硬聚氯乙烯（PVC-U）管

作者： 啟邁管道編輯    發布日期： 2020.11.18

硬聚氯乙烯(PVC-U)管是國內外發展最早、產量最大、使用最為廣泛的塑料管材。自二十世紀40年代起由歐洲、美國、日本等地相繼開發、推廣。我國從20世紀60年代開始使用，廣泛應用于建筑和市政的排水和給水工程中。2005年，我國塑料管道用量約為240萬噸，其中PVC管道的應用量約為130萬噸。據調查，PVC-U 管中大約45% 用于各種排水領域，其中主要是建筑物排水管，30% 左右用于供水領域，15% 左右用于各種護套管。

一、硬聚氯乙烯管的主要特性與分類

1. PVC-U管的主要特性

（1）耐化學腐蝕好，不生銹；

（2）具有自熄性和阻燃性；

（3）耐老化性能好，可在-15℃～60℃之間使用30～50年；

（4）內壁光滑，內壁表面張力小，很難形成積垢，流體輸送能力比鑄鐵管高43.7％；

（5）比重輕，約為鐵管的1/5，施工安裝便利，安裝工作量僅為鋼管的1/2，故勞動強度低、工期短；

（6）電性能良好，體積電阻1～310¹⁵Ω·cm，擊穿電壓23～28kV/mm；

（7）管材韌性低，線膨脹系數不大，使用溫度范圍窄。

（8）PVC-U管剛性好，并可達到建筑材料難燃性能的要求，使用壽命長。接口方式可采用粘接或膠圈柔性接口連接，安裝較為簡便。

2. 分類

PVC-U管一般可分為壓力管和非壓力管。

壓力管主要用于城鄉供水管、建筑給水管和低壓農業灌溉管。

非壓力管主要用作建筑排水管和城鎮排水管和電線套管。

建筑排水管可區分為：實壁管、內螺旋實壁管、雙壁內螺旋管、芯層發泡管等。

城鎮排水管又可區分為：實壁管、雙壁波紋管、徑向加筋管等。

二、給水壓力管

1. 原料與配方

PVC-U壓力管的生產應采用專用的混配料。混配料應以PVC樹脂為主，其中加入必需的添加劑，所有添加劑應分散均勻。PVC樹脂應符合標準GB/T 5761-1993的要求，樹脂的K值應大于64，氯乙烯單體含量小于5mg/kg。

PVC-U飲用水管，因涉及到人生安全，衛生性能要求很高。所選用的PVC樹脂應為食品級樹脂，其中的氯乙烯單體（VCM）含量必須低于10^-6（≤1PPm）。同時，在生產管材過程中，由于 PVC的粘流溫度T_f（136℃）與分解溫度T_d（140℃）非常接近，需要加入熱穩定劑。熱穩定劑中性價比最好的是鉛鹽。但因重金屬鉛會在人體內造成累積，對健康潛存隱患。因此，國際上鉛鹽穩定劑的PVC-U給水管正在逐步退出飲用水管的市場。

2004年3月18日建設部發布的《關于發布〈建設部推廣應用和限制禁止使用技術〉的公告》（建設部第218 號），以及2006年8月1日開始執行的《給水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》GB/T 10002.1 新標準，提出PVC－U 供水管應禁止使用鉛鹽穩定劑。因此當前國內PVC-U飲用水管基本上采用有機錫穩定劑或鈣-鋅穩定劑生產。實現了飲用水管無鉛化，只要符合國標要求的管，人們可放心使用。

2. 生產工藝與設備

PVC-U給水管材擠出成型工藝如下：

進料 擠出 冷卻定型 牽引 噴碼 切割→成品

主要由擠出機將混配料加熱，塑化熔融后穩定地輸送到擠出機頭，由機頭成型出管坯，在牽引裝置作用下通過真空定型和冷卻裝置達到所要求的幾何形狀切斷（然后經在線擴口），堆放、收藏。

PVC-U管材生產的主要設備是包括擠出機、機頭、定徑冷卻套、冷卻槽、牽引機、噴碼機、切割機、擴口機、料架等組成。

3. 壓力管的性能指標

表1 PVC-U給水管物理機械性能指標

項目	技術指標
密度（kg/m3）	1350～1460
維卡軟化溫度℃	≥80
縱向回縮率％	≤5
二氯甲烷浸漬試驗（15℃，15min）	表面變化不劣于4N
落錘沖擊試驗（0℃）TIR（％）	≤5
液壓試驗	無破裂，無滲漏
連接密封試驗	無破裂，無滲漏
偏角試驗（僅適用于彈性密封圈連接）	無破裂，無滲漏
負壓試驗（僅適用于彈性密封圈連接）	無破裂，無滲漏
衛生性能	應符合GB/T 17219-1998 氯乙烯單體含量不大于1.0mg/kg

另外，連接用膠粘劑應符合《硬聚氯乙烯(PVC-U)塑料管道系統用溶劑型膠粘劑》QB/T 2568-2002；彈性密封圈應符合《橡膠密封件—給排水管及污水管道用接口密封圈—材料規范》HG/T 3091-2000的要求。

4. 管材壁厚的確定

在設計管材尺寸時,長期強度(最小要求強度MRS) 起著決定性作用。

根據《壓力用管材和管件的熱塑性塑料材料—分級和命名—總體使用(設計) 系數》ISO12162,設計應力σs 由公式（1）得到。

σ_s = MRS/C （1）

式中：σ_s—設計應力

　MRS —最小要求強度,單位MPa

　 C —總使用(設計) 系數

總體使用系數C按管材公稱外徑d_e分兩個檔次選擇，即d_e≤90mm，C選用2.5，設計應力σ_s為10MPa；d_e≥110mm，C選用2，設計應力σ_s為12.5MPa。

6. 設計與施工注意事項

（1）給水溫度不大于45℃，給水系統壓力不大于0.6MPa。

（2）不得用于室內消防給水系統，也不得用于與消防給水系統相連接的生活給水系統。

（3）公稱外徑d_n≤40mm時，宜采用公稱壓力為1.6MPa的管材；當公稱外徑d_n≥50mm時，宜采用公稱壓力不小于1.0MPa的管材。

（4）管道距熱源應有足夠的距離，不得因熱輻射而使管外壁溫度高于45℃。

（5）在建筑給水管道系統中可用作主立管，但在可能受到碰撞的場所，應采取有效的保護措施；不宜在室外明設，當因特殊情況需要在室外敷設時，應采取避免陽光直射的避光措施；在寒冷地區敷設時，應采取保溫和防凍措施；管道有結露可能時，應采取保護措施。

（6）城鄉供水管網中，在閥門、消火栓等處應做好固定處理，管道轉彎時應設支墩。

三、排水非壓力管

（一）PVC-U建筑排水管

1. 原料與配方

（1）PVC-U實壁管

生產管材的原料為硬聚氯乙烯混配料。混配料應以PVC樹脂為主，加入必需的添加劑，添加劑應分散均勻。管材的混配料中，PVC樹脂質量百分含量不宜低于80％，允許使用本廠產生的清潔回用料。

（2）PVC-U芯層發泡管

PVC-U芯層發泡管的配方組成如下：PVC樹脂、熱穩定劑、潤滑劑、發泡劑、改性劑、成核劑、其他助劑等。制造管材所用的混配料中應以聚氯乙烯樹脂為主，其含量（質量分數）不少于60％。使用碳酸鈣作填充料時，聚氯乙烯樹脂加碳酸鈣的含量（質量分數）不少于85％。

（3）PVC-U內螺旋管

原料及配方與PVC-U實壁管相同。

2、生產工藝與設備

（1）PVC-U實壁管

PVC-U實壁管的生產工藝及設備與PVC-U給水管相同。

（2）PVC-U芯層發泡管

PVC芯層發泡管配方設計分為表層和芯層兩種不同的配方。表層料配方與普通PVC-U實壁管相同。一般要求PVC樹脂的平均聚合度在1000左右；芯層料要求流動性好，發泡倍率高，一般選用平均聚合度為700～800的PVC樹脂，加入適量的發泡劑，在一定溫度下使熔體發泡形成空隙。

PVC-U芯層發泡管生產工藝流程與普通PVC-U實壁管大致相似，不同之處在于之處在于皮層料與芯層料的配方、混和工藝不同。兩種材料混配好之后分別進入各自的擠出機內熔融、塑化、計量，在一定的壓力下同時進入流量分配器（喂料塊）流經復合機頭，在管坯成型部分形成三層結構的管坯擠出，然后在出離口模后自然發泡，并進入真空定型水箱，然后進行牽引、噴碼、切割、擴口等。

（3）PVC-U內螺旋管

PVC-U內螺旋管的配方、生產加工工藝與PVC-U排水管無明顯差別，不同之處在管機頭結構，采用專用機頭。它的成型的關鍵是在其內壁上的螺旋凸筋的成型。其成型方法是：在管材成型機頭的芯棒上開設若干條（一般為6～8條）斷面形狀為三角形的直槽，隨著管坯的不斷擠出，芯棒以一定的轉速連續轉動，這樣從三角形的直槽中擠出的熔融物料經不斷地旋轉，就在管材的內壁上形成了斷面為三角形的連續不斷凸起的螺旋凸筋。其冷卻定型裝置應采用真空冷卻外徑定型裝置。

3. 性能指標

PVC-U建筑排水用實壁管應符合GB/T 5836.1-2006的要求；

芯層發泡管應符合GB/T 16800-2001的要求；

PVC-U內螺旋管應符合CECS 94-2002的要求。

5. 設計與施工注意事項

（1）PVC-U建筑排水線膨脹系數較大，須設置伸縮補償裝置來解決；

( 2) 耐熱性能低 ( 適用于連續排放溫度不超過40℃, 瞬時排放溫度不超過80℃的生活污水) 。因此, 設計使用中應遠離熱源。低溫環境下PVC-U 排水管抗沖擊強度降低。

( 3) 韌性低，抗機械沖擊性差,需精心施工來解決。

( 4) 阻燃性不足, 屬自熄性材料，在穿越樓板、上人屋面的屋面板、防火墻、管道井井壁處需設置阻火圈和防火套管來解決。

（5）排水時噪音大，排水立管應離臥室布置。

（6）粘接連接時，應通風并防火。

（二）城鎮排水管

1. 原料與配方

（1）PVC-U排水用實壁管。以PVC樹脂為主要原料，加入必要的添加劑，其中的聚氯乙烯樹脂含量（質量含量）不少于80％。

（2） PVC-U雙壁波紋管。以PVC樹脂為主，其含量一般在80％以上，當使用符合條件的碳酸鈣作填料時，PVC樹脂含量應在75％以上，其余為穩定劑、潤滑劑、加工助劑、填料及其他助劑。

（3）PVC-U徑向加筋管。以PVC樹脂為主要原料，可加入為提高管材加工性能和物理力學性能所必需的添加劑，允許使用本廠的清潔回用料。

2. 生產工藝與設備

（1）PVC-U排水實壁管

生產工藝及設備與普通PVC-U排水管基本相同。

（2）PVC-U雙壁波紋管。它的生產工藝流程如下：

配料 高速捏合 過篩 雙螺桿（或單螺桿）擠出機

機頭整形 雙壁波紋管機頭模具 波紋成型

（打孔）定長切割 擴管 成品（大口徑）

（3）PVC-U徑向加筋管。它的生產工藝及設備基本與PVC-U雙壁波紋管基本相同。

3. 性能指標

埋地PVC-U管應符合GB/T 20221-2006物理機械性能指標；

PVC-U雙壁波紋管應符合GB/T 18477-2001物理機械性能指標；

PVC-U徑向加筋管應符合QB/T 2782-2006物理機械性能指標。

4. 適用范圍、規格尺寸與連接方式

（1）PVC-U排水實壁管。連接方式有彈性密封圈連接（適用于管材外徑110mm～1000mm）和粘接式連接（110mm～200mm），主要用于無壓埋地排污、排水管道系統，在考慮了材料的耐化學性和耐熱性條件下，也可用于工業用無壓埋地排污管道系統。管材尺寸應符合GB/T20221的要求。

（2）PVC-U雙壁波紋管。一般采用橡膠密封圈連接。它可應用于城鎮排水、埋地無壓農田灌溉和建筑物外排水。在考慮到材料的耐化學性和耐熱性后亦可用于工業排污。管材尺寸應符合GB/T18477的要求。

（3）PVC-U加筋管。適用于市城鎮排水工程，公共建筑室外、住宅小區的埋地排污、排水、排氣用管材，通訊線纜穿線管材。它也可用于系統工作壓力不大于0.2MPa、公稱尺寸不大于300mm的低壓輸水灌溉。管材的連接使用彈性密封圈連接方式。管材尺寸應符合QB/T2782的要求。

5. 設計施工注意點

（1）應根據工程地質條件，管道埋設深度，地面活動荷載的狀況以及回填土的性狀等，合理確定選用管材的環剛度。

（2）施工中，合理選用管道腋角部位和管兩側的回填材料的種類，并按《規程》夯實，達到相應密實度的要求。只有這樣，才能滿足柔性管道材料在埋設狀態下的管土共同承擔外荷載的工作原理。否則會造成管材變形量過大，出現坍塌的現象。