從零開始

材料“冷知識(shí)” 塑料管道為什么怕冷？

引言

常說(shuō)材料是基礎(chǔ)、基石，但是我們通常感受不到它的重要性，因?yàn)槲覀兓静粫?huì)直接使用材料。比較有諷刺意味的是，只有當(dāng)材料捅了簍子，人們才“恍然大悟”，原來(lái)材料是如此“致命”。這樣的例子并不少見(jiàn)，下面為大家盤點(diǎn)幾個(gè)因材料而造成的人間慘劇。

1.1912年4月14日，英國(guó)豪華游輪泰坦尼克號(hào)撞上冰山，隨后船裂成兩半后沉入大海，船上1500多人喪生。泰坦尼克號(hào)海難被認(rèn)為是和平時(shí)期死傷人數(shù)最慘重的海難之一。當(dāng)時(shí)，泰坦尼克號(hào)被認(rèn)為是“永不沉沒(méi)”，巨大的反差令人百思不得其解。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的探索發(fā)現(xiàn)，泰坦尼克所使用的含硫鋼板在低溫呈現(xiàn)脆性是導(dǎo)致其沉沒(méi)的主要原因。受限于冶煉水平，泰坦尼克號(hào)所使用的鋼材含硫量很高，所以脆性很高。再加上當(dāng)時(shí)航行海域的水溫在-40 ℃-0 ℃之間，鋼材的力學(xué)行為由韌性變成脆性，從而導(dǎo)致災(zāi)難性的脆性斷裂。

2.1986年1月28日，美國(guó)東部時(shí)間11：38，挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心升空。結(jié)果73秒后，航天飛機(jī)凌空爆炸，機(jī)上所有7名宇航員全部遇難。后續(xù)的事故調(diào)查分析表明，由于發(fā)射時(shí)外部溫度低于火箭推進(jìn)器的工作溫度，燃料箱底部的2個(gè)O型密封圈因低溫而失效，進(jìn)而導(dǎo)致燃料泄露而引發(fā)爆炸。著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾在國(guó)會(huì)通過(guò)演示一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這種觀點(diǎn)。他將橡膠圈用鑷子夾住，放進(jìn)冰水中片刻后再度夾起，結(jié)果發(fā)現(xiàn)橡膠圈上留下了鑷子的痕跡，說(shuō)明O環(huán)的材料在低溫下會(huì)失去彈性。

塑料的低溫脆性

01

原料的生產(chǎn)

材料（所有材料，包括金屬材料及非金屬材料）的沖擊吸收功隨溫度降低而降低，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于Tk（韌脆臨界轉(zhuǎn)變溫度）時(shí)，沖擊吸收功明顯下降，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。

02

三種塑料的低溫性能

1. PPR（無(wú)規(guī)共聚聚丙烯）

聚丙烯的品種更多，用途也比較復(fù)雜，領(lǐng)域繁多，品種主要有均聚聚丙烯（homopp），嵌段共聚聚丙烯（copp）和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（rapp）。

其中，無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（PPR）是由丙烯單體和少量乙烯單體在加熱、加壓和催化劑作用下無(wú)規(guī)共聚得到的。乙烯單體隨機(jī)地分布到丙烯長(zhǎng)鏈中，其中乙烯單體一般控制在3-5 %之間。乙烯含量和乙烯與丙烯的聚合方式?jīng)Q定了其具有冷脆性的特點(diǎn)。

2. PVC（聚氯乙烯）

PVC塑料是目前世界上僅次于聚乙烯的第二大塑料品種。由于其耐寒性和低溫抗沖擊性能較差，硬PVC的使用溫度下限一般為-15 ℃，限制了PVC材料的應(yīng)用。

3. PE（聚乙烯）

聚乙烯無(wú)臭，無(wú)毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能（最低使用溫度可達(dá)-70～-100 ℃），化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕（不耐具有氧化性質(zhì)的酸），常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)良。

4. PPR、PVC、PE低溫性能對(duì)比表

PP-R冬季存放與施工的

防凍措施與注意事項(xiàng)

01

PPR管材存放注意事項(xiàng)

1.PPR管材要求存放在簡(jiǎn)易棚或者庫(kù)房?jī)?nèi)，但是堆放高度不能超過(guò)1.5米。

2.在搬運(yùn)的過(guò)程中PPR管材嚴(yán)禁滾、拋、摔、拖。

02

PPR管施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1.PP-R管較金屬管硬度低、剛性差，在搬運(yùn)、施工中應(yīng)加以保護(hù)，避免不適當(dāng)外力造成機(jī)械損傷。在暗敷后要標(biāo)出管道位置，以免二次裝修破壞管道。 

2）PP-R管5℃以下存在一定低溫脆性，冬季施工要當(dāng)心，切管時(shí)要用鋒利刀具緩慢切割。對(duì)已安裝的管道不能重壓、敲擊，必要時(shí)對(duì)易受外力部位覆蓋保護(hù)物。 

2.管道在切割前，如發(fā)現(xiàn)因外力因素造成應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象的管材，則此管材不能使用。 

3.管道進(jìn)行熱熔連接之前，要認(rèn)真檢查管材是否已經(jīng)受損。特別是內(nèi)壁，因?yàn)楣懿脑谑芡饬r(shí)是內(nèi)壁先發(fā)生破裂，而后到外。避免使用內(nèi)壁已經(jīng)破裂但外管未破的管材。 

4.管道安裝后在直埋及非直埋暗敷前必須試壓。

PVC冬季存放與施工的

注意事項(xiàng)

1.PVC-U管材在0°會(huì)產(chǎn)生脆化現(xiàn)象，對(duì)無(wú)法避免在低溫條件下運(yùn)輸、裝卸、安裝施工的項(xiàng)目，在管道選型上要避免選用低壓薄壁管，盡量選用高壓力等級(jí)的厚壁管以提高安全系數(shù)；也可考慮選用抗沖擊性能更優(yōu)的PVC-M管材。

2.嚴(yán)格規(guī)范產(chǎn)品搬、運(yùn)、裝、卸管理，不得出現(xiàn)拋、摔、滾、拖現(xiàn)象，防止對(duì)產(chǎn)品造成傷害。尤其在卸車過(guò)程中一定要輕搬輕放，運(yùn)輸至工地后要妥善保管，防止管材與尖銳物體接觸摩擦。人務(wù)必不能踩踏在管材上，尤其在卸薄壁管（0.63Mpa）時(shí)，以防踩踏管材因脆化出現(xiàn)開裂內(nèi)傷。

3.施工盡量在5°以上施工，管溝挖掘應(yīng)考慮當(dāng)?shù)貎鐾辽疃龋芫€必須埋與凍土層以下，管線埋地深度一般在1.2～1.5米以下；管溝挖掘之寬度，應(yīng)視管材外徑，溝底寬為管外徑加300毫米為宜。對(duì)于外露管材應(yīng)做保溫措施以防管材凍裂，施工時(shí)不得人為踐踏管材。

4.溝底應(yīng)整理平整，不得有石塊、磚塊等雜物，如有堅(jiān)硬物時(shí)必須加挖250px并填沙夯實(shí)然后再進(jìn)行管線安裝施工。管線施工時(shí)應(yīng)正直平整，不得任意偏斜曲折，如管線必須彎曲時(shí)其彎曲角度應(yīng)按管材（活套）每一承口允許彎曲之角度進(jìn)行，一般為2°以內(nèi)，不得出現(xiàn)管材的硬性。

5.下管前檢查管材是否損傷，特別承口與插口端，如有及時(shí)更換。按規(guī)定削角（TS管:30-45°,活套管：20°）。不能把管材、件拋入溝中，應(yīng)輕搬下放。

6.膠合劑使用時(shí)，將管材承口內(nèi)壁及管材外壁插入部分，用干布擦拭干凈，雌雄兩端各涂上適量膠合劑，待部分溶劑揮發(fā)且膠著性增強(qiáng)時(shí)用力插入，可用噴燈加溫膠粘處，加快凝固速度，插接2小時(shí)后始可移動(dòng)。小口徑可旋轉(zhuǎn)90°使膠合劑分布更為均勻，中大口徑則利用鐵棒撬入或緊線器拉入，確保插入承口底部達(dá)到更好的密著效果。另冬季室外施工建議使用美國(guó)進(jìn)口膠合劑、加快凝固速度，增加膠粘效果。

7.活套施工時(shí)考慮管線之熱脹冷縮問(wèn)題，套接時(shí)必須留有伸縮間隙，所留間隙為：φ63mm以下約10mm、φ75mm～φ110mm為15mm、φ140mm～φ160mm約為20mm、φ200以上為25mm，TS管施工時(shí)，直線配管超過(guò)50m時(shí)必須安裝伸縮節(jié)。

8.施工過(guò)程中應(yīng)特別注意管溝兩側(cè)挖出之土方，防止挖出之石塊墜落入管溝沖擊管材，另施工完一段后應(yīng)即刻回填，回填土質(zhì)應(yīng)為良質(zhì)土，不得有堅(jiān)硬物與管材接觸，管材兩側(cè)及上方填良質(zhì)土厚度為20～750px以上。

9.管線中φ110mm以上的管件(彎頭、三通、法蘭末端)及分歧連接處必須做混凝土鞏固，以保證管線日后正常使用。

10.管線安裝完成待膠粘部位完全干固后（約48小時(shí)、低于10°時(shí)建議延長(zhǎng)到60-96小時(shí)，進(jìn)口膠可以8小時(shí)）再進(jìn)行試水，試水管線長(zhǎng)度以500m一段為宜，應(yīng)特別注意待氣溫升高后或天氣轉(zhuǎn)暖后試水，嚴(yán)禁低溫條件下進(jìn)行試水作業(yè)，管線試壓時(shí)要保證管道內(nèi)水溫與當(dāng)時(shí)地溫持平，防止因溫差原因影響管線試壓質(zhì)量，可充滿水2-3天后再進(jìn)行試壓。管材必須回填土后才能打壓試水。

11.進(jìn)水口、出水口、高點(diǎn)處要安裝排氣閥，試壓時(shí)，灌水前先將排氣閥全部打開，然后緩慢注水，待排氣閥有水柱均勻流出后，自低至高逐次關(guān)閉，當(dāng)加壓至0.2～0.3Mpa時(shí)再次進(jìn)行排氣，將殘留空氣全部排除，然后再升壓至規(guī)定壓力值后穩(wěn)壓1小時(shí)觀察壓力表數(shù)值，無(wú)降壓或降壓范圍在0.05Mpa以內(nèi)為合格。