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(shù)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(guò)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(guò)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(guò)觀察樣品是否有破裂和滲漏現(xiàn)象。如果樣品沒(méi)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(jiàn)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(kāi)裂、熔接痕處破裂等等。通過(guò)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(guò)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(shù)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(guò)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(shù)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(shù)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(shù)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(kāi)強(qiáng)度最弱的地方、適宜開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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。