淺談如何提高PVC-U給水管件的耐壓性能

PVC-U 給水管件主要是以 PVC 樹脂作為主要原料，加入適量的穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、填充劑等專用塑料助劑，經(jīng)注塑成型而成。按現(xiàn)行的 PVC-U 給水管件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T10002.2-2016，管件的耐壓性能是主要的力學(xué)指標(biāo)，影響了整個(gè)給水管路系統(tǒng)的使用。其影響耐壓性能的因素有很多，既有原材料和配方因素，也有模具和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)因素，同時(shí)，也要考慮工藝的相應(yīng)調(diào)整。因此，只有通過對(duì)以上各個(gè)因素的深入分析、綜合評(píng)估，然后進(jìn)行優(yōu)化，才能得到成本最低、性能最優(yōu)的產(chǎn)品。
1 耐壓性能測(cè)試的原理分析及操作方法耐壓試驗(yàn)是為了檢驗(yàn) PVC-U 給水管件在注塑成型過程后所能承受的水壓能力大小的主要方法之一。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T10002.2-2016中規(guī)定了在20℃ ±2℃下，將試樣與施壓設(shè)備連接，并保證在試壓時(shí)間內(nèi)不阻礙管件承口以外部分的自由變形，接著，按 GB/T6111規(guī)定方法，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)壓力及試驗(yàn)時(shí)間對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，通過觀察樣品是否有破裂和滲漏現(xiàn)象。如果樣品沒有出現(xiàn)破裂和滲漏，視樣品為合格產(chǎn)品。
2 影響PVC-U給水管件的耐壓性能
常見的 PVC-U 給水管件液壓性能不合格主要有產(chǎn)品本身脆性破裂、膠水粘接位置出現(xiàn)破裂、管件轉(zhuǎn)角位或夾角的破裂、進(jìn)膠口位置開裂、熔接痕處破裂等等。通過長(zhǎng)期對(duì)產(chǎn)品原材料、模具、配方、加工工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的全過程跟進(jìn)及試驗(yàn)樣品的觀察、分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品的耐壓性能主要有以下幾個(gè)方面 ：原材料 ：PVC 樹脂物化性能的好壞，影響了材料的混配、以及后續(xù)成型的流動(dòng)性、塑化效果、及工藝調(diào)整等，從而導(dǎo)致管件的耐壓性能不穩(wěn)定。模具結(jié)構(gòu)合理性 ：模具結(jié)構(gòu)的好壞，直接影響了管件的成型，從而影響了管件的耐壓性能，主要有以下幾點(diǎn) ：
2.1 模具的分型
模具的分型影響了管件的注塑成型，模具分型面太復(fù)雜，會(huì)不利于管件的成形和脫模，從而使管件在注塑過程中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致耐壓測(cè)試中管件出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。另外，如果分型面設(shè)置不利于排氣，會(huì)引起管件困氣位置的結(jié)合力下降，導(dǎo)致耐壓測(cè)試中管件困氣位置出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。
2.2 模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具的澆口太小，會(huì)使注塑壓力增大，管件內(nèi)應(yīng)力加大，從而使管件在耐壓測(cè)試中出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。另外，如果澆口設(shè)置使熔接痕位置恰好與管件強(qiáng)度最弱的位置重疊，會(huì)使熔接痕位置處更加薄弱，直接導(dǎo)致管件耐壓試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)熔接痕的破裂。
2.3 模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具冷卻直接影響到管件的質(zhì)量、成型。如果型腔、動(dòng)模表面溫度不均，溫差較大，注塑后的管件會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致成型后發(fā)生翹曲變形，易引起膠水粘接處漏水或破裂。配方 ：PVC 樹脂、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、填充劑等屬性和配比，都會(huì)影響管件的塑化，從而影響管件的耐壓性能。注塑工藝：管件注塑時(shí)料筒溫度、注射壓力、注射速度、注射時(shí)間、冷卻時(shí)間等因素，都會(huì)影響管件的塑化，從而影響管件的耐壓性能。產(chǎn)品結(jié)構(gòu) ：管件的結(jié)構(gòu)影響其內(nèi)應(yīng)力大小和作用點(diǎn)，同時(shí)，也影響其注塑成型工藝。管件尖角太多、夾角位內(nèi)部壁厚太薄等等都會(huì)使其應(yīng)力太大，影響其耐壓性能。
3 優(yōu)化方案的概述
3.1 嚴(yán)格控制原材料物理性能
生產(chǎn)前，必須嚴(yán)格控制 PVC 的物化性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，因PVC 樹脂不合格的物化性能會(huì)使管件的強(qiáng)度降低。
3.2 優(yōu)化管件的配方
PVC 樹脂的占比越大，材料流動(dòng)性越好，利于注塑成型，可提高產(chǎn)品成型后的承壓強(qiáng)度，建議占比80% ～ 90%；穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、鈦白粉等助劑適量即可。
3.3 優(yōu)化模具的分型面
分型面位置設(shè)置必須利于排氣，有助于提高充模速度，縮短成型周期，避免熔體分解變色，甚至碳化、燒焦，使管件成型后的強(qiáng)度得到增強(qiáng)，另外，澆口進(jìn)膠位置使熔接線不與管件夾角重疊，增強(qiáng)熔接線位置強(qiáng)度。
3.4 優(yōu)化模具的澆注系統(tǒng)
澆口設(shè)置利于排除型腔中的氣體、避免或減少管件表面產(chǎn)生熔接痕、應(yīng)使熔接痕的位置避開強(qiáng)度最弱的地方、適宜開設(shè)在管件最厚的部位，且在流道中間位置，這樣，有利于使熔體平穩(wěn)填充，保壓，也增強(qiáng)管件熔接痕位置的強(qiáng)度。管件澆口的截面建議采用圓形或半圓形。澆口的大小不宜太大或太小，一般大水口大小建議約壁厚的90% ～ 95% 之間，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先取下限值，通過試模時(shí)逐步優(yōu)化。因澆口位置內(nèi)應(yīng)力較大，若不影響管件的實(shí)際施工及應(yīng)用，建議增加凸臺(tái)以增強(qiáng)澆口位置的強(qiáng)度。
3.5 優(yōu)化模具的冷卻系統(tǒng)
模具型腔溫度過高，易產(chǎn)生飛邊和縮陷 ；型腔溫度太低會(huì)出現(xiàn)填充不良，熔接痕處強(qiáng)度不足 ；型腔溫差太大會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需使型腔表面溫度分布均勻，冷卻水孔盡可能多且大，且冷卻水路避免設(shè)置在熔接痕位置，以免使熔接痕處的強(qiáng)度更低。
3.6 優(yōu)化注塑工藝，增強(qiáng)熔接痕處的強(qiáng)度
適當(dāng)提高料溫、模具溫度、注塑壓力和保壓壓力，也可對(duì)模具采取加熱措施和增加加熱裝置，可以提高熔接痕處的強(qiáng)度，增加管件的強(qiáng)度。
3.7 優(yōu)化管件的結(jié)構(gòu)
在管件設(shè)計(jì)中，盡量避免銳角，在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的原則下，適當(dāng)設(shè)置大的圓角，減少管件殘余應(yīng)力，增加管件的強(qiáng)度 ；另外，管件的內(nèi)部夾角位，因受模具結(jié)構(gòu)影響，內(nèi)部難以設(shè)置圓角，應(yīng)在夾角處適當(dāng)增加局部壁厚，以增強(qiáng)夾角處的強(qiáng)度，使管件的耐壓性能得到增強(qiáng)。
綜上所述 PVC-U 給水管件的耐壓性能是否合格，往往受到諸多因素的影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要滿足生產(chǎn)要求和嚴(yán)格控制成本的前提下，通過上述的分析及優(yōu)化方案可有效解決管件耐壓性能不合格的問題。目前該優(yōu)化方案已大規(guī)模應(yīng)用到公司的實(shí)際生產(chǎn)中，并取得了顯著的效果。