土工管材性能与管件选择

（一）土工管材产品设计

1.原材料

工业上制造氯乙烯单体的方法有乙炔法和乙烯氧氯化法的工艺路线；聚合方法有悬浮法、乳液法、单体法及溶液法，较多的采用悬浮法和乳液法。我国从1956年开始生产悬浮法聚氯乙烯树脂，1961年乳液法聚氯乙烯树脂开始生产。由于聚合的方法不同，所得树脂的性能也各不相同。挤塑、注塑加工中，通常用悬浮法树脂。我国目前生产的悬浮法聚氯乙烯树脂分为6种牌号，见表8-4-6。

树脂的绝对黏度与平均聚合度及K值如表8-4-7所示。

树脂的黏度、水分、粒度大小和形状，以及稳定性、电导性等对产品质量影响很大。

表8-4-6 悬浮法聚氯乙烯树脂牌号及指标

表8-4-7 聚氯乙烯树脂聚合度P、K值与绝对黏度对照表

（1）树脂黏度

对于线形高分子化合物来说，相对分子质量越大它的分子链越长，卷曲程度越厉害，黏度越高；反之亦然，树脂的黏度大，则力学性能好，但黏流温度高，加工时需在较高的温度下进行。综合上述因素，考虑到加工性和管材的力学性能，宜采用黏度较低的-4、5型树脂。

（2）水分

树脂中的含水率会影响原料前处理——过筛工序的效率及成品的外观及内在质量，如水分超过0.3%，则难于过筛，而且在管材加工成型中，易产生气泡。因此当含水率大于控制指标时，应采取烘干措施，以利加工及保证产品质量。

（3）颗粒大小及形状

树脂颗粒的大小及形状，对成型加工及制品质量有较大的影响。棉花球状疏松型树脂，组织疏松，吸收增塑剂快，易于塑化；紧密型树脂，其组织结构紧密，吸收增塑剂慢，难于塑化。选用颗粒小的树脂制成的制品质量较好。

（4）树脂的稳定性

树脂的分解温度及热稳定性，直接影响管材的加工，对于硬管来说尤其重要。为了防止加工中的热分解，必然根据其稳定性能调整物料的配方。

在硬聚氯乙烯管材加工过程中还必须加入必要的助剂，如稳定剂、填充剂、改性剂、颜料等。这些在前面的配方设计中已述及，在此就不再重复。值得注意的是，聚氯乙烯管材乃至所有的塑料成型加工，是一种实践性很强的工作，所有的理论或是配方等都只能作为一种经验的总结供操作者参考或借鉴。在所有设备既定的情况下，要使产品更好地合乎质量要求，最简捷的办法是调整生产工艺和配方。然而，生产工艺、配方和生产设备对于最后产品质量，彼此间是相互联系的。如：如果挤出机塑化效果很好，生产的管材口径较小，相应地机头也是较小的，物料会在机头里停留时间较短，在考虑配方时，稳定剂就可少加入。从多因素的角度来分析和解决问题这点来讲，可以说没有一种配方和工艺是万能的，只有使产品质量最好的才是好配方。另外，在使用中对制品的要求也是多因素的，有时甚至是彼此互相矛盾的。如在塑料管材中拉伸强度和断裂伸长率，一个是对制品刚性的要求，另一个是对韧性的要求，配方设计时两者都要兼顾。单一地为增加刚性而加入过多的填充补强作用的助剂，如CaCO₃，势必会影响其韧性，使制品发脆；单一地为增加韧性而过多地加入增韧改性剂，如CPE，势必造成制品刚性欠佳，失去应有的强度。所以，确定配方时应综合考虑各项性能指标，以期达到各项性能的整体的综合效果。

2.生产设备

（1）粉料捏合设备

硬聚氯乙烯管材加工用的捏合料，采用高速捏合机。高速捏合机采用高速锚式搅拌。它的作用是使物料的内部旋涡作圆周运动，受离心作用由中心抛到容器壁上，再由壁上升起，坠回到底部中心。这样由水平转动形成重叠，形成旋涡和循环。捏合机除有锚式搅拌翅外，还有折流板，折流板的作用是阻碍混合料的正常循环运动，制造扰流。捏合机的容量有220L与500L两种，一般以200L为宜，其技术参数如表8-4-8所示。

表8-4-8 捏合机（200L）技术参数

（2）挤出成型设备

挤出机分为主机和辅机两个部分。

1）主机

生产硬聚氯乙烯管一般采用锥形双螺杆挤出机，因其可由聚氯乙烯粉料直接生产出管材。按产品规格选用如下挤出机：

①产品规格为ϕ16～ϕ110mm管材所需双螺杆挤出机为SJ2-45，其技术参数如表8-4-9所示。

表8-4-9 SJ2-45双螺杆挤出机技术参数

②产品规格为ϕ63～ϕ160mm管材所需双螺杆挤出机为SJ2-55，其技术参数如表8-4-10所示。

表8-4-10 SJ2-55双螺杆挤出机技术参数

③产品规格为ϕ75～ϕ200mm管材所需双螺杆挤出机为SJ2-65，其技术参数如表8-4-11所示。

表8-4-11 SJ2-65双螺杆挤出机技术参数(www.xing528.com)

2）辅机

硬聚氯乙烯管材辅机包括冷却装置、牵引装置和切割装置、支架等。下面介绍几种硬管辅机。

①SJ-CF90B，其技术参数如表8-4-12所示。

表8-4-12 SJ-CF90B技术参数

②SJCF150A，其技术参数如表8-4-13所示。

③SJ-CF200，其技术参数如表8-4-14所示。

表8-4-13 SJCF150A技术参数

表8-4-14 SJ-CF200技术参数

（3）机头模具

硬聚氯乙烯管材生产机头为直线机头。其结构在前面已经介绍。技术参效如下：

①扩张角α=60°。

②分流器长度为1～1.5D。

③口模与芯棒的平直部分组成管子成型部分，其长度L=1～2.5D。

④拉伸比：为了消除离模膨胀和牵引、冷却收缩对管材壁厚的影响，需确定管材的拉伸比L，聚氯乙烯管材的拉伸比为L=1.0～1.5。通过拉伸比计算、设计口模的尺寸。

式中 L——拉伸比

R₁——口模内径

R₂——芯棒外径

r₁——管材外径

r₂——管材内径

（二）管件选择

管道是由管材与管件两部分连接起来的。管材与管材之间的连接可用直管扩口；承插式橡胶圈密封连接。但一些特殊形式的连接还必须采用管件，如承插活套、活套法兰、弯头、三通、异径管件、带螺纹的接管等。管件在管路中与管材承受着相同的来自内部流体和外部环境的物理及化学作用，因此管件的强度、性能应不低于管材本身。

制造硬聚氯乙烯管件一般采用注射成型。关于注射成型管件在前面管件的制造中已有较全面的阐述，在此不再重复。但对一些大的管件（d＞250mm）和特殊管件也可采用焊接成型；大的法兰片也可由硬聚氯乙烯板加工而成。

按连接后管道的可拆卸性，其连接形式可分为可拆卸式与不可拆卸式连接两大类。带螺纹的管件，如内丝、外丝、法兰，快速接头都为可拆卸性连接。黏接、焊接的管件均为不可拆卸式的连接。

注射成型的管件除带螺纹的以外，一般采用承插式黏合连接，法兰也配以平承，其平承也与管材进行黏合连接。

（三）土工管材的一般性能

作为应用最广的合成管材——聚氯乙烯硬管，根据其应用领域的不同，现已制定了各领域不同的标准。如给水管标准《GB/T 10002.1—2006给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》《GB/T 10002.2—2003给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管件》；排水管标准《GB/T 5836.1—2006建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》，《GB/T 5836.2—2006建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管件》；无压埋地排污、排水管标准《GB/T 20221.1—2006无压埋地排污、排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》等。作土工管材的硬聚氯乙烯管其基材为硬聚氯乙烯实壁管。将实壁管钻以适当的孔洞，在外表缠上渗水、滤水作用的土工布后即可用来渗水、排水。因此，其基材应符合硬聚氯乙烯管的一般特性（表8-4-15）。

表8-4-15 基材一般特性

硬聚氯乙烯（PVC）排水管材规格，见表8-4-16。

表8-4-16 PVC排水管材规格表（GB/T 5836.1—2006）