张延峰

摘 要：聚乙烯管材的应用现在越来越广泛，因为其优越的性能在很多领域都有应用，现在供水网络中所使用的管材主要为聚乙烯管材，对于聚乙烯管的性能测定非常重要，决定了其使用情况，通过对其性能的分析还能有效对其进行研究，进一步发展聚乙烯材料的性能。

关键词：聚乙烯管 供水 测定

中图分类号：TQ325.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0067-02

聚乙烯管材的性能决定了其使用领域，目前，在燃气、供水、灌溉等方面都有很好的使用价值。聚乙烯管柔韧性良好、抗压性能强，非常适合用于地埋管道，聚乙烯管材本身无毒害，所以能够使用在供水系统中。该文针对其性能做了介绍，又给出了聚乙烯管材断裂伸长率测定不确定分析的方法。

1 聚乙烯管的介绍

1.1 聚乙烯管的性能

聚乙烯管一般分为承压管和非承压管，聚乙烯管的主要特点如下。

（1）温度适用范围大。聚乙烯管对温度的适应性非常好，一般的温度范围都能使用这种管材，可以承受的最低温度是-70 ℃，可承受的最高温度为95 ℃，所以一般情况下都可以使用。

（2）抗压能力好。聚乙烯管的抗压性能非常良好，当温度为20 ℃时，爆破压力超过了5 MPa；当温度为95 ℃时，爆破压力超过2 MPa。

（3）无毒。聚乙烯管的材料自身无毒害，在进行管材加工的时候，不添加重金属成分作为稳定剂，所以没有产生细菌，也没有结垢层的出现，符合国家输送饮用水的标准。

（4）耐磨性良好。聚乙烯管的耐磨性非常好，在运输颗粒性物料时，其耐磨性能是钢管的4倍。

（5）耐腐蚀性。对于聚乙烯管来说，化学性质非常稳定，具有良好的耐腐蚀性能，一般情况下，对酸、碱、盐及有机介质等各种腐蚀性化学物质都有良好的抵抗性。

（6）焊接性能好。聚乙烯管的质量非常小，搬运非常便捷。焊接非常容易，简单易操作，焊接口很少，大大降低了安装成本，对安装人员的专业性能要求很低，安装聚乙烯管的工作量只为金属管的1/2。

（7）良好的可溶性。对于聚乙烯管材来说，其接口强度非常好，甚至优于管材强度，在一般的荷載作用下不会发生断裂的现象，其柔软性也非常强大，断裂伸长率最低为500%。

（8）使用周期长。聚乙烯管在可承受的稳定压力下，一般最低安全使用期限为50年。

1.2 聚乙烯管专用料的等级划分

现在我国标准规定燃气输送聚乙烯管为PE80，给水聚乙烯管为PE100。目前，我国标准规定输送燃气和给水的聚乙烯（PE）管为PE80和PE100等级。原始的聚乙烯管PE63，在20 ℃的工况条件下，50年的连续压力下，管壁承受环向张应力为6.3 MPa，我们常见的PE80和PE100分别为8.0 MPa和10.0 MPa。

1.3 聚乙烯管的生产

在聚乙烯管材研究飞速发展的现今，到2010年全球聚乙烯管的使用量为500×104 t，燃气管道上的使用达到了总量的20%。最先在燃气输送上使用聚乙烯管的是美国，因为它良好的性能指标，使用的推广非常迅速。在20世纪80年代，我国的燃气输送事业也开始使用聚乙烯管，经过长达10年的使用测试后，其各项指标都非常良好，到2010年我国已经有很多优秀的生产厂家，生产线多达1 500条，具有超过100万t的生产能力。

2 聚乙烯管断裂伸长率分析评定

2.1 实验

2.1.1 实验原理

沿着聚乙烯塑料管道的纵向进行裁切，制取出符合要求的形状和尺寸试样。使用拉力试验机在相应条件下测试聚乙烯管材的拉伸性能。

测试仪器及材料：XWW-10A型电子万能试验机、钢卷尺，试验所用材料为同一根聚乙烯管材上裁取。

2.1.2 实验过程

在（23±2）℃的温度环境条件下，把测试样品静置24 h调节试样状态，保持外界环境条件不变，先把聚乙烯管材试样安装在试验机上，试样的轴线要与拉伸应力在一条直线上，调节松紧程度达到最佳状态，把引伸计调整在管材试样的标线上，按照预先选择好的速度开始管材测试，对管材试样的断裂时间做记录。

2.2 数学模型

式中：E为被测试样的断裂伸长率；L1为被测试样断裂时的标线长度；L0为被测试样标线的原始长度。

2.3 不确定度的来源

（1）重复测量所引入的不确定度分量u1（b）。

（2）电子引伸计的计量性所引入的不确定度分量u2（b）。

（3）量具的计量性所引入的不确定度分量u2（b）。

（4）量具的分辨率所引入的不确定度分量u2（b）。

（5）数值修约所引入的不确定度分量u3（b）。

（6）环境条件变化所引入的不确定度分量u4（b）。

通过对每一种来源的不确定度进行分析，得出最终的结论。

断裂伸长率是聚乙烯管材料用来做给水管道一项重要性能指标，是一项破坏性检测，测定其物理性能，因为检验费用较高，工作量相对较大，无法对每一批次生产的管材进行检测，所以对聚乙烯管材的伸长率检测采用这种不确定评定非常科学合理，具有很好的实践性。

3 对聚乙烯管质量的管理

对所有的塑料制品来说，其性能很大程度上取决于其生产的工艺方法。在合理的原料配比下，工艺生产过程出现问题，最后产品的性能会受到很大的影响。例如：不同种类助剂的均匀混合、对配料挤出温度的控制、管材冷却速度的控制等，这些都是十分重要的生产工艺过程，需要给予很高的重视。如果在进行配比的时候，助剂的分量不足，那么很难与聚乙烯的颗粒进行均匀的混合。所以在生产过程中，一般先把助剂配置成母料，之后再与颗粒的聚乙烯料均匀混合后挤出使用。聚乙烯管材在生产过程中会出现很大的内应力，因为生产时会发生交联、结晶的现象，这个内应力必须进行消除，否则在使用过程中会出现很多问题，例如：变形、翘曲、收缩等。对于聚乙烯管材来说，挤出后的冷却时间就是用来消除内应力的，所以在生产过程中要保持足够长的冷却时间来达到消除的目的。

从理论上来说，没有缺陷的、取向完全的聚乙烯材料拉伸强度非常好，能够达到1 500 MPa，但是在实际的生产中，这个数值只是20～50 MPa，与理论值的差距非常大。主要是因为生产过程中存在下列问题。

材料的挤出温度，在生产过程中需要严格控制材料的挤出温度，一般情况下，对于密度较低的聚乙烯材料，挤出温度控制在160 ℃左右（上下幅度10 ℃的范围内），对于密度较高的聚乙烯材料，挤出温度控制在165 ℃～185 ℃。如果挤出温度过高非常容易发生材料焦化的情况，管材颜色会发黄。如果挤出温度太低，那么聚乙烯材料的塑化非常不好，没有塑化的颗粒的存在状态是“鱼眼”状，会导致聚乙烯管存在缺陷。在生产过程中挤出温度的控制通过试验得出，对不同的设备，不同的环境情况都存在差異；对杂质要严格控制，生产过程中如果混入尘土、油渍等都会最终导致产品缺陷，所以对生产过程的控制非常重要，保证生产环境的清洁性、保证工人操作的规范性，这些小环节都会决定管材最终的性能；生产模具的精密程度也会影响管材的性能，挤出管材表面如果出现划痕，那么会造成材料的应力集中，最终影响到聚乙烯管的机械强度；在储存、运输、安装上也要做好相应的管理，这些过程都是容易造成管材损伤的过程，如果聚乙烯管发生损伤，那么会造成所受应力集中，降低机械强度，在储存和运输的过程中都很容易产生伤痕，所以要加强管理工作，避免这样的现象发生。所以，保证科学合理的工艺才能保证产品是合格的聚乙烯管材，对其良好的后期管理又保证了其性能的完整性。

4 聚乙烯管材的发展前景

4.1 燃气系统

我国很多城市的空气污染问题非常严重，在检测的300个城市中超过三级污染的占到70%，所以对于燃气改造十分重要，在很多城市都要开展。我国的能源结构在逐步转向天然气能源的利用，现在我国很多地方都开展了燃气管网的铺设，根据国外的市场应用，聚乙烯管是目前来说最优质的运输管材。所以在燃气输送中会有大量的使用，其优质的性能都是其使用的重要保证。

4.2 城市供水系统

随着社会的发展，人们对于健康越来越重视，饮用水的卫生是健康的基本保障，饮用水如果出现问题，那么影响范围非常大，许多城市的扩建、老旧城区的改造都需要铺设很多的地下供水网络管道。根据以往的经验以及性能比对，对于直径相对较小的水管道使用聚乙烯管的经济性、合理性远远优于金属管材，所以聚乙烯管材是目前使用最多的供水管道材料。聚乙烯管的柔韧性、抗压性都非常良好，保证使用的安全性，接头的性能稳定，不容易开裂，发生断裂爆管的情况非常少，正是由于具有这些良好的物理性能，使得聚乙烯管非常适合用做地埋管线，其无毒性对供水的安全提供了很大的保障。

4.3 农村灌溉系统

聚乙烯管材在农村的使用量非常大，聚乙烯管的物美价廉非常受广大农民的喜爱。对农村市场的供应量非常大，在给水和灌溉上都有很好的使用表现，农村由于条件限制，很多的饮用水都达不到国家要求标准，给居住人口的健康带来很大隐患，很容易引起地方性病症。对农村用水的改造刻不容缓，主要改造方法是铺设聚乙烯给水管道。由于水资源短缺的情况日益严重，要最大程度地利用水资源，灌溉对水量的需求非常大，为了提高水的利用率，很多地方都推行各种各样的节约用水灌溉方法，在这一制度推行的时候会用到大量的聚乙烯管材。随着社会的发展，农业上的应用量还会增大，所以研发更加符合实际情况的聚乙烯管材非常重要。

5 结语

综上所述，聚乙烯管的适用范围非常广泛，在供水系统中的表现尤为突出，现在已经广泛使用于供水系统的管网中。通过对其性能的分析，找出影响性能的因素，加以控制，生产出合格优质的聚乙烯管材，保证使用中的安全性，并且保证使用年限。

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