PVC材质静态混合器

静态混合器材料中的首选是PVC，它更容易生产并且具有良好的耐用性。

聚氯乙烯（PVC）

聚氯乙烯是一种热塑性材料，由聚氯乙烯 (PVC) 树脂与不同比例的稳定剂、润滑剂、填料、颜料、增塑剂和加工助剂混合而成。人们开发了这些材料的不同组合，以实现针对不同应用的特定性能。然而，任何化合物的主要成分都是聚氯乙烯树脂。

有机化学中的专业术语“PVC”是指聚氯乙烯：一种聚合物，即氯乙烯的链状分子。在一般文献中，不使用括号，该名称通常缩写为“PVC”。当讨论特定类型的PVC管时，将明确标明该类型，如下所示。当讨论一般性术语时，“PVC管”用于涵盖Vinidex供应的各类PVC压力管材料。

不同类型的聚氯乙烯

短期和长期强度最高的 PVC 化合物不含增塑剂，且配合剂用量极少。这类 PVC 被称为 UPVC 或 PVC-U。在 UPVC 中添加其他树脂或改性剂（例如 ABS、CPE 或丙烯酸树脂）可以生产出抗冲击性更强的化合物。这类化合物被称为改性 PVC (PVC-M)。

通过添加增塑剂，还可以生产出性能多样的柔性或增塑 PVC 化合物。其他类型的 PVC 包括氯含量较高的 CPVC (PVC-C)（氯化 PVC）和取向 PVC (PVC-O)，后者是 PVC-U，其分子优先沿特定方向取向。

PVC-U（非塑料） 坚硬且刚性好，在 20°C 时最大拉伸应力约为 52 MPa，并且耐大多数化学品。PVC-U 通常可在高达 60°C 的温度下使用，但实际温度极限取决于应力和环境条件。

PVC-M（改性） 质地坚硬，韧性有所提升，尤其是在抗冲击方面。其弹性模量、屈服应力和极限拉伸强度通常低于 PVC-U。这些性能取决于所用改性剂的类型和用量。

增塑PVC 硬度较低。它具有较高的抗冲击强度；更容易挤出或成型。它的耐高温性较差；耐化学性较差，并且通常具有较低的极限拉伸强度。与PVC-U相比，塑料PVC中的化合物之间的差异更大。Vinidex不生产使用塑料PVC的压力管。

PVC-C（氯化PVC） 在大多数性能上与PVC-U相似，但耐高温性更高，最高可达95°C。20°C时的极限应力与PVC-U相似，80°C时的极限拉伸应力约为15MPa。

PVC-O（取向PVC） 有时也被称为HSPVC（高强度PVC）。PVC-O管道是PVC管道行业技术的重大进步。

PVC-O 的生产工艺使长链 PVC 分子沿圆周或环形方向优先取向。这显著提升了该方向的性能。除了其他优势外，PVC-O 的极限拉伸强度可达 PVC-U 的两倍。在压力管道等应力方向明确的应用中，PVC-O 可以显著提高强度并/或节省材料。

PVC-O 在环向的典型特性为：

• PVC-O拉伸强度 – 90 MPa
• PVC-O弹性模量 – 4000 MPa

通过分子取向来增强性能已广为人知，三十多年来已有一些工业实例。近年来，该技术已应用于薄膜、高强度垃圾袋、碳酸饮料瓶等消费品。

分子取向技术最早由约克郡帝国塑料公司于20世纪70年代在PVC管道上应用。事实上，英国约克郡水务局于1974年建造了第一家中试工厂，生产100毫米管道。Vinidex于1982年初在一家PVC-O管道中试工厂开始生产，并于1986年在澳大利亚首次安装了PVC-O管道。此后，Vinidex持续开发并扩大其商业化生产的PVC-O产品系列，并以Supermine为商标。

 

PVC-O、PVC-M和PVC-U标准比较

PVC-O 的成分与 PVC-U 相同，且其一般性能也相似。机械性能的主要区别在于取向方向。PVC-M 的成分因添加了抗冲改性剂而有所不同，并且根据所用改性剂的类型和用量，其性能与标准 PVC-U 有所不同。以下比较仅作一般性说明，旨在突出不同管级材料之间的典型差异。

拉伸强度  ——PVC-O 的拉伸强度是普通 PVC-U 的两倍。PVC-M 的拉伸强度略低于标准 PVC-U。

韧性  ——PVC-O 和 PVC-M 在所有实际条件下均表现出一致的柔韧性。在某些不利条件下，例如存在切口或缺陷的情况下，标准 PVC-U 可能会表现出脆性。

安全系数  ——设计用于压力应用的 PVC 管道需要预测其长期性能并应用安全系数。与所有工程设计一样，安全系数的大小表明了性能预测的可信度。新一代 PVC-M 和 PVC-O 材料对性能预测的可信度更高，其优势在于允许在设计中使用较低的安全系数。

设计应力  – PVC-O 和 PVC-M 管道的设计应力比标准 PVC-U 管道高，导致安全系数降低，而对于 PVC-O 管道而言，环路方向的强度更高。

弹性和蠕变  ——PVC-O 的弹性模量在一个方向上比传统 PVC-U 高出 24%，而在其他方向上的弹性模量与标准 PVC-U 相似。PVC-M 的弹性模量略低于标准 PVC-U。

抗冲击性能  ——PVC-O 的抗冲击性能至少比标准 PVC-U 高 2 至 5 倍。PVC-M 的抗冲击性能也比标准 PVC-U 更高。PVC-M 管道的抗冲击性能测试侧重于实现延性断裂特性。

耐候性  ——PVC-U、PVC-M 和 PVC-O 的耐候性没有显著差异。

连接  – PVC-U 和 PVC-M 管道可通过橡胶圈或溶剂型胶粘剂连接。PVC-O 管道仅适用于橡胶圈管道。PVC-O 管道无法通过溶剂型胶粘剂连接。

PVC的性质

下表列出了用于管道制造的 PVC 化合物的一般性能。除非另有说明，否则所给出的数值均基于使用 PVC K67 树脂的未改性标准配方。表中还列出了其他管道材料的一些比较值。热塑性塑料的性能会随温度发生显著变化，因此在必要时会说明其适用范围。

机械性能是应力持续时间的函数，并由蠕变函数正确定义。有关管道应用的更多详细信息，请参阅本手册的设计部分。对于超出规定条件的数据，建议用户联系我们的技术部门。

缩写

• PE：聚乙烯
• PP：聚丙烯
• PA：聚酰胺（尼龙）
• CI：铸铁
• AC：石棉水泥
• GRP：玻璃纤维增​​强管

单位换算

• 1MPa = 10bar = 9.81 kg/cm2  ⁼  145lbf/  ⁱⁿ²
• 1 焦耳 = 4.186 卡路里 = 0.948 x 10  ^-3  BTU = 0.737 ft.lbf
• 1 开尔文 = 1 摄氏度 = 1.8 华氏度温差

机械性能

与其他热塑性材料一样，PVC 的应力/应变响应取决于时间和温度。当对塑料材料施加恒定的固定载荷时，产生的应变行为非常复杂。材料会立即发生弹性响应，一旦载荷移除，就会完全恢复。此外，还会有一个较慢的变形过程，在施加载荷期间会一直持续，直到发生破裂。

这被称为蠕变。如果在失效前移除载荷，材料会随着时间的推移逐渐恢复到原始尺寸。蠕变和恢复的速度也会受到温度的影响。在较高温度下，蠕变速度往往会加快。由于这种响应，塑料被称为粘弹性材料。

应力回归线

蠕变的后果是，承受较高应力的管道比承受较低应力的管道在更短的时间内失效。对于压力管道应用而言，长寿命至关重要。因此，管道设计必须能够在壁面应力下运行，以确保更长的使用寿命。

为了确定其长期性能，需要对大量管状试样进行测试，直至其破裂。然后将所有这些单独的数据点绘制成图表，并进行回归分析。线性回归分析外推得出，在设计点处，预测的最终失效应力比实际值低 97.5%，而该设计点必须超过最低要求应力 (MRS)。

然后将安全系数应用于 MRS，以获得一系列压力等级的管道尺寸所用的管道材料的最大工作应力。

欧洲和澳大利亚采用的ISO设计点是50年或438,000小时。北美历来采用100,000小时的设计点。该设计点完全是任意的，不应被解释为PVC管道预期寿命的指标。

应力回归线传统上绘制在对数轴上，显示周向或环向应力与破裂时间的关系。

*对于 PVC-M 和 PVC-O，50 年规范点是 97.5% 的下限置信点，以确保达到最低安全系数。

蠕变模量

对于 PVC，必须在加载速率或持续时间和温度的背景下考虑模量或应力/应变关系。

一种通用方法是通过恒定应力下的应变-时间曲线来计算。在给定温度下，需要一系列不同应力水平下的曲线才能显示完整的图像。模量可以根据应力/应变/时间的任意组合来计算，通常称为蠕变模量。

例如，这种曲线在设计管道上的短期和长期横向载荷时很有用。

英国和澳大利亚的测试表明，PVC-O 的硬度更高，即在取向方向上，在同等条件下，其模量比标准 PVC-U 高出约 24%。其他研究则表明，轴向似乎没有显著变化。

高温

高温下的压力等级

PVC 的机械性能在 20°C 下列出。热塑性塑料的强度通常会随着温度升高而降低，延展性则会升高，因此设计应力应相应调整。

返回

“回弹”是指塑料制品由于“材料记忆”而发生的尺寸变化。塑料制品“记住”其原始形状，如果随后变形，则会在加热后恢复到原始形状。

事实上，回缩在所有温度下都会发生，但对于高质量的挤压，在温度低于 60°C 的普通管道和温度低于 50°C 的 PVC-O 管道中，回缩并不具有实际意义。

风化和太阳破坏

辐射能与自然因素共同作用，对塑料的“风化”或表面降解效应已得到充分研究和记录。太阳辐射会导致包括PVC在内的聚合物材料分子结构发生变化。

通常会在材料中添加抑制剂和反射剂，以将工艺限制在表面效果。在恶劣天气条件下，可能会出现光泽度下降和变色。这些工艺需要能量输入，如果材料受到保护（例如地下管道），则无法进行。从实际角度来看，散装材料不会受到影响，初始测试下的性能（例如拉伸强度和模量）也不会发生变化。

然而，在严重的局部应力条件下，例如外表面受到冲击，风化表面的微观扰动可能会导致材料断裂，从而导致测试中的冲击强度下降。

防止阳光伤害

Vinidex 生产的所有 PVC 管道均配备防护系统，确保在正常维护和安装期间免受有害影响。如果维护期超过一年，并且抗冲击性对特定安装至关重要，则可能建议采用额外的防护措施。

可以通过遮盖存放或用合适的材料（例如粗麻布）覆盖管道来实现。应避免聚热，并应保持通风。不应使用黑色塑料布。地上压力管道系统可采用白色或淡色PVA涂料进行保护。只需用清洁剂清洗去除油脂和污垢即可获得良好的附着力。

材料老化

PVC 的极限强度不会随时间推移而发生显著变化。其短期极限拉伸强度通常会略有增加。需要注意的是，应力回归线并不表示材料会随时间推移而变弱。例如，一根管道即使多年来一直处于恒定压力下，其短期极限爆破压力仍会与新管道相同。

然而，这种材料的形态会随着时间的推移而发生变化，例如基质中的“自由体积”减少，分子间的交联数量增加。这会导致其机械性能发生一些变化：

• 极限抗拉强度略有增加
• 屈服应力显著增加
• 高应变水平下模量增加

总体而言，这些变化看似有益。然而，由于应力集中处的局部屈服受到抑制，并且制品的应变能力降低，材料在高应力水平下的响应会发生变化。脆性断裂更容易发生，并且可能会观察到冲击强度的整体下降。

这些变化随时间呈指数级增长，在成型后立即迅速变化，之后则随时间推移而缓慢变化。只要制品仍在使用中，除非长期使用，否则很难测量。人工老化可以通过在 60°C 下加热 18 小时来实现。PVC-O 在取向过程中会经历这种老化，其性能类似于完全老化的材料，但最终强度会大幅提高。

耐磨性

塑料通常在磨蚀性条件下表现良好。其主要特性在于较低的弹性模量和摩擦系数。这使得材料具有“弹性”，颗粒倾向于滑动而不是磨损表面。

已知的低摩擦材料，例如特氟龙、尼龙和聚氨酯，性能优异。然而，经济性是一个主要因素，而PVC在磨损率/单位成本方面表现优异。影响磨损的因素复杂，难以将测试数据与实际情况关联起来。

西德达姆施塔特工业大学水力机械与水工结构研究所对几种管道产品的耐磨性进行了测试。混凝土管、釉面陶土管和PVC管中使用的磨料均为河砂，测试结果如下：

微生物效应

PVC 不会受到地下供水和污水系统中常见的微生物的侵袭。

微生物侵袭

PVC 不是食物来源，并且具有很强的抵抗白蚁和啮齿动物破坏的能力。

土壤硫化物的影响

地下PVC管道在含有机质土壤中常见的硫化物存在下，可能会出现灰色变色。这是由于其与加工过程中使用的稳定体系发生反应所致。这只是表面现象，不会对管道性能造成任何影响。