《美国塑料管道学会 塑料管道手册》

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1、美国塑料管道学会 塑料管道手册郑茂鼎 夏德楷译第一章 管道用的塑料 聚氯乙烯 聚乙烯 丙烯晴-丁二烯苯乙烯 苯乙烯橡胶 聚丁烯 聚丙烯 醋酸丁酸纤维素 热固性塑料 标志代导 小结第二章 挤压 模塑第三章热运动 线性热膨胀系数 地下管道 地上管道耐化学性 化学品 塑料的类型 接触的时间第一部分 管道用的塑料 加工工艺设计参数 安装第一章 管道用的塑料不同的塑料其特性差别很大，他们的特性范围同金属领域中所遇到的不相上下。这个范围包括与金属不同类别的性能以及取决于所考虑的特殊性质。塑料不仅因化学类别不同，其性能变化很大，而且在同一化学类别中差别也不小。因此对于一种塑料在某种特定应用中的成功或失比并不

2、能说明其它塑料(即使是同一类型的)在这个应用中的运行情况当然没有人指望用于制作淋浴帘子和垫片的聚氯乙烯塑料用来做压力管道会得到令人满意的结果。淋浴帘子和垫片材料是一种类似橡胶的软性材料而管子材料则是坚硬和刚性的。由于各种塑料的性能差别很大，而且有大量成功应用的实例，即使一篇扼要叙述整个塑料领域的文章将会很长。因此本文的论述将主要限于管道应用力面有关的特种塑料及其性质。但是，必须着重指出，用于特定场合的管道必须选择合适的塑料品种和配方。许多塑料管道在使用中失败的原因可以追溯到由于选错品种和(或)配方、处理错误或不适当的工程施工而引起的。塑料技术用语可按A5TM D 883标准“有关塑料术语的定义

3、”和ASTM F 412标难“有关塑料管道系统术语的定义”采用的缩写可按ASTM D1600标准“有关塑料术语的缩写”的规定。应加以说明的是在塑料工业中， “树脂”和“聚合物”二者可通用。复合物是指树脂加上添加剂，诸如稳定剂、润滑剂、加工改良剂、填料等的混合物。术语： “聚合物”或“聚合学”，对熟悉这些材料基本理论知识的人是经常使用的。一般说来，各种聚合物是由高分子量的分子所组成的，并且作为这个领域内的听有材料，虽然它们在分子数量上有很大差异，但都表现出能遵循同样的物理化学定律。按工艺和工程方面分类，聚合物可以分成各种材料类别：即塑料、橡胶、纺织品、纸、木材、皮革、粘合剂、涂料、沥青材料、浆糊

4、和糊精、纤维素、酪素等。在动物体内和植物组织内的大多数物质也是聚合物。“聚合物”和“聚合的”单词如与“塑料”连在一起使用时，指的是用一般术语描述它们性质的基本物理化学原理。在这些论据中，“塑料”这个词被定义为“一种材料其主要成分为高分子量的有机物质，最终状态为固态，并且在制造成加工成员终产品的某些阶段，能够流动成形”。这个定义对于不熟悉化学、整合学或有关工艺学的人们是不够的。因此有必要按照它的性能进行初步讨论。最初对这些材料选用“塑料”一词是由于这些材料在常温或接近常温时呈塑性状态(一个非常陈旧的观念)，而多数材料是在某些温度下呈塑性状态。对于钢、混凝土、玻璃等多种材料，在室温或接近常温时应力

5、应变的性质基本上与时间无关，但当温度升高后，它们与时间就有关了(那是处于塑性状忠下)。所以若一根钢棒的抗拉强度是在室温下测量，以在5分钟或5周(50400分钟)内使钢棒断裂的速率施加裁荷，则所测得的抗拉强度基本一致。但是，对于每根钢棒在较高的温度下测试，则在较长的负荷时间下将得到较低的抗拉强度。这后者的条件，称为塑性状态即应力应变或负荷变形的性质与时间有关。塑料在常温或接近常温下，局部处在塑性状态，此局部塑性状态的范围，视类型、成分、温度和应力或负荷而定。所以，一种聚氯乙烯管子的成分，在60至70秒内，它在水压(圆周)应力7500磅英寸2下破坏，1000小时内，在5600磅英寸2圆周应力下破坏

6、，在100000小时(1143年)内，为4500磅英寸2，在50年内，为4100磅英寸；在88000000年内，为2000磅英寸2。这些长期强度，是从规定的复合物的试验数据所推导的最小均方重对数回归方程统计预测的。在塑性状态下，塑料和其它材料的成功运用，需要进行正规的工程设计。在选用材料时，必须把与时间有关的因素考虑进去。塑料的另一个重要方面就是温度与压力的结合，在此情况下，物料将流动，因此可以模塑成各种形状，如管件，也可挤压成各种型材，如管子。在这方面，人们把塑料分成两类，通常称为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料就是能够在温度升高时变软，温度降低时变硬，可反复进行这样的过程。热固性塑料则相

7、反，在模塑和成型的过程中进行团化，并且由于化学反应的结果(由于加热或添加化学品，或者两者兼有)而引起成为坚固难熔和不溶于有机溶液的物体。用热塑性塑料制成的产品，可以将它粉碎成颗粒状重新进行模塑；而热固性塑料，当固化后，就不能再次模塑成形。虽然大多数塑料能轻微吸水，水是不会产生腐蚀或其它危害。所吸收的水量和产生的影响随塑料品种和配方而各异。在多数情况下，吸收少量的水是有益的，通常可以产生较高的抗冲击性能和较大的韧性。对于中性盐溶液例如氯化钠，其影响与单纯是水的情况相同。多数(但不是全部)塑料不受酸性或碱性的盐类的影响。对于有机溶剂的作用，随塑料品种和成分的不同变化很大，例如，多数酸类和酮类对聚氯

8、乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)管子成分无影响，但大多数配类和酮类可以溶解醋酸丁酸纤维素(CAB)。塑料除了有高度的耐化学性能外，当与多种金属管道材料接触时能免受腐蚀。塑料的密度比其它管道材料要低得多，制成的塑料管子便于运输和铺设。某些塑料和其它管道材料的密度列在表1中。虽然有的塑料比其它塑料更柔软些，例如聚乙烯与I型聚氯乙烯相比；但当塑料与混凝土、粘土或铸铁相比较，则塑料都比较柔软。这种柔性有利于装卸、安装以及设计地下装置。多数塑料具有高抗冲击性能，这同它们固有的柔性结合在一起从而产生了一种高韧性。塑料管子的光滑表面，使流动时产生较小的摩擦系数，并可防止内部沉积物的生成。它们的低热传导性能，使

9、热损失(或得到热量)很少；这样在油料输送过程中要比采用其它具有高导热系数材料制成的管子使物料的温度保持得更为均匀。输送热液体的塑料管道，除非有良好的保温，其外表面温度很少会接近液体的温度。塑料的热膨胀系数比许多其它材料为高，它是金属的6至10倍。因此在设计使用温度变化较大的管道队必须考虑这个因素。但由于塑料比较柔软，弹性模数低，故单纯温度的作用并不像预期那么大。一些普通管材的热膨胀系数列在表2中。在大多数塑料中所用的基本聚合物或树脂不会直接受细菌和毒菌的侵蚀，因为塑料不能作为这些生物体的食物。好多年前，某些复合物的组成部分遭受这些生物的侵蚀，而塑料工业使材料有了很大的改变，这些材料不能作为生物

10、的食物。用于塑料管道的配方，一般不会遭受细菌和霉菌的侵蚀。少数可被这些生物侵蚀的塑料成分，若在配方中混以杀菌剂是很容易做到免受生物之害的。需要注意的是：当生物体能得到足够的营养，理想的生长条件，并且新陈代谢的产物是控制在位它们不会毒害生物体(在个别情况下、在个别特殊情况下和没定的情况下)，那么由细菌和霉菌所引起酌新陈代谢的产物可积聚到一定的数量，它们将会损害玻璃、金属、陶瓷制品和各种有机材料。这些新陈代谢的产物因生物体不同而各异，它可以有酸、碱、酯、酮、乙醇等介质。当前用在管道方面的主要热塑性塑料按使用量排列，顺序如下： 1聚氯乙烯 PVC 2聚乙烯 PE s丙烯晴丁二烯苯乙烯共聚物 4苯乙烯

11、橡胶塑料 SR 5聚丁烯PB 6聚丙烯 PP用许多其它的热塑性塑料制作的特殊用途的管子需要特殊订货。但上表所列的这些塑料大约占生产塑料管、管件总量的98，而前四种约占总量的95标准性质表参见表3聚氯乙烯聚氯乙烯(pvc)是一种热塑性塑料，它含有聚氯乙烯树脂与稳定剂、润滑剂、颜料、填充剂、加工改良剂和增塑剂混合制成。但并非所有复合物均含有这些成分，并且不同复合物的各种成分的比例也不一致。每种复合物具有特定的性质，供某类用途或某一专门用途使用。不过，复合物的主要成分是聚氯乙烯树脂，它使这些塑料拥有其基本特性。聚氯乙烯树脂本身是一种硬的、坚固的脆性材料，难以模压或挤压成型。高强度的聚氯乙烯复合物，它

12、的短期强度和长期强度取决于不含增塑剂和最小的渗合成分。这些复合物有时被称为硬聚氯乙烯，但在管道行业中被称为I型聚氯乙烯(北美)或无增塑剂聚氯乙烯(uPvc，欧洲)。在I望聚氯乙烯复合物中添加其它树脂或改性剂(如ABS、CPE或丙烯酸树脂)，形成一种具有改善抗冲击性能和较低的抗化学性能复合物。这种性能改变的大小，不仅取决于加到复合物中改性剂的量，而且也取决于所用改性剂的性质。这类改进冲击性能的材料被称为I型聚氯乙烯(北美)或橡胶改性聚氯乙烯(欧洲)。另有第三种聚氯乙烯管材，它实质上是氯化聚氯乙轨被称为NPVC或CPVC(氯化聚氯乙烯)。这种材料因具有较高的热变形温度，有时被称为高温聚氯乙烯。I型

13、聚氯乙烯塑料系坚硬材科，对于73。F的水，其水压设计应力为2000磅英寸2，并且能耐多种化学品。I型材料可使用到温度140。F，而实际温度的极限应按流体和压力的要求而定。第二类， z型，系渴合而成，所以易于挤压或程压成型，它具有高的抗冲击强度，但稍软些，耐化学性尔差，对于蹦。5的尔，损循不同复合构的配方，通常水压设月应力相应较低，分别为I 000、1撼0，160 0或2000涝英lr2；它的耐热性能耍比I型和W型低得多。在型产品中，不同复合物的变化情况要比I型大。例如t型聚氯乙烯管材在耐化学性能和长期水压强度方面接近于I型复合物；另一种t型复合物，则相对地耐化学性能差，并且长期水压强度只有该类

14、型中强度高的品种的50。 氯化聚氯乙烯的大多数性能类似I型聚氯乙烯，但它还具有抗高温的性能，可以用列210。I的温度。在73。F时的水压设计应力为20 oo磅英寸，在180。F时为500磅英寸聚乙烯 q；沦是软的还是便的聚乙烯塑料制品都有极好的耐化学性能。由于它们的耐化学性能太好，所以不能采用溶剂牢固地胶接，而且其表面如不经特殊处理，连粕合剂也涂不上。皆材可采用热熔法、插入或压入管件法进行连接。管材中掺入其它组分的数量很少，一般添加2的发黑。炭黑能增加稳定性，抗老化，对于需要暴露在紫外线辐射能如太阳下更为有益。 当考虑美国和欧洲材料时，聚乙烯的标志有时会发生混用。这是由于欧洲将聚乙烯分为二种类

15、型，低密度和高密度聚乙烯，而美国实际犄它分为三种类型，低、中、高密度(j酉常相应地称为I、I、l型)聚乙烯而造成的。最近高密皮的类型又被分为I型和w型。这种分类法是单一按树脂的固有密度来划分的。 I型或低密度材料比较软，有柔性(不坚硬)仅适用于较低的圆周应力，对于73。女的水，其应力为40 o磅英寸。它主男用于内应力小的小尺1f敞口端管道和低压头(基本上为敞口端)灌沥用管道。这些材料耐化学性好，但耐热性较差。 R型或中密度复合凯其柔性比较小些(稍微坚硬些)，稍硬一些，比I型材料有较高的耐热性。其抗环境破坏应力较好，耐化学性能与I型材料差不多。E型材料在短时性能方面被考虑作为一类，但在长期水压设

16、计应力的基础上被分成两类；即对于73。y的水为500和630磅英寸。这是一个基本实例，在短时(一般小于10分钟)测得的强度性能，不能用以预测长期强度，例如，这些长期强度应在超过1000小时或更长的试验期间所测得。 E型或高密度复合物，比较坚硬，在聚乙烯塑料族中具有最大的耐热性和抗化学性能。它们的水压设计应力，对于73。F的水，是630磅英寸。 丙烯脂T二烯笨乙烯 丙烯腊丁二烯苯乙烯(ABS)塑料是由苯乙烯丙烯睛(SAN)共聚物同由SAN和聚丁二烯反应生成的共聚物化合而成或在某些工艺过程个由丙烯肪、丁二烯和苯乙烯一起反应所生成的共聚物。以聚丁二烯为基础的共聚物具有韧性和抗冲击性能，而5AN共聚物

17、，则具有刚性、硬度和抗拉强度。所以ABs塑料是种窜切性和抗冲击的塑料，易十模压和挤压n AB59g料与I型聚氯乙烯材料类似，作为管道材料它的适用范围很广，质地较坚硬，易于模压和挤压成形，并且在室温和低温下具有很高的拎击强度。水压设计应力，对于73。F的水，为800、1000、1250和1600磅英寸。这些管材，在没有压力的情况下，可在180。y的温度下使用。 ABs管树和所讨论的下一族苯乙烯橡胶塑料(sR) 之间有某些混淆，因为事实上，某些阳材料与AB5材料具有同样的化学成分，只不过含量不向而已。塑料管子工业按下述定义来区分这些管子的塑辑并弄清楚它们之间的不同点。 苯乙烯橡胶(6R)管子和管件

18、的塑料塑料中苯乙烯含量至少为50，同含量最小为5的橡胶化合在一起，另有配合料如防老剂、润滑剂，并且可把含量高达15的丙烯脯与苯乙烯塑料和(或)橡胶化合。橡胶应采用聚丁二烯和(或)丁二烯苯乙烯(苯乙烯最大含量为25)类和(或)丁脂橡胶类。混和的苯乙烯塑料和橡胶，其含量不应小于90，可不加填充剂。 丙烯腊丁二烯苯乙烯(ABs)管子和管件的塑料台聚合物和(或)聚合物的掺合物或两者兼有之，其中丁二烯最小含量为晰，丙炳脂最小含量为15，苯乙烯和(或)苯乙烯的代用品或两者的最小含量为15，所有其它各种单体的最大含量不超过5，另外还有润滑剂，稳定剂和着色剂。 改性ABs管子和管件的塑料ABS聚合物的含量大干

19、50，其它聚合物的含量大于5以及润滑剂、稳定剂和着色剂。 苯乙烯摄破 苯乙烯橡胶(双)塑料是由苯乙烯聚合物同橡胶和其它配合料温和而成。该塑料的成分和性质变化很大，但一旦按选用要求正确配合后，可以满足使用需要。 苯乙烯橡胶塑料主要用于安装在地下的无压设施，例如：下水管、低压灌溉管、电气导管等。该塑料较为坚使，抗仲击性能和耐热性能部比AB5塑料管材低。因为它们只能作为无压力皆路的材料，所以；F必用木爪没计应力。 聚 了 绣 聚刁烯(PB)性能与聚乙烯E Zg塑料相似，但它的强度性能与其它大多数热理性烈料管道的料相比，与时间因素的关系统少。对73。j、94J水，理j烁水压没计应力为1000磅英寸，在

20、180。Ir时，为500磅英1J。 聚雨烯塑料(PI)亦与聚乙烯E型塑料类似，但该塑料较为坚硬，并可在梢南的温度下使用。因为它具有显著的耐化学性能，所以主要用以输送油类、石油和各种化学品。三种作为压力臂道材料的水压设计应力，对于73。17的水，分别为500、800和1000磅英寸。 酷酸T酸纤维窃 醋酸丁酸纤维素(CAB)塑料管道材料观有两种类四；S级，较软，主要用在低压(小于1磅英寸)，如作为旧的钢和铁的气体分配管线重斯衬里和其它特殊用途。MH级，饺为坚硬，比S级具有较高的强度。对于73。y的水，HH没的水压设计应力为800磅英寸，S级则为40 o毖j英寸。 热团性塑料 制作管子和管仍：的热

21、因性照料，通常采用某些材料如石棉、棉花或玻璃纤维予以增强。 主要的热团性迎料管道材料为聚酯、破璃纤维增强环筑塑什印文联聚乙烯。交联聚乙烯至少含有40的炭黑。虽然产品数量没订进行统计，但热冈性塑料普子助生产总量要H；热塑性塑料伶1：少带多。 用热闹性迎料制成的瞥丫比热塑性超料管具有较高的水肤舶洛，并列以用在较高的温度。其性质差别很大，取决于达伞树脂和构料的类型、种类b数量以及增强的方向。 标志代号 塑料管子材料常用字缎数宁代号作为标志。这些代号对1：具行额定压力的树料和管广特别重要。虽然这些细节巴在A52灯有关标准中介绍F，但为了方便起见，在此再举几例d 对用刁：元压状态，根据短时试验来分类，标

22、准管于材料包括： ABS1788) 取 P23 (ASTH D 1248) FVC 12454(以前称为I型I级)(ASTI D1784) PE材料标准是经常进行修订，并且新的入3TM标准1)3350聚乙烯塑料管子和皆仍：材料，如同上面说明的另外两个标准的做法一样，采用一组系统分类法来确定材料。对于闭系统(I)1248)和新系统(D 3350)的对照尚未完成。 在所有的情况下，用字母表示聚合趴数字确定产品的短问性能。当在压力情况下使用，长期性能也十分雹要。 入B51210表示ABS 522具有1000磅英寸“RItI)So PE 2206表示P正E型P23级具有630磅英寸R1i1)S IJY

23、C 1120表示PVC U454具有2000磅英寸11HD9 总之，管道用的塑料，不同品种的性质与各种金属之间的性质一样，变化很大。因此，每种理料均应作为一种与其它塑料可区分的材料来考虑。并且在设计管道系统细节时，应对每一种塑料的优缺点分别给以评价。 表1 几种普扬管路材料的密度热 塑 性 塑 料 2）这些数值与管子直径无关第二章 加工工艺 挤 压 制造塑料管是把熔融的物料连续地压送通过一个环形摸具而成的，这过程称为挤压，它在很多工业中被普遍应用；例如香肠、庭园用软管、尼龙丝和某些早餐用的点心均采用挤压法生产。 类似挤压机的简单物件是一管牙资。当挤(加压)牙膏时，粕性物料从开口(模具)处压出，

24、只要改变开口的结构，就可以得到许多不同的形状。在按压塑料管的生产中，特物调库续加到挤压机中，在加热和加压下，物料被熔化并加压通过一个管子模具，热的塑料管从该处拉出，经过调整尺寸和冷却过程，形成一根连续的管子以备打印标记、切割或盘绕。 用于挤压的塑料原科通常呈颇粗状或粉末抵有些原科具有吸水性，需在挤压前予以干燥。许多管子工厂荣有真空或压力自动输送系统，可将原料从中心准料场送至于燥器，再进入挤压机的料斗。 挤压机有很多类型和规格，典型的挤压机如图2所示，图2为结构简图。一台挤压机的生产串是由简体或螺杆的直径和(或)有效长度来描述和标定的。 典型的管子挤压机规格范围，简体直径自2十英寸到6英寸，有效

25、螺扦长度为简体直径的20至34倍。例如：一台灾径力4 ： 英寸的挤压机 有效隙仟长度为直径的20济，RTJ螺杆长度为90英寸。挤压机的总长包括驱动机和卤枪桔冉内可达10至属英尺。简体直径一“般安沃1好1、9降R揩出构料时的生产oo蹦，玉6英寸豹设备，每小时能生产12)o瞎 照汗长度县按所济原料的品种来选择的。当前丁业发展品碎，对所有原料均采用较人的和较氏的访压讥，达不但叮以掇向生产军，而且泡可改进质旨。 挤压机的螺杆，针对传种挤压料设计成为一种特定的外形，它在加热的筒体内将物料进行机械地捏塑。照杆应设计得能够均匀混合和熔化物料，并且通常在300至60 o。y之间以均匀的速率犄匀质的熔料送至模具

26、。一种典型的螺杆外形贝图3。螺杆相挤压机两者被用杰无数的没计内。具有食根螺杆、真空料斗、放气、压力给料器和染料混合器作为整体部件的设备已报普遍。 模具是管子生产过程的关锤部件，必须设计得正确，使物料里流线型流，这样就不会使塑料搁置起来而发生衰变的死角区。典型模具的断面见图4。模4内的缺口、划痕或擦97均可损坏整根管子；因此任何曾子生产J必须对模具精心维护。 模具只寸通常要比所需生产管子的尺寸做得稍大些，以允许管于在调控尺小和冷却过程中报纫扣收缩。 庄管子生产中，调整尺寸是一个效力关键的操作。超道这“：序，成品管于的团度、壁厚和般外观部已成定局。管子调整尺寸中所采用的技术和先进工艺，对戎品质量有

27、一定的影响。调整尺寸可采用真空、加压或轴胎三种基本方法中的种来充成。 当采用真空法调英尺寸时，整个调整尺寸系统是密阑的，利用真空把管于叹在调整尺寸套简上。在压力调整尺寸中，热塑料管内的空气压力向外压，使管于贴在调整尺寸的套筒上。在轴胎调控尺寸法中，热塑料管子被连续拉出，通过并收缩在一个冷的、外径合适的钢管L。在调整尺寸操作过程中或紧随调整尺寸过程之后，管子通常用水冷却。 捡出器或牵引器在恒速下拉动管子通过调整尺寸和冷却：U宁，这是一台十分关键的L2备，必须具有极好的速度控制。任挤压机甥杆速度给定的情况下，管子牵引速率直接影响成品管子酌壁厚，牵引速度加快，管壁减薄，反之，则皆壁增回。 所有符合A

28、S了双和C5入规范的管于，格、原料品种和生产日期等必须可以鉴别。数第二道工序，将标记连续打印在管子上。本，研制了多种特殊的油墨和打印方法。有关创造广、规在加工过程的因为了实现这些要 塑料曾子有两人类：硬管和软管。硬傍，如聚氯乙烯或AB5篮子，可采用自动锯切割成段。软膏，如聚乙烯斧子，可盘在卷筒上，像庭园用软管。根据管子的大小，最普通的软管长度般在10 o英尺至川oo英尺之间。 盎管般可按原件发运，也可采用纸或曲膜缠绕后发迄。由于使用需要，盘管可置于卷简上发远。为了纳笛子以闭加的保护以及使I：装卸的特点，宜管在启远前通常用饭条 横 塑 与理斜管子配套使用的塑料管件一般均采用注射程塑制成。这同挤压

29、一样，可采用颗粒状、片状或粉末状的热塑性原料。原料在注射机(图5)内进行转化，在该设备内，热塑性塑料被加热并变为塑性状态，舷后在压力下被压送至一个封闭的金域模于中塑料在棋子中固化形成精确的形状 注射模塑机有两个主要系统：注射系统和合模系统。合摸系统沿水平方向操作，采用一种宜式液压缸或一种液压驱动曲柄杠杆系统提供动力。当进行注射时，该液压缸或曲柄杠杆系统操纵半个动模，使西半模子合在一起并提供所需的央紧力。用于塑料管件生产的合模系统，其夹紧力的范围，从生产小型管件的50吨至生产大型管件(8英寸或更大尺寸范围)夹紧力为1200吨或更大。 设备的注射系统可以是宜校塞型(固6)，把塑料加到宜孔简体中，筒

30、体外部采用电热图加热。当塑料加热到呈半流体状态(温度变化范围在250。万至650。F之间)后，通过科嘴将它压送到闭合的并由夹紧端锁住的模子中。 目前已广泛采用一种往复螺杆式新型设备(图7)。该设备有一根农简体内操作的可旋转的螺杆。如同挤压机一样，冷塑料由螺杆驱动端加入，当炽秆转动时，媒杆的骡齿特塑料压送前进。熔化塑料的热能由安装在简体外部的电热因和螺杆转动所产生的机械能提供。物科沿螺杆前进并在杆端部离开，压力是由螺杆端部的物料所产生的，因此后进入的物料被控至掩体的局部在钢模闭合并由机器的夹紧端锁紧后，螺杆起到校塞的作用，将熔融的物料压递至模于中，在棋子命冷却成形。往复螺秆式注射机比较老的住塞注

31、射机所加工的制品质量好，尺寸更准确。 生产塑料管件需用成形钢模。生产线上的每项制品均需要模了。模子可以只有一个次位，每注射次，只生严一个元件；也可以有几个穴位，每注射次可牛产几个元件。 至于选用穴位的数量，既要考虑元件的几何形状，它能限制穴位的数量和所需的加速度，又要考虑模于制造费用。加工形状的复杂性、从模子中取出型芯的要求动作以及每次注射要求的元件数量部会影响模于的造价。制作模子需要技术熟练的模子制造专家，他了解模塑工艺的要求，能考虑在经济的、使用寿命长的基础k完成生产元件所需的复杂的机械设计。模于价格可以从一个二、三千元简单的单穴模6p贵到l万元的复隶元件的模子或多穴的模子。 塑料管件可以

32、制成带内外螺纹、惟有符合公差要求的承插结构或其它复杂形状。但棋子设计经常考虑制造者方面的兼顾要求，取消了莱些需要的形状特点以降低控子的价格，而采用二次机加工的方法来增添从模子中省去的那些部分。内螺纹就是一个例子，它有时是在模塑后进行第二步车削而成的。第三章 设计参数热 运 动 由于照度变化引起管道系统膨胀和收缩，不仅期料有这种现象，所有其它材料由于温度变化其尺寸都会改变，改变的量取决于材料的性质(线膨胀系数)和沼度变化的大小。对于预计温度变化大的长的钢制管道中(如蒸汽管道)安装常用的9形膨胀爷，这是众所周知的。 实际上塑料的热膨胀系数要比金属大得多，对于该性质巴引起了人们的关注。但是根据实验测

33、试和生产经验证明，这个问题并不像所提出的热膨胀系数那么严重。由于其它性质的相互作用，如弹性模数、应力松弛和热传导效应，降低了膨胀问题的重要性。由于弹性模数的不同，在温度变化相同的情况下，理料管所产生的应力通常要比金届管子小得多。 这些热膨胀棚收缩的各方面的问题，将与由于尺寸变化而设只补偿的方法一起在下面详纲讨论。 线性热膨胀系数 一般用于制作篮子的一些材料的热膨舶系数列在表2二技术。柔性与刚性也是相对的，它足同管了的宜择、唾厚、材料的抗弯模数和管子温度有义。在本章巾所述及的柔件管，它可以容易地进行盘统和冲直并月通常成卷或成筒地供货；至于刚性管通常以宣管形式供货。虽然在某些情况下，迂回管是实用的

34、，恫对于刚性管道船部需要用愿形膨胀节或其它设订去处理热位移问题。 在地厂设施个，鉴于温度变化一般不大剧烈，所以膨胀和收缩问题较易解决。这是因为管道不受太阳直接照射而被加热，并且泥土的绝热性阻止了温度的迅速变化。被输送介质的温度经常可起稳定管道温度的作用；此外上策覆盖层一般对管道系统也增加了约束作用。 在沟憎巾，采用迂回法安装易于适废柔性管的：皮纳。一个近似正弦波的图形，离中心线的位移值和频率(周氏)如表4所示，将提供最大限度的位置。在回填土之前，地下装置应加热到操作温度。 苦能预汁到暂子的膨胀情况，管子可直线安装，再加热列操作温度，密线增长部份用迂回法来吸收。然后管沟可在正常状态厂进行回境。

35、采用溶剂粘合接头或其它刚性接头公称尺寸最大到3英寸的刚性密子，可与柔性曾一摊用辽回法处理，所用的接头耍充分的固化。幅度(偏移值)和频率(周长)列在表4中。对于长度小于30英尺的常道，用90改变方向的办法，可容易地吸1次可能发生的任何膨胀或收缩。 对于较大尺寸的资天在多数情况下采用迂回安装是不实用的或不可能的。当不能采用迂回安装时，则管道除了让一端自由外，其它应全部安装见然后升温到操作温度以上15。置范围内，制作最后一个接头。这样，可在阴曲下回境好，让管于在晚上冷却，然后清晨进行连接，或用水冷却由最后15。F温度变化所产生的应力将被管道所吸收。 采用弹仟密射的伸缩接头连接的管道具有充分的活动范围

36、，故不需采取任何其它特殊措施来处理热膨胀和收缩，因为这些尺寸的变化可由每一接头的活动来吸收。 地上管道 由于气温的变化和输送物料的较大温差，地上管道一班要比地下管道经受较大的和更为频繁的温度变化。举两个例7t一个是热水巴它间断输送热水；一个是下水和污水食管内的水温变化自50至160。F，间断排放。这些较大的和较为频骸的温度变化引起的是位移，然而它际上大多数的地亡管道是用方向不断变化的短管连接而组曲。因此，对于多数地上管道唯一要注意的事项就是要求吊架或管卡能允许管子有纵向位移，并且要求90。弯头不能碰到阻碍移受的器壁或类似的障碍物。对于长管道，则必须采取特殊措施。在高层建筑中，下水、污水和排气管

37、要特别注意。因为在这些设施中，对于金属管道系统，即使它们的热膨胀系数安比塑料小得多，但已碰到过膨胀和收缩的闷题。 若管道长度需要超过20英尺，则应设设挠性的偏置管(off书et)或D形管。为了不超过管道最大容许应变，搞置管或墨形管应提供的展开长度可从下列公式计算求得：f愚臂梁末端的最大挠废，英、5P端点力，磅；1受弯曲应力的管子长度改令兄抗弯弹性模数，荫英个；I惯性矩，英寸。D外直径，英1；R外半径，英寸；r内半径，英寸；t壁厚，英寸，P应变；S结构应力半 z断面模数，英寸； 从弯矩PL，磅英寸。注： f也可作为容许的最大膨胀或吸收量(英寸)。对于管子，其壁厚相对于外直径来说是大的，则I；x，

38、M z于(旦专1。当壁厚相对于外直径来说，并不算大的情况)，这些公式可写成 IRt 和 zn尺t对于大多数塑料管道。 4PL 2D 2tPz绊 f26J2 ：iIiI)l；(留i)”： 曰IJ(盟)” (：) 当最大许用废力1；变，采用(2)式，当最大容许应变固定不变，采用(3)式。当采用(2)式时，抗弯弹性模数必需要知道。若特殊复合物的模数不能获得的情况下，通常可采用下列近似乎均值， 复合物 PV出120 yVCu N AB6u1D ABS6N PE 2M6 P2n阳L值时，公式复台物抗弯模数耐英个可简化为： 公式(2)L英寸 u6Df)，A 这样格出现一个8(Df)”英寸的近似值，这对用于

39、现行的人sTM标准所包括的大多数热塑性塑料管在多数情况下，是足够精确的。 另方面，采用o01最大容许应变值，则公式3可以询化为 在佐一、二个家庭的房屋巾的丫木、排污和放空设施，由于管道中免不了有短管出现，故很少会因膨胀和收缩而出现问题。但在高层建筑巾，有长的通大气管道，达就需要引起注意。有三种可以调节膨胀和收缩的方法叙述于下： (a)在建筑物的下水和排污通大气管中，可采用偏置管以调：情膨胀和收缩。偏置管的展开长度灯按上述公式计算。例如： 一根管道的直管段，如一根建筑物的下水或排污通大气管，有一个支管接头位于留子锚固点或依移约束点的10英尺处，直皆的温差为50。F，在支管接口处的调爷员约38英寸

40、。为了调节这个膨胀量，支管必须具有足够的展开长度进行弯曲或扭转而不会发生过量的应变。采用人BSDWVo材料(入盯M D 2661)制作的支管，对其不同规格计算所得的最小长度，应变不超过1，其数据如下：b)在适用的规范允许情况下，可使用膨胀节。好多设汁中采用基本的带弹性密封的伸细节头，有的采用波纹管。每30英尺(最大)应安装一个，并应按照制造厂的建议处理。除了在低温或高温的情况下，膨胀节一级处在中性位置安装，从而使它能在两个方向移动以吸收膨胀或收缩。在垂直管道中，应在靠近膨胀节处用例向入口管或管卡固定管子，以防止由于通大气管的重量使膨胀节叠缩在一起。制造厂的建议匝予以考虑。 (c)第三个方法是针

41、对ABsDwv设施应用约束的方法。工程调查说明了每30英尺管子取一个约束点以防止位移是可行的。由于收缩或膨胀所产生的拉伸或压缩力很容易铵管道所吸收而不会损坏管道。特殊诵大气管的固定装置可以买到并应按制造厂的建议进行安装 耐化学径 热塑性塑料能耐许多化学品的侵蚀，因此它们适用于制作输送这类化学品的管道。决定每种具体制品的适用性和使用寿命的因索有下列几个方面： n化学特设和浓度； h。用以制作管于或管件的特定的塑料复合物， c连接方法； 6管子和管件尺寸， e压力， 1况空? R接眺周期； 11可导致管子或管件内部血力集中的其它使用条件。 当一种特殊的塑料管道系统在所要求的特定条件下被用于输送一种

42、持殊的化学品之的，强烈要求每个使用者必须通过试验或从已往的经验中确实了解清楚能否使用。至于本节资料何体为一船性的引导。 化学品 虽然每种化学品的作用各异，但某些化学品可按它们与各种不同的特定塑料的反应分成若于类别。中性无机盐水溶液般和普通水一样，对于热塑性管道材料具有相同的作用。例如氯化钠、钾矾、氯化钙、硫酸铜、硫酸钾和氯化锌溶液与水一样具有相同的炸用。有些氧化性盐溶液在温度升高和(或)高浓度时，可能会侵蚀某些特定肋塑料。 对于一个特定系列内的有机化学品，诸如醇类、两类和酸类等，个别塑料的耐蚀性随着化学品的分子且增加而增强。因此，一种聚氯乙烯在73。lr时不适用于输送醋酸乙酯，但在该温度下可用

43、于输送醋酸丁酪。 一股情况下，个别塑料的耐蚀性随着特定化学品的浓度增加而降低，例如在73。F时，聚乙烯管子能用以输送70的硫酸，但对于95的硫酸就不适用了。 化学品侵蚀塑料有两种类型。一种是可镕性或泡脓现象，在这种情况下，若化学品从塑料上全部去除，则塑料一般可恢复原状，即塑料本身不会受损，但是若塑料有一种朗溶解在化学品中的化合物，由于该成分的被溶解，塑料的性质可能会发生变化。在过后一个例子今，通过管线的化学品将明显地核污染。但这种情况是很少会发生的，因为在管材的复合物中是不会采用这类成分或用且极檄，团此，它吓会被镕解到任何有危害的程度。 另一种侵蚀的类型是聚合物或基本树脂的分子发生变化，例如分

44、裂成小分子(断铰作用)，交联、氧化或置换反应。这些用于深度变化将化学品除去后，塑料的原有性质不能恢复。这种类型的侵蚀例子如：在N o。贮时的56格面对聚氯乙烯积料；友72丫时王水对庚氯乙烯塑料，在73。Z时，9黔；硫酸对聚乙烯塑料和湿氯气对聚氯乙烯初聚乙烯8料的度蚀。 塑科的樊型 不同类型塑料的耐化学性变化很大，不仅在类与类(9如PVC，ABS，PE等)之间如此，而且在同类型、不同品9 (例如PVC 1120至PVC 2110或I厦 1404盈P辽 340，竿)之间也变化很大。在问类敌问一品级的工业制品中也女能有微小的差别。 期料管道的耐化学性基本L是随(，)所闻复合物的而化学性和(13)使塑

45、料能充分发挥耐化学性能的加工方法币变化的。 通常所用的复合添加剂量愈小则耐化学性愈好。现fAgrM规范中所包括的大多数塑料管了的复合村，除1PVc型和C入B塑科外，其它都采用最小量的复合成分。PVc K型管子复合科台有抗冲击改性剂，这些要比用在Pv(电组绝缘、薄膜和板材复合物以及C人B塑料中的单体增塑印不易受化学侵蚀。 接触的时间 塑料的强度与应力和时间相关，例如对于23宅的水，P1rc 1120塑料当圆周应力约为6900磅英妒，平均连续镀用一小时将会破坏，但是当圆周应力连续保持在5200磅屈寸，则管子平均约1000小时才会破坏；刘于100，ooo小时朽应的圆周应力为4300磅英小。 ， 化学

46、品侵蚀理科有定的速率，有的快些，有的慢些。但达速率随温度和应力的增加而增加。当要估计预期寿命时，则必须要考虑特定的速率。在一些化工厂中已观测到，由于某些条件的组合，估计寿命仅为6个月是经济可行的。当在其它情况下，这期限可能是几年、25年或更长。每种树料费用、安装费用和使用寿命的综合考虑必须对它的指标进行测试和签定。 耐化学慢表 有关PE、PvClCPvC、阳和ABs塑料对各种特定6t化学品的耐化学性更多的资料，可查阅PPI的技术报告TR 29用于输送化学品的塑料管道入其中更多的细节采用寇格形式列出 流动特性 液体在塑料管道系统内流动财产生压头损失的计算同其它常规管道系统的计算方法相类似。在系的

47、吸入和排出例以及系统的进出口处发生其它方面的损失，进出口处的损失调常可采用稍微放大进口处或出口处管径的办法来补偿(例Ar般在吸入管线上安装一个喇叭口管件)。 最重要的损失是由管子的长度和管件所造成的，于下列的因素： n流体的流速； b输送的流体的类型，待别是粘度； c管子内径； J管子内壁的粗糙皮； G管线的长度。 液体 在塑料管道中，不同流速的水的压头损失可采用”山入圃s和Hazen公式计算，式中 f；阻力头，英尺水拄100英尺管子， d管子内径，英寸； q流量，美加仑分 C管子内部租糙度常数(对于热塑性塑料C150) 除采取特殊措施外，一段推荐液体流速不超过5英尺秒。对于各种规格的管六其流

48、率数据在PH的技术报告TR14热塑性塑料管子的水流动特性中用图表列出。 几年前，采用新管和正在位用的管子所檄的试验，试验得出的系数C值在160到165之间*因此上述公式对于水推荐使用系数值150是稍保守些。 塑料管具有非常光滑的表面，因此它的摩擦阻力要比其它许多管材小得多。在时间延续很长的情况下，表面仍能保持恒定。对照某些管材，c值随时间延长而降低。因此如处在完全湍流状态的供水系统，塑料管的流通能力要比其它许多管材大。 图8示出了不同标准商品规格的热理性理料管，水的流通能力的列线因，用速度和阻力损失来表示，单位为压头和磅英寸。该列线图比PPI TRl4中的表和线图准确性要差。若计算结果要求不高

49、，则采用该列线图进行计算，既快又方便。 在因8中，标线的水量用美加仑分表示，贸于内径用英寸表示。压头损失用每10 o英尺管子，磅英广)和每too英尺管子，英尺(英尺水往八帅英速度用英R秒表示。这些数值按wm 6am 和Ha2eM公式求得。 列线团的用法：利用宜尺或宜边格标尺上的值连起来。必须定两个独立的变数来求取其它值。举例：图8中策1)条线表示在压头损失约为o65磅英寸速度为6英尺秒的条件下，可以用一根内径为6英寸的管子得到流量为500加仑分。第(2)条线表示内径为2I英寸的管子，在每Ioo英尺管子压头损失为2磅英寸时，得到约6D加仑分的流量。第(3)条线和第(3)条虚线表示管子内径为2I英

50、寸变到2英寸，要得到流量为70加仑分时，则压头损失就得从3磅英个增加到4荡英寸“。 气体 在天然气分配系统中流动情况的调查指出p设计的流动状态通常处在局部湍流的范围内。图9展示了气体分配系统中正常的流动范围。在这范围中，可应用光滑管流动公式，瞥壁的粗舱度是无关紧耍的。因此，在天然气应用中，用于确定钢管的尺寸流量公式同样可适用于确定塑料管的尺寸 完全湍流(祖糙管子流动定律) 对于完全湍流的方程式如下： 局部湍流(光滑管流动定律) 任一适用于气体放流量公式，如MllellI，PoIe，sP计381ass，Wymouth，或者下列的比T分布方程式可以使用，f)管子内径6比重；1管段长度，英尺6IIh

51、基本压力，磅英寸(绝压)，trk游压力，磅英寸(绝压)八；下游压力，磅英寸(绝压)，Q；气体流率，千标准立方英尺小时；1基本温度，。R，T；流体的平均温度，。RIZ；平均压缩因子；”；粘度，磅英尺趴k；管子表面有效粗隧皮， ；oooo06英才对于塑料 *o*oo07英勺对于钢 o01英寸“对于铸铁 aGG叭1s。n和R了K11inR协n“系统网络计算用的选择流量公式”气体4556(1958华9月) 在某些特定情况下，当流量稍高，并要求在塑料管和钢管或铸铁管之间进行压力降比较，则建议采用下列方法： 利用已知流量和管于规格，从图9中决定应用哪个流量公式。 若图9所示的流量范围，对于钢或铸铁曾子可考

52、虑采用光滑管流动定律方程式或层流方程式时，则在流量方面对塑料管不利。 若图9所示采用粗循管流动定律，则在流量方面对塑料管子有利。 该固是以IGT分布方程式和完全湍流方程式为基础的，对于钧铁Ko01英寸，对于钢Kooo07英寸，对于塑料K0。00006英寸，GO60，A00105厘泊。 对于主要篮子尺寸，在气体分配系统中的正常流量范围用黑体尺寸线(一)表示。 额定压力 用于有关圆周应力、内压和塑料管于、方程式如下：式中 H圆周应力，磅英才； 1内压，磅英寸炭压)； ()D平均外径，英寸； ID平均内径，英寸； t最小壁厚，英寸。 对于塑料管于的推荐流体静压设计基准是按照AgrM D 2837在应

53、力破坏试验中所取得的长期流体静压强度值进行分类而产生的。合适的设计基准，对于介质和温度的使用系数以及管子尺寸被代入下列具体的方程式中，以得到特定介质和所考虑的温度的额定压力。这样方程式就变为：式中 P额定隅力，磅英寸(表压)； 5流体静压没计基准，磅英寸 f；使用系数， 射为某。特定塑料的流体静压设计府力(11DG)，用于在最大使用温度时的某一特定介质。 例如：对1：一根PVC 1120管1t，S；40 oo磅英寸，对于73。F的水， f；050因此，S140000502000磅英小这就是Fvc 11助管子用于门。I水的流体静压设计应力。 可以注意到当额定压力值垫为特定额定压力值时，则上述方程

54、式中表量符号间的关系为H5f和IP。 符合AsTM现行标准所推荐的塑料管子额定压力列在表5至表15中。聚氯乙烯和AB瑚统管子应被标定为非螺纹管压力额定值的50。在现行标准中已有的管子规格(直径和壁厚)没有推荐，足没有列在表5至宏15中。对于其它热塑性塑科的螺纹管刁；子推荐，同时对7：壁厚小于管壁厚系列号(轮h)80的螺纹管也不予推荐。 氏期流体静压强度值是按A6T贝 1) 1598进行工程试验和按AsT2 1) 2837进行分桥的力。法求得。工程试验在管子试祥上进行，试验周期至少为10000小时(417天)。对于热理性塑科管子材料的流体静压设计应力在PPI技术报告TR4中列出(热塑性理科管子复

55、合物的推荐流体静压设计应力报告，发表在塑料管子学会不定期刊上) 高温 当操作条件包括温度在72。厂以上时，应按下列进行修正： a用所要求的温度下的材料的s值，或者 h。用教小的I值。对于某些树料在温度大于门。F时的推荐流体静压设计皮力(RHD9)值在PPI TR4中给出。当这数据不能利用时， f值应在工程中予以考虑。 脉冲压力 表5到表15中的额定压力对于脉冲和水锤约了一些裕量。但是，当可能遇到过强的脉冲和水锤时，应考虑额外的裕量和应安装保护装置。由于瞬时的流动堵塞所引起的脉冲和水锤可以按下列方程式计箕：式中 P脉冲压力峰值，磅英42， F督子材料的弹性模数，磅英寸2I d管子内径，英寸， t

56、壁厚，英寸； v；水的流速，英尺秒。 在热塑性塑料管道系统中，水的最大安全流速取决于系统的特定元件和操作条件：一股情况，流速高达5英尺秒认为是安全的。较高的流速在操作流动速度能够控制的情况厂可以来用。在任何时侯的总压力(操作加上脉冲或水锤压力)不应超过系统额定压力的150。 接头 溶剂胶接接头，当接头凝固适当时间后，其额定压力应与所连接的管子相同。热熔接头，当接头处的材科冷却后，其额定压力应气所连接的管子相同。螺纹和承插营件接头的额定历力应与所连接的管子相同。 用别的方法制作的接头和类似的管件，应由设计工程师和或)用户进行工程评价和凭使用经验进行压力标定。制造厂的建议也应予以考虑。 系统设计

57、当设计在压力下使用的系统时，应对系统的每个不同组成件进行评价，这将包括管子、管件和接头，另外，对于不利的安装条件的可能性应该考虑加一定裕量。 推荐系统的额定压力为管子额定压力的80，或者为系统中薄弱元件的80，另一种表示法，即管子的额定压力应为系统设计压力的12眺。衰75 棕名熊塑微量斡置尺寸比(5DR)和5DBPR P5 塑科瞥在25(73。N时水的额定压力PR第四牵 交 彩蛇窃和装卸 当臂子采用了防老化的材料制作，可以短时(大约最多一年)在露天存放。若采用遮益存放，则应有合适的通风设施，以防止温升过高。 管子应贮放在架子上，最好将管于连续托住，以防止下垂成悬挂。架子上任何毛刺或锐边应予以清

58、除或覆盖。盘管可以宜立存放或乎堆。 管件通常是预先包装好供应。在使用前，应贮放在原包装物中成散装箱中，不应同金属管件混放。 对于塑料管道应经常注意防火、防止过热、防止有害化学品的侵蚀或物体的坠落。 由于塑科管道比金属管道柔软，它易于被擦伤或凿孔而损坏，因此在操作中耍避免在租蹈场地上拖拉或剧烈的投扔，或从货车上扔下当温度降低时，许多塑料对于瞥理不当的抵抗能力(abus。resistence)变小了，这些材料在冰拣的情况下装卸，应格外注意。 连 接 塑科管于的连接方法有很多种，常用的一些方法列在衷3中。应该指出，并不是所有方法对全部材料都能适用；只有朗同管道相适应的那些方法才能获得满意的结果。 在安装前，应及时把所有管段和管件进行彻底的检龟是否合切割、划痕、凿几、碎裂或其它缺陷。管于有损伤的部分必须以圆柱体予以切除并报废。行损伤的管件不准使用。应对溶剂胶接处进行检查，发现有任何凝胶的现象应予以报废。 机械接头 聚乙烯、聚丁烯管子可采用承插管f1：和螺纹夹子进行连接。各种类型的塑料和金属管接头、弯头、三通和阴阳管接头部可以用。管于和管件的额定压力应一致。描入型管件的尺寸同所连接管子(tub 5。g)o的尺寸是