PVC-O的最新進展.docx

PVC-O的最新進展Ignacio Munoz Molecor（西班牙）1. 背景知識多年以來，塑料管道已經(jīng)成為輸送和分配水的重要手段，不斷的擠占著傳統(tǒng)材料在這一領(lǐng)域的市場份額。然而，如果把當(dāng)前的狀況穩(wěn)定下來，我們可以清楚的看到，每種材料生產(chǎn)的產(chǎn)品都會在自己特優(yōu)先選用的領(lǐng)域占據(jù)重要的市場份額；下圖1粗略的反映了每一種材料所生產(chǎn)的管材在直徑和公稱壓力方面優(yōu)先選用的范圍。造成上述分布的原因有很多，但最重要的因素是：當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、傳統(tǒng)習(xí)慣、工業(yè)狀況和不同產(chǎn)品之間的競爭；一提到產(chǎn)品之間的競爭，許多人立刻想到的是管材的價格，而低估了其他一些重要因素，包括：安裝費用、安裝速度、維護費用、流體輸送阻力、通水能力等；更不會顧及到，管道的底部構(gòu)造基礎(chǔ)設(shè)計使用壽命在50年以上的話，從長遠來看，在經(jīng)濟上更加合算。從圖1可以得出，HDPE、PVC-U兩種材料生產(chǎn)的管材主要集中在壓力等級為16bar以下的中小規(guī)格管材產(chǎn)品，球墨鑄鐵管道在壓力等級為16bar以上的產(chǎn)品領(lǐng)域明顯占據(jù)重要地位；當(dāng)管材的直徑增大到400mm（16英寸）時，由于玻璃鋼加砂管道價格較低，開始占有一定的市場份額；隨著管材直徑進一步增大，球墨鑄鐵管道仍然在管材市場上非常流行；但是，綜合考慮到各種因素后，PVC-O管材可以在上述所有分段中與各種產(chǎn)品展開競爭。圖1. 飲用水輸送優(yōu)先選用管材種類分布圖2. PVC-O管材的新發(fā)展過去十年，在Molecor公司的引領(lǐng)下，PVC-O管材的產(chǎn)品種類得到了快速的演變和發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工程應(yīng)用范例在全球范圍得到傳播。PVC-O管道現(xiàn)在可應(yīng)用的領(lǐng)域展示在下圖2中，由圖2可知，依托自身的承壓能力和產(chǎn)品尺寸，PVC-O管材與各種不同材料都形成了激烈競爭；但是，如果只從價格來看，隨著管材尺寸的增大，使用不同材料生產(chǎn)的管材的價格變化曲線都明顯不同。圖2. PVC-O管道的發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域熱塑性塑料生產(chǎn)的管材，由于隨著尺寸的增大，壁厚尺寸也在線性增大，管材的價格會明顯比其他材料制造的管材價格增大的快；根據(jù)這個變化趨勢，由圖3可知，當(dāng)管材尺寸增大到一定程度時，球墨鑄鐵管道和玻璃鋼夾砂管道的價格會低于熱塑性性塑料管；毫無疑問，所有的熱塑性塑料管道、包括PVC-O管材都符合這樣的價格變化規(guī)律。這是不是意味著PVC-O管道的發(fā)展會受到價格方面的限制呢？顯然不會！塑料管道有許多共同的優(yōu)點，決定了他們在飲用水輸送中被優(yōu)先選用，眾所周知的優(yōu)點包括：抗腐蝕性、質(zhì)量輕、安裝便捷等；PVC-O管材可以最大化的發(fā)揚這些優(yōu)點，而且在管道安裝方面更具有其他管材不可比擬的優(yōu)勢；因此，盡管在市場有其他更便宜的備選方案，PVC-O管材仍然能夠繼續(xù)快速發(fā)展。怎樣才能使PVC-O繼續(xù)獲得市場份額，并且使PVC-O管材成為飲用水輸送中深受市場歡迎的產(chǎn)品呢？我們的著眼點集中在提供更全面的管材產(chǎn)品規(guī)格，并且，圍繞PVC-O管材的具體應(yīng)用提供豐富的成套管件完成整個管道系統(tǒng)的連接。圖3. 不同材料生產(chǎn)的管材的銷售價格3. 大口徑PVC-O管材自Molecor成立以來，一直致力于開發(fā)更大公稱直徑的PVC-O管材，現(xiàn)在已經(jīng)能夠生產(chǎn)尺寸高達800mm、耐壓等級達到25bar的管材；這種爭取第一的創(chuàng)新的決心非常難得，當(dāng)然也是預(yù)見到世界內(nèi)會有一些重要工程選用這種產(chǎn)品，進而主動推動PVC-O管材朝著更大口徑的方向去發(fā)展?，F(xiàn)在，Molecor公司又啟動了制造最大直徑達到1200mm管材的新項目，這個項目所開發(fā)的成型設(shè)備可以制造尺寸從500mm到1200mm的PVC-O管材，這套設(shè)備的產(chǎn)能高達1400kg/h，可以與螺桿直徑為148mm和173mm的擠出生產(chǎn)線聯(lián)合使用。成型設(shè)備的總長度為38米，當(dāng)使用集成密封系統(tǒng)（ISS+）時寬度為19米，去除這個密封系統(tǒng)后，寬度尺寸可以減小到9m；此外，整條在線生產(chǎn)線的總長度為70m；圖4展示整條生產(chǎn)線設(shè)備之間的相對布置位置。設(shè)計和建造這種大型設(shè)備本身會遇到很多困難，而且，隨后還要對擠出的管胚進行取向和拉伸；因此，這個項目主要的挑戰(zhàn)在于：部件尺寸配合問題：由于規(guī)格較大，一些零件必須在車間內(nèi)加工好，隨后分批運往客戶的生產(chǎn)場所，并在那里進行組裝；圖4. Molecor公司dn1200 PVC-O管材生產(chǎn)線布置圖重質(zhì)零件的輕量化，比如模具等零件，質(zhì)量減輕后在會使設(shè)備安裝工作變得容易而且也會降低對吊裝設(shè)備的要求；因為整套的尺寸和重量較大，所以，在人工安裝輔助設(shè)備時，也需要借助器械的幫助。除了獲取取向結(jié)構(gòu)外，即使是擠出階段也會遇到具有挑戰(zhàn)性的新情況；生產(chǎn)大口徑管材時，隨著管材壁厚的增加，需要擠出管胚的重量巨大也在挑戰(zhàn)著擠出設(shè)備技術(shù)水平的極限。在生產(chǎn)公稱直徑為1200mm的管材時，需要預(yù)先成型壁厚尺寸達到70mm的管胚，在這個環(huán)節(jié)又需要面對提高熱穩(wěn)定性、防止凝膠化、消除分流錐熔合線三個難題；而且，這三個難題之間相互關(guān)聯(lián)，解決任意一個問題必然會使得另外兩個變得更差；比如：延長口模平直段尺寸，雖然有助于消除分流錐熔合線，但PVC熔體在口模的停留時間會延長，造成潛在的熱降解加重。所以，為了處理這種錯綜復(fù)雜的狀況，必須探究選用穩(wěn)定的原材料、設(shè)計恰當(dāng)?shù)膶Ｓ霉ぞ?、使用?nèi)冷卻等設(shè)備，來改善整個生產(chǎn)過程。圖5. Molecor公司dn1200 PVC-O管材生產(chǎn)線相對尺寸4. PVC-O管件缺少相應(yīng)的連接管件，在一定程度上限制了PVC-O管材的推廣應(yīng)用；一般，在考慮到與管網(wǎng)相匹配的塑料管件時，主流的觀點大都認(rèn)為沒必要推出耐壓等級大于等于16bar的塑料管材；因為，對于高壓力等級和尺寸200mm以上的管道系統(tǒng)，鑄鐵管件應(yīng)用的更加普遍。圖6. PVC-O管件FEM模擬研究圖7. PVC-O管件FEM模擬研究把大分子取向技術(shù)應(yīng)用到管件上是比較困難的，因為管件在注塑加工過程中會存在不均勻的殘余應(yīng)力，因此，這就對管件的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了許多特殊的要求。所以，在設(shè)計PVC-O管件時，第一步是找出管件上應(yīng)力集中最大的區(qū)域，在這些區(qū)域做出有針對性的設(shè)計變更，調(diào)整這些區(qū)域的伸長度。找出管件上比較脆弱的部位后，有針對性的調(diào)整這些部位壁厚和分子取向態(tài)結(jié)構(gòu)，最終得到的整體性能非常好的PVC-O管件；得益于計算機設(shè)計和模擬，我們可以跳過樣品制作和測試階段。圖8. PVC-O管件的測試對PVC-O管件性能的測試，也是一項具有挑戰(zhàn)性的工作，因為沒有足夠多的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去遵循，所以，必須開發(fā)內(nèi)部的使用的檢測技術(shù)規(guī)范，甚至包括設(shè)計臨時或長期使用的實驗檢測設(shè)備。圖9. PVC-O管件的測試圖10. PVC-O管件的測試5. 結(jié)論基于在應(yīng)用技術(shù)上的優(yōu)越表現(xiàn)，與傳統(tǒng)材料生產(chǎn)的管材