年使用期

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