刚”的方式,从而避免了铸铁管易碎易裂的缺点。
(3)方便快捷的安装。聚丙烯排水管的总质量只有铸铁管的20%,管材与管件采用承插式柔性连接、胶圈密封,安装方便快捷;不使用伸缩节,降低了安装费用,在节约管件的同时,管道的维护、保养和改造也特别方便,从而实现了“即拆即装”;“管箍”管件与其他管件不同,不设有“限位装置”,从而可以方便管道系统的拆装。
(4)优异的低噪声排放性。通过添加特殊吸声材料来调整管材的内部微观结构,吸收可闻及声波,并阻止声波传出;通过使用“承插式连接”避免了水流冲击管壁时声音向下一段管件传递而引起共鸣,从而进一步降低了噪声。 (5)优越的耐高温性。经过特殊改性处理的内层聚丙烯树脂,在保持其原有良好的抗冲击性能和使用寿命长等特点外,可以长期承受95℃左右的热水排放,保证了住户的洗碗机、消毒柜和热水器的长期使用。
(6)优秀的环保性能。产品的无毒性和可回收重复利用性,可避免污染环境;使用承插式柔性连接,无需像U-PVC产品需要胶粘方式连接,则杜绝了室内甲醛、苯类物质的污染(胶粘剂中含有大量的甲醛,苯类物质)。
(7)优良的性价比。由于聚丙烯原料属于一种通用塑料,其成本低于铸铁材料,加之聚丙烯拥有可回收重复利用特性,并采用承插连接而不需要其他配件,使得聚丙烯静音排水管的工程造价远低于柔性铸铁管。
1.3 PP具有良好的国内发展前景
六十年代初,PVC管材进入中国后,以其轻质,光滑,节能等优越的特性,在建筑排水领域迅猛的推开。进入九十年代以后,行业格局发生了变化,产品也由单一的实壁管衍生出了发泡管,螺旋管,空壁螺旋管等。据有关组织粗略统计,2003年以后每年的市场交易额达60多个亿,被大大小小的近千家企业瓜分,而其中的一半被排在前10至20位的企业获取。
四十多年的时间里,在排水市场上PVC-U管材始终未能完全替代铸铁管,原因是多方面的。铸铁管降噪,耐热,但重量大,不环保,安装困难,施工费用高。1999年11月,国家建设部,经贸委,质量监督局,建材局等五部委就联合颁布了关于加强技术创新,推进化学建材产业的若干意见和《推广应用化学建材和淘汰落后技术与产品管理办法》等文件,要求在今后两至三年内全国主要城镇都要陆续限制和淘汰铸铁管,镀锌钢管等产品,推广应用新型塑料管材。但仅有少数省市建设主管部门作出响应,限制了铸铁管的使用。
再是随着生活质量的提高,人们对生活用建材产品功能上的更高的要求,PVC-U管材就显现出了自身的不足,如隔音效果差,落水噪声大,热水的排放对系统寿命的影响,在高层应用的受限等等,特别是很多厂家为追求高利润而超比例的添加碳酸钙使管材质量良莠混杂,强度不堪一击。设计人员和使用单位难以选择,混乱的市场价格面前又难于取舍。诸多因素的存在与制约,市场急需一种能克服以上问题,涵盖以上两种管材优点的替代产品推出。
20世纪90年代,聚丙烯排水管首先出现在欧洲,随后便以可降低噪声和可以排放热水、耐化学腐蚀等多项优点,在欧洲和北美的新建住宅中得到了日趋广泛的应用。本世纪初,以浙江双林塑料机械有限公司为代表的一些国内塑料管材设
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备生产商开始研发聚丙烯超静音排水管生产线并取得了成功,这极大地推动了聚丙烯静音排水管在我国的应用发展。我国也因此有了可以和荷兰WAVIN产品相媲美的名牌产品。随着近年来我国经济建设的快速发展,人民生活水平的提高,对居住建筑的要求也越来越高。而畅通的排水管网,是一栋建筑乃至一个城市重要的基础设施之一,可为人们的生活和生产提供有力的保证。聚丙烯超静音排水管作为一种可替代铸铁管道的新型产品,无疑以它优越的静音性、先进的柔性连接等性能在我国建筑排水工程中将得到更广泛的应用。
我国自2000年明令禁止在新建住宅中使用镀锌管作为供水管道后,聚丙烯管、聚乙烯管得到了长足发展。其中PP-R管材是欧洲上世纪90年代初开发的改性PP管材大的第三代产品。
欧洲是PP-R管材的发源地,也是大量推广应用的地区。1993-1996年欧洲PP-R管的使用量由3万t/a发展到4.4万t/a,平均每年递增大于15%,目前欧洲已经有80%以上室内自来水管道使用PP-R管材。应用量较大国家有意大利、德国、丹麦、土耳其、捷克等。意大利年使用PP-R管材达到3000万m,约占欧洲总量的22%,自1988-1996年,德国塑料管材用量在建筑内饮水和热水系统中应用由5%增至37%,而不同种类塑料管材在饮用水和热水系统中,丙烯共聚物管材28%,从1996年起,在室内排水管应用方面,由于良好的耐热性和燃烧时无害,在新建筑中全部采用丙烯共聚物管材。
上海建筑材料厂于1997年从德国引进生产设备和技术,建成我国最早生产PP-R管材和管件的生产线,其生产能力为500t/a。1991年,我国山东建成第一条丙烯共聚物管材国产化生产线。自2002年以来我国一些有实力的塑料管道生产企业开发的聚丙烯静音排水管产品相继投放市场。几年来该产品由于在住宅室内排水工程中的优异性能,市场占有率不断扩大,大面积推广应用具有良好好的社会效益和经济效益。如今,国内PP-R管材生产线30余条,总生产能力达到1.5万t/a,全国有近1000万m建筑的冷水热水使用了PP-R管道。
1.4 国内外主要生产工艺
目前国内不少厂家对聚丙烯静音管的生产工艺进行了深入的研究与开发。产品采用3层共挤的生产工艺制成,其外层和内层以改性聚丙烯树脂为原料,中间层由无机矿物填料、PP和热塑性弹性体三元共混的粘弹性材料组成。
1.5 设计依据
(1)通过核磁共振数据判定:
PP-H是均聚聚丙烯,也就是我们所说的Ⅰ型聚丙烯。我们可以知道,它是由单一聚丙烯单体聚合而成,分子链中不含乙烯单体。PP-H分子链的整规度很高,因此材料的结晶度高、耐冲击性能差。
PP-B为嵌段共聚聚丙烯,也就是我们所说的Ⅱ型聚丙烯。它的乙烯含量较
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高,一般为7-15%。在分子序列中,两个乙烯单体及三个单体连接在一起的概率非常高,说明乙烯单体仅存在嵌段相中。以嵌段形式存在的乙烯链段使材料的冲击强度得到了很大的改善,但由于不能将PP-H分子链的等规度降低,材料的结晶度、熔点和耐热性能不能得到根本改善。
PP-R是无规共聚聚丙烯,也就是我们所说的Ⅲ型聚丙烯。它是由丙烯单体和少量乙烯单体在加热、加压和催化剂作用下共聚得到的。乙烯单体随机地分布到丙烯长链中,其中乙烯单体一般控制在3-5%之间。乙烯单体的无规加入降低了聚合物的结晶度、熔点,改善了冲击性能和耐热性能。 (2)三种管材对比(表1.5-1): 管材名称 噪音水平dB 管材密度g/cm 壁厚mm 材质 价格 安装 耐酸碱水平 寿命 PVC-U 58 1.4 3.2 聚氯乙烯 低 易 低 30-50年 铸铁管 46.5 7.8 5.5 铸铁 高 难 不耐酸碱 50年 聚丙烯管 45 1.2-1.8 4.5 聚丙烯及吸声材料 中 易 高(PH2-PH12) 50年以上 表1.5-1三种管材对比(以110管径为例)
(3)执行标准:
①GB4217-84 热塑性塑料管材的公称外径和公称压力 ②《聚丙烯静音排水管材及管件》CJ/T273-2008; ③大气污染物综合排放标准(GB16397-1996) ④环境空气质量标准(GB3095-1996) ⑤工业企业设计卫生标准
⑥GB/T18742.1-2002《冷热水用聚丙烯管道系统第一部分:总则》 ⑦GB/T18742.2-2002《冷热水用聚丙烯管道系统第二部分:管材》 ⑧GB/T18742.3-2002《冷热水用聚丙烯管道系统第三部分:管件》 ⑨GB/T 50349-2005《建筑给水用聚丙烯管道工程技术规范》 所以本方案选择生产PP-R排水管。
二、产品方案
聚丙烯极好的流动性能和宽范围的流速,以及其它独特的聚合物特性相结合,使它具有优异的加工性能。成型的方法很多,可注塑、吹塑、真空热成型、涂覆、旋转成型、电镀和发泡,还可以在金属表面喷涂。其中
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注塑成型的比例最大,为防止后结晶产生的收缩变形,制品一般需经热水浸泡处理。
使用管式水冷激工艺可以把PP加工成共挤出吹制薄膜以及单层薄膜。PP还可以挤塑成管状产品,如饮料吸管和饮用水管。PP在线缆涂层方面也有用途。一般而言,低流速配方材料用于生产厚壁产品和那些要求韧性的产品。高流速的材料用于生产薄壁部件和要求快速加工的产品。
2.1 产品质量指标
PP-R管材的生产对原料的要求比较严格,主要生产商在欧洲。国内大部分的PP-R树脂生产还不过关,因此目前一般采用进口PP-R数值较为合适。用于挤出成型加工PP-R管材的树脂性能与加工其他PP-R制品(包括注塑管件)有一定区别。就加工性能而言,由于生产PP-R管材所用的树脂的熔融粘度较大,熔体指数小(0.1~0.4g/10min),因此,它具有一定的加工难度和加工要求。下表为PP-R专用料性能表,见表1.7-1。 性能 密度/(g/cm) 熔体指数(230℃,2.16kg)/(g/10min) 拉伸屈服应力/MPa 拉伸断裂应力/MPa 拉伸弹性模量/MPa 弯曲模量/MPa 弯曲应力/MPa 简支梁缺口冲击强度/(kJ/m) 23℃ 0℃ -20℃ 悬臂梁缺口冲击强度/(kJ/m) 23℃ 0℃ -20℃ 邵氏硬度 洛氏硬度 维卡软化温度/℃ 熔点/℃ 比热容(20℃)/(J/g?K) 热传导率(10~60℃)/(W/m?℃) 223指标 0.9 0.3 26 21 808 874 30.5 22.9 4.53 1.86 22.5 5.56 3.4 60 50 131.1 131.3 2.0 0.21 测试方法 按ISO1183规定 按ISO1133规定 按ISO527-2规定 按ISO527-2规定 按ISO527-2规定 按ISO178规定 按ISO178规定 按ISO179/1A规定 按ISO179/1A规定 按ISO868规定 按ISO2039-2规定 按ISO306规定 按ISO3146-19规定 按DSC规定 按DIN52612规定 表2.1-1 PP-R专用料性能
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