塑料管材：新兴建筑材料的发展现状与前景分析

塑料管道是由高科技复合材料制成的化学建材，化学建材是当代继钢铁、木材、水泥之后第四大新兴新型建材。据中研网发布的《2020年塑料管道行业发展现状及前景趋势分析》报告显示，我国塑料管道加工行业经过多年的高速增长，现在管道的产量和消费量都居世界第一。目前，我国有6000多家塑料管道生产企业，其中具有一定规模的有3000多家。因此可以说管道是一个比较成熟的产品，每个行业都有相应的技术标准。

塑料管分为热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。加热时变软、冷却时变硬的塑料为热塑性塑料，用热塑性塑料制成的管材产品统称为热塑性塑料管。热塑性塑料管主要有聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP）管、聚苯乙烯（PS）管等。热塑性塑料管具有节能省材、环保、质轻​​高强、耐腐蚀、施工维护简便、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、农业灌溉等建筑、市政、工农业领域。

为了保证管道产品质量良好，保证日后施工正常使用，必须按照相应的产品标准和技术指标对管道进行检测。管道的强度指标检测项目包括径向压缩强度，即环刚度、柔韧性、弯曲、冲击强度等。下面将详细介绍按照ISO 9969和GB/T9647《热塑性塑料管材环刚度测定方法》测定热塑性塑料管材环刚度的方法。

1. 测试原理

环刚度是通过管材以恒定速度变形时测得的载荷与变形量来确定的。用两块平行板以恒定的速率将水平放置的管材沿垂直方向压缩，试验速率由管材直径确定，得到载荷-变形关系曲线。以管材直径方向变形为3%时的载荷计算环刚度。

2. 测试仪器

万测ETM105R微机控制电子环刚度试验机主要用于大直径环截面塑料管材环刚度的测定，全面满足试验要求，还可对金属、非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等力学性能试验，一机多用。

WanCe ETM105R微机控制电子环刚度试验机

该试验机具有结构紧凑、简单易用的特点，采用高精度滚珠丝杠加载，刚性强，直线运动特性好，最大荷载可达100kN，并可根据用户要求定制不同管径的机型。

3. 样品制备

1. 标记和数量

在被试验管材的外表面上，沿轴向的整个长度画一条直线作为标记，从标记的管段上分别切取a、b、c三个试样，使试样端面垂直于管材的轴线。

2. 试样的长度

①按表1的规定沿圆周方向等分测量每个试样3～6个长度值，计算算术平均值作为该试样的长度。测量应精确至1mm。对于每个试样，在所有测量值中，最小值应不小于最大值的0.9倍。

表 1 长度测量次数

②对于公称直径小于或等于1500mm的管，试样的平均长度为（300±10）mm。

③对于公称直径大于1500mm的管道，试样平均长度应不小于0.2DN（DN——管道公称直径）。

④ 对于具有垂直肋、波纹或其他规则结构的结构壁管，试样在切割时应至少包括一处完整的肋、波纹或其他规则结构，切割位置应在肋、波纹或其他规则结构之间的中点。

⑤ 试样长度应具有最少完整的肋条、波纹或其他规则结构，其长度不应小于290mm。对于公称直径大于1500mm的管材，其长度不应小于0.2DN。（见图2）

⑥对于具有螺旋肋、波纹或其他规则结构的结构壁管，试样长度应等于（di±20）mm（di为管材平均内径），但不小于290mm，也不大于1000mm。

图 2 从垂直肋管上切下的样本

3. 内径的确定

① 用下列任意一种方法测定a、b、c三个样品的内径dia、dib、dic：

a.在试件长度中点横截面以45°间隔测量四次，取算术平均值，每次测量精确至0.5%。

b. 在试样长度中部横截面处，使用内径π尺按照ISO 3126规定的方法进行测量。

② 根据公式（1）计算三个值的平均值di：

4. 样品的老化

试验前试样至少应放置24小时，进行型式检验或有争议时，试样应放置（21±2）天。

4. 测试步骤

1. 除其他标准另有规定外，试验应在（23±2）℃下进行，试验前应将试件在试验环境温度下至少调节24小时。（注：试验温度可能对环刚度结果产生一定影响。）

2.若能确定某一位置处试件的环刚度最小，则将第一块试件a放置于该位置，使其与试验机上板接触；否则，将第一块试件a放置使其标线与上板接触；另两块试件b、c在荷载装置中的放置位置应分别相对于第一块试件旋转120°、240°。

3. 对于每个样品，放置变形测量仪器并检查样品与上板之间的角度。放置样品时，样品的轴线应与板平行，中点应垂直于负荷传感器的轴线。（注意：为了获得负荷传感器的准确读数，必须将样品放置在合适的位置，使力的方向尽可能与负荷传感器的轴线一致。

4. 降低平板直至接触到试样的上部。施加包括平板质量在内的预载荷 F0。F0 通过以下方法确定：

试验时荷重传感器显示的实际预紧力的准确度应在设定预紧力的95%~105%之间。将变形计和荷重传感器调至零位。

5.按下表3的规定以恒定的速率压缩试样，并连续记录载荷和变形值，直到达到至少0.03di的变形。（注：当要求测量环柔韧性时，继续压缩试样，直到达到环柔韧性所需的变形。）

表3 压缩率

6.通常情况下，载荷与变形是用板材的位移来测量的，但如果试验过程中管材的结构壁厚ec的变化（如图4所示）超过5%，则应通过测量试样内径的变化来测量。如有争议，应测量试样内径的变化。

图4 管道结构壁厚ec示例

典型的载荷/变形曲线是一条平滑的曲线，否则表明零点可能不正确。如图5所示，曲线的初始直线部分可以反转到与横轴相交的点（0,0）（零点）。

图5 零点修正方法

5.热塑性管材环刚度的计算