第五章塑料建材

1、第五章 塑料建材 塑料在建筑中的应用日益广泛，近几年来国内塑料建材的生产和应用发展较快。许多新型建筑塑料制品，如塑料墙纸，塑料地板、塑料门窗、塑料管道等已在建筑中大量采用。 塑料之所以能作为建筑材料使用，并能日趋广泛地应用，首先是因为塑料具有许多比传统建筑材料优越的性能，如质轻、易加工、耐腐蚀、高强、出色的装饰性等，其次是现代建筑工业的规模和发展需要新型建筑材料，再则是石油工业的日益发展为塑料在建筑上的应用提供了可能。 塑料建材的发展已有40多年的历史，现在已在建筑工业中奠定了牢固的市场，成为除了金属、水泥、木材之外的第四种主要建筑材料。在某些国家，塑料建材已占全部建材的11%，占全部塑料产量

2、的25%以上。 塑料建材也有一定的局限性。从而限制了它的应用，但是人们可以在加工和应用中采取各种措施加以克服。 塑料的易燃性和老化是人们普遍关心的问题。但是通过特殊的配方技术，完全有可能使它符合建材的防火要求，塑料管道，塑料门窗在国外已使用30多年仍完好无损，这足以说明老化问题已不成为建筑中使用塑料的主要障碍了。 塑料的耐热性较差，刚性较小是它的另一个缺陷，但是通过改性或与其他材料复合完全可以制得高性能的塑料。可以预见，塑料建材将以更快的速度发展。第一节 塑料墙纸塑料墙纸的发展已有50多年的历史，美国、西德、日本等国家使用十分普遍，近二十年来发展特别迅速。其中以乙烯基墙纸使用最多，主要是聚氯乙

3、烯墙纸。一 生产工艺概述塑料墙纸的生产一般分为两步。第一步在基层(纸或布)上复合一层塑料。最常用的复合方法是压延法和涂布法。压延法是使压延薄膜与基纸在压延机后直接加压复合。涂布法又可分为刮刀涂布、圆网涂布和逆辊涂布等方法。 第二步是对复合好的墙纸半成品进行表面加工，包括印花，压花，印花压花，化学压花、发泡压花等。二 塑料墙纸的原材料 1树脂 生产塑料墙纸的主要材料是PVC树脂。压延法采用悬浮PVC树脂，涂布法采用乳液法生产的糊状PVC树脂，在墙纸生产中，一般采用分子量较低的树脂以便于加工。 2增塑剂 增塑剂是一类高沸点、低发挥性的有机液体。它们在高温时能溶解PVC，从而使制品变得柔软。常用的增

4、塑剂主要是邻苯二甲酸酯类，如二丁酯(DBP)，二辛酯(DOP)。3稳定剂 PVC在加工和使用过程中受光和热的作用，会发生分解放出氯化氢。放出的HCl对 PVC的分解有催化作用。PVC稳定剂能吸收HCl，从而抑制其分解。最常用的是铅系稳定剂，如三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·2H2O)、二盐基亚磷酸铅(2PbO·PbHPO3·1/2H2O)，用量一般为树脂量的25%。 4填料 在塑料中加入适当的填料，一方面能降低制品的成本，另一方面能提高制品的尺寸稳定性、耐热耐燃性。常用的填料有重质或轻质碳酸钙粉，滑石粉等。 5润滑剂 润滑剂的作用是使PVC便于加工，

5、防止PVC粘辊，粘模，保证制品表面光洁。常用的润滑剂为硬脂酸，加入量为树脂量的0.21%。 6发泡剂 在发泡墙纸中需加入发泡剂。最常用的是偶氮二甲酰胺，俗称AC发泡剂。呈黄色粉状结晶，比重1.66，本身及分解产物、残碴均无臭无毒。它在塑料中的分解温度为155210。它的发气量为190220ml/g。一般来说，碱性物质会降低其分解温度，酸性物质会抑制其分解，这一现象正是化学压花法的机理。 7基纸 作为塑料墙纸的基纸，除一般要求强度、耐折度、裂断伸长等外，还应注意基纸必须有足够的耐热性、背面涂胶后卷曲度要小，以便粘贴施工，有较好的湿强度等。塑料墙纸基纸的质量一般为80l00g/m2，厚0.120.

6、15mm。三 压延法聚氯乙烯墙纸 压延法生产PVC墙纸成本低，生产效率高，产量大，但其设备投资大。 1生产流程 PVC树酯和各种添加剂经高速捏合机捏合、密炼机塑化成团状物料，再经两台炼塑机塑化供料给压延机。压延机把塑化物料压制成薄膜，再在复合辊上与基纸复合，复合后经冷却卷取成为半成品，再经表面加工成为各种塑料墙纸。 2设备及工艺 (1)捏和。 在高速捏合机里树脂和添加剂均匀混合。PVC树脂吸收增塑剂发生溶胀，在90左右的温度下经数分钟捏合物料呈润湿状。 (2)密炼。密炼机经夹套加热温度较高，达120135。捏合料在较高温度下经23分钟密炼呈初步塑化。 (3)混炼。混炼的目的是使物料在更高的温度

7、下(一般为145155)塑化均匀、完全。 (4)压延。经过充分塑化的物料在压延机里压制成表面平整光洁、无毛刺、气孔等弊病的薄膜。这就必须选择合适的工艺条件，如：辊温、车速、速比、辊距等。 (5)复合。在复合机里PVC薄膜和基纸压制成塑料墙纸半成品。 从压延机出来的PVC薄膜经引离辊到达复合装置。基纸经松卷装置到达复合装置。为了减少与PVC膜的温差，提高与PVC膜的剥离强度，基纸在进入复合机前需经预热辊预热，复合是在镀铬钢辊和橡胶衬辊组成的层压装置里完成的。钢辊表面有60100目的网目，钢辊内通热水，控制辊面温度在8090。钢辊通过两端的气缸来施加压力，气缸压力一般在0.60.8MPa。 为了保

8、证PVC薄膜与基纸复合时两边对齐，常应用一种光电自动控制的边位调节器。当基纸发生横向位移时，边位调节器发出的电信号使直流马达驱动，从而带动压延机第四压辊上的圆头刀作相应的位移，保证PVC薄膜的两边和基纸对齐。 (6)冷却取卷。压延法的产量大，速度高，车速可达4050m/min，因此必须使PVC薄膜迅速冷却。为了防止薄膜粘辊，冷却辊经喷砂处理后磨光镀铬。 取卷常用双轴回转式卷取机。收卷时的张力能够在收卷过程中自动调节。 (7)原料及配方。压延法PVC墙纸几乎都用悬浮法聚氯乙烯制造，有关原料已在前面作了讨论。四 涂布法聚氯乙烯塑料墙纸涂布法PVC塑料墙纸的生产是通过糊状PVC树脂的涂刮，再经过塑化

9、、冷却，印上图案，或再经过发泡，制成发泡或不发泡的产品。涂布法生产PVC塑料墙纸的特点是品种多。图案的可变性大，设备投资较压延法低。缺点是原料中糊状PVC的成本较高，溶剂的挥发带来一定的损失和污染。 引进的涂布法PVC墙纸生产线都采用独立式结构，可根据生产需要组合成不同的生产线。通常除了能生产印刷发泡、发泡压花和发泡压花沟底印花等较高挡墙纸外，还能生产不发泡压花，印花和直接在纸上压花印花的中低挡墙纸。 1涂布工艺 涂布法PVC墙纸生产中常用的涂布工艺有：刮刀涂布，圆网涂布、逆辊涂布等。 (1)刮刀涂布。 常用的是辊筒刀涂，辊筒刀涂机有一动力驱动的橡皮辊，在辊筒的最高点垂直放置一把刮刀。调节刮刀

10、与涂布辊的间隙可控制涂布层厚度。刮刀涂布机比较简单，涂覆量大，设备价格较低，缺点是刮涂质量较粗糙。 (2)逆辊涂布。 逆辊涂布机一般由34个辊筒组成。糊料由传递辊传递至涂胶辊上，由定量辊控制涂膜的厚度，基底材料与涂胶辊作反向运动，用辊涂机涂膜平整，均匀性好，精度高，但设备价格较刀涂机高。 (3)圆网涂布。 圆网涂布机中的圆网是利用金属电镀沉淀法制成的无接缝空心镍网，网中有一块可调节角度的刮板。用料浆泵将PVC糊通过料浆通道送入空心的旋转镍网中，通过调节刮板的角度产生不同的压力，能方便地控制糊料通过网上细孔印刷在基纸上的涂布量。糊粘度不宜太大，也不宜过小，若粘度太小，料浆能自由地通过网孔，涂布量

11、不易控制。反之，若粘度太大，则容易造成网孔的堵塞，甚至损坏圆网。 2生产工艺 用涂布法可以生产各类墙纸，下面介绍涂布法生产的两类发泡墙纸的生产工艺流程。 (1)低发泡压花墙纸。这种墙纸是采用刮刀涂布或逆辊涂布将聚氯乙烯料浆均匀地涂覆在基纸上，通过烘箱塑化发泡，再经压花辊进行压花，还可用沟底印花机进行印花面成。生产工艺流程如图。 PVC糊料纸基松卷 刮刀涂布 烘箱发泡 压花印花 冷却 分切成卷低发泡压花工艺流程 (2)浮雕法发泡墙纸，这种墙纸是采用圆网印刷法生产的，分三层，底层为基纸，中间层为不发泡及低发泡PVC层及印刷油墨层，表面层为PVC高发泡层。生产工艺流程如图。 PVC湖料纸基松卷 圆网

12、涂布 预胶凝 冷却 圆网套式印花(多次) 胶凝(发泡) 冷却 分切成卷浮雕法发泡墙纸 在涂布法PVC塑料墙纸生产工艺中，PVC糊料配制的好坏直接影响成品表面是否平滑，糊料必须混和得非常均匀，无块料、结团及气泡。稳定剂，颜料和发泡剂一般先用研磨机与增塑剂研磨成浆料，然后与树脂、增塑剂，填料、稀释剂等用高速分散机分散均匀，最后用研磨机研成均匀的PVC糊，并经真空脱泡处理，以保证产品的质量。 PVC糊料经涂布后，必须经过塑化箱的加热干燥，使其塑化胶凝成膜。塑化箱必须有足够的长度，可分几段设置，塑化箱内温度可达280，箱内温度必须均匀，温差<±2塑化箱设有排气装置及时排出各种废气。 P

13、VC塑料墙纸多利用发泡剂受热分解放出CO2、氢、氧等气体来进行发泡。发泡墙纸应加入稳定剂，常用的稳定剂为液体复合稳定剂Ba-Cd-Zn、Ba-Zn、Cd-Zn等。这类稳定剂对PVC起稳定作用外，还对发泡剂的分解起促进作用。发泡过程可以在糊料干燥塑化时同时进行，也可在糊料胶凝或塑化后在专门的发泡箱中完成。 3工艺配方 涂布法发泡PVC塑料墙纸的参考配方如下： 乳液PVC树脂 100 DOP增塑剂 6080 AC发泡剂 35 Ba-Cd-Zn稳定剂 34 CaCO粉 1520 TiO2 1020 着色剂 适 量五 PVC塑料墙纸半成品的表面加工 1. 印花 PVC塑料墙纸的印花是在印花机上完成的。

14、单色印花机是由印花辊、橡胶压辊，刮墨片、上油墨器、油墨槽等组成。一台单色印刷机实际上是一个印刷单元。多色印刷机的每一种颜色由一个印刷单元完成。每一个印刷单元都有一个热风干燥器和冷风干燥器，热风干燥的温度为90100，热风风速达50m/s，干燥速度很快。使用冷风冷却，就不需要用冷却辊，减少了阻力，冷却效果也很好。 多色印刷的质量首先取决于套色的精确。多色印刷机具有自动横向和纵向的套色精度控制器。 涂布印花墙纸可在印刷机上一次完成。前几个印刷单元在底纸上印刷图案，最后一个印刷单元用作涂布机，在印刷图案表面满涂一层透明罩面层。 2压花 经过压花的塑料墙纸，表面凸凹不平，富有立体感，并由于压花花纹有不

15、同的斜网线角度而能闪光，外观可仿不同的锦缎。压花可以在压花机上完成。压花机主要包括松卷、预热，加热、压花、冷却，卷取等装置。压花装置包括一个压花辊和一个胶辊，压花压力可以调节，两辊间的间距也可按需调节。经过加热的墙纸，表面呈熔融状态。在压花辊的压力下，墙纸表面被压出预定的花纹，经过冷却，使花纹定型。 PVC塑料墙纸的压花也可以利用对发泡有抑制作用的化学物质来控制墙纸的发泡，使发泡后墙纸表面凹凸不平，达到与压花相似的效果。这种方法也称化学压花。即在某一种颜色的印刷油墨内加入一种发泡抑制剂，印刷后抑制剂向可发泡PVC、层内渗透。这样在发泡时被该色油墨印过的部分发泡受到抑制，在表面成为凹下去的地方。

16、凹的部分与该色油墨印刷的线条完全一致，这是用机械压花很难实现的。常用的发泡抑制剂为反丁烯二酸。 另一种化学压花法是在印刷油墨中加入AC发泡剂，中间层内不加。印刷过含发泡剂油墨的部分因发泡剂向PVC层内渗透而发泡，其他部分不发泡。 除了发泡、压花，印花等表面处理方法以外，PVC塑料墙纸半成品还有其他多种表面加工方法如：印花发泡、沟底压花印花、印花压花等。第二节 塑料地板一 聚氯乙烯塑料地板砖 1工艺流程 PVC塑料地板砖是以PVC及其共聚树脂为主要原料，加入各种助剂与矿物填料混合加工制成。工艺流程见图。PVC树脂 捏和 炼塑 压光 冷却 切断 冲切成形 检验 各种添加剂 包装2配方塑料地板砖的典

17、型配方如下： PVC XO-5 100 DOP 2026 氯化石蜡 1013 三盐基硫酸铅 3 二盐基亚磷酸铅 2 硬脂酸钙 1 硬脂酸 2 CaCO3 60200 石棉 30100 颜料 适量我国目前生产的大多数是无石棉地板砖，在不掺石棉时，必须采取特殊技术来保证它的尺寸稳定性。二 印花发泡塑料卷材地板 印花发泡塑料卷材地板是一种新颖的装饰材料。这种卷材多采用涂布法工艺生产，用这种工艺涂布量可大可小，印刷花纹细腻准确。 1工艺流程 印花发泡塑料卷材地板的工艺流程与涂布法PVC塑料墙纸的工艺流程相似。 整个生产过程可分为三步。第一步，涂布发泡层达到所需厚度。如底层为有渗漏性的多孔表面，则最好用

18、打底PVC糊涂一层，再在其上涂PVC发泡糊，这样才能得到平整的表面，这就增加了一次涂布过程。第二步是在乎整的已塑化成膜的表面上印刷，其中在一种颜色油墨中加入发泡抑制剂。第三步是涂透明层，再塑化发泡。这三步是在一条连续的涂布生产线上完成的。 2配方设计 (1)底层。 采用聚酯无纺布，规格，50g/m2。 (2)发泡PVC糊。 发泡PVC糊配方的设计要求：发泡倍率23，使发泡层有一定的耐凹陷性，又有较好的弹性，较低的发泡温度和较快的发泡速度。 为了改变PVC发泡糊料的流变性能，抑制其在高剪切时的膨胀性，降低成本，可在PVC糊状树脂中掺混部分PVC悬浮树脂。增塑剂选用综合性能较好的DOP。BBP能改

19、善泡孔结构，使泡孔均匀；与快速发泡促进剂配合使用时能提高发泡倍率。 发泡PVC糊的配方如下： PVC糊状树脂 75100 PVC悬浮树脂 2530 增塑剂(DOP:BBP=45:10的混合料) 5560 AC发泡剂浆(AC:DOP=1:1) 610 YA-220发泡促进剂 34 Ba-Cd-Zn稳定剂 35 重质CaCO3 20 (3)透明面层。作为地面卷材的透明面层要求有较好的耐沾污性印刷图案清晰，它的收缩与发泡层接近，使卷材不翘曲变形。透明性要好，使增塑剂用量过多，会使耐沾污牲变差，比发泡糊中DOP用量略少，因为面层不含填料，同样增塑剂含量高时收缩较大。 如透明层糊的粘度太高，可加适量稀释

20、剂。透明面层的配方如下： PVC糊状树脂 100 DOP 5055 Ba-Cd稳定剂 2 环氧大豆油 2 (4)发泡抑制剂。化学压花中常用的抑制剂是有机酸或酸酐、酚化合物、多胺类等。随着抑制剂用量的增加，AC的发泡温度提高，但抑制剂与发泡剂的比例超过1:1以后，抑制效果就不明显了。马来酸酐的抑制效果较好。实际使用时，抑制剂是加在印刷油墨内的，它们在油墨中的加入量为6%8%。三 压延法生产塑料地板 塑料地板的生产可采用与塑料墙纸类似的压延法工艺。如在压延后装上压花印花装置，则可生产压花印花塑料卷材地板，也可冲切成一定尺寸的塑料地面砖。但塑料地板的厚度较塑料墙纸大，当塑料卷材地板的厚度大于2mm时

21、，一次压延成型比较困难，供料也成问题。可以先压延0.51mm厚的薄片，充分退火后成卷，再将3片薄片用鼓式复合机复合成卷。第三节 塑料门窗 自50年代德国开始研制塑料门窗以来，已有近50年的历史。塑料门窗经过不断改进和发展，终于以改性聚氯乙烯空腹异型材，用拼装的方法组成不同尺寸与结构，在建筑上得到广泛应用。塑料门窗表面光洁，外表美观大方而且还具有优异的防腐性、密封性、隔热性，良好的力学性能、不需涂漆维护。使用寿命长达30年以上。一 塑料挤出异型材 1塑料异型材 塑料异型材是指断面形状比较复杂的制品。塑料异型材利用热塑性树脂易于加工成型的特点。只要模具设计得合理、完善就能成功地生产出各种断面形状复

22、杂的异型材，其加工费用较铝合金等异型材的加工费用低。塑料异型材还有不少其他优点，如质轻、耐腐蚀、可以加工成各种颜色，可和其他材料复合使用等。因而大多数建筑用木质型材都可以由它代替。塑料异型材在建筑业中有着广阔的应用前景。 2异型挤出技术 塑料异型材的挤出是靠挤出机来完成的。挤出机有单螺杆，双螺杆两种。用单螺杆挤出机挤出塑料异型材必须把PVC塑料和添加剂混合并制成粒料，所以工艺流程长，配方成本高。双螺杆挤出机特别适合于门窗异型材的挤出。该工艺无需造粒，能将PVC塑料和其他添加剂的混合粉料直接加入双螺杆挤出机。虽然双螺杆挤出机的设备投资大，但从整个工艺线来考虑，采用双螺杆挤出工艺成本比单螺杆挤出工

23、艺减少约20%。同时避免了造粒的分解，缩短了物料在加工过程中受热时间，并且有配方成本低，塑化效率高的特点，因而可降低挤出机螺杆的转速，降低加工温度。这对热敏性的聚氯乙烯树脂来讲，有利于挤出质量的提高。 塑料异型材挤出生产线一般由以下部分组成：挤出机、异型材模具(或称机头)、冷却和定型装置、牵引装置，切割或卷取装置、堆料架。其关键部分是挤出机、模具和定型冷却装置。 模具设计是异型材挤出的关键。挤出机机头的作用是使熔融物料挤出时各部分流速均匀，挤出的型材尺寸稳定，形状及外观符合要求。其模具的设计除了考虑型材断面的大小、形状、壁厚等因素，主要的是正确选择挤出机机头各结构参数。在很大程度上异型材模具的

24、设计取决于设计者的经验。 定型模的作用是赋于异型材最终的几何尺寸、形状、表面光洁度。机头设计中的一些疵病(有些是人为的)也可以通过定型模得到修正。因此，从某种意义上来讲，定型模的设计和制造比机头显得更为重要。定型模结构为钢板组合式，内设真空室(孔)及冷却水通道。 冷却定型最常用的为真空定型。靠近机头的第一段为冷却区，使异型材表面降温，不粘在定型套表面，减少摩擦阻力。以后真空区和冷却区可交替排列。国外还有人设计了从内部喷水冷却的定型模。据称这种定型方法，不仅冷却速度高，而且内外冷却均匀，异型材尺寸稳定。在定型模后一般还有一个水喷冷却槽，进一步冷却，然后进入牵引装置，最后切割成一定长度的异型材。二

25、 塑料窗1原料和配比 PVC树脂价格低，易加工，具有自熄性，耐候性较好，并有足够的强度，因而是制造塑料窗的主要材料。但是它的抗冲击性能较差，所以在制造窗框异型材时可加入其他抗冲击性好的树脂与之共混来解决。目前最常用的是乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，还有氯化聚乙烯(CPE)、聚丙烯酸酯(PAE)等。改性树脂加入量一般占PVC树脂重量的 37%。 窗框用异型材为硬质制品，配料时增塑剂尽可能不加或少加，以提高强度。但可加入一定量的填料，如碳酸钙或轻质碳酸钙粉，可提高硬度，改进尺寸稳定性。如与偶联剂一起使用，填料可加得较多，甚至加到PVC树脂重量的50%60%。表5-2为聚氯乙烯窗框配方参考配比。2P

26、VC窗的结构PVC窗的形式很多，一般可分为固定窗，开启窗(分侧开、上开、下开)，翻窗，滑窗等。由于塑料易于成型加工，因而在设计塑料窗的结构时可以突破传统窗的结构形式，充分利用塑料的特点，最大限度地满足建筑物对其功能、经济与美观的要求。 日本设计的一种塑料窗，采用中空玻璃，玻璃刚度大，窗立面分格比较简洁，面积达3m2的整片玻璃不加分格条。 滑窗的设计不仅可以降低造价，还可少占室内有效使用空间。 为了发挥塑料异型材易于加工成比较复杂的断面结构的优势，可设计成单扇安装，双层甚至三层单玻璃，以达到单层窗可起到多层窗的作用，有利于节能和隔音。三 塑料门 塑料异型材的另一个主要用途是拼装塑料门。与塑料窗一

27、样，塑料门也主要是由硬质PVC塑料来制造。PVC塑料门的结构主要有拼插式内门，镶板式内门，胶合式内门及整体式内门等。 1拼插式塑料门 拼插式塑料门是由带燕尾槽的异型材拼插而成的。我国60年代生产的单腔窄幅异型材拼插门，由于拼装接界面多，自重大、整体性差，目前已由宽幅中空异型材拼插门所代替。后者拼装块数大大减少，重量轻，产品性能优良，尺寸精度得到保证，外型美观大方。这类产品是由引进的双螺杆挤出机生产的异型材拼装而成的。 2镶板式塑料门 镶板式塑料门类似于木质镶板门，由板材和门边材组成。板材采用薄型中空格子板，这种板材的特点是自重轻，强度高。边材采用断面复杂的多腔中空异型材。这种门充分发挥了板材的

28、面层和异型材的支承作用，使门的重量大大降低，用料省、成本低。但这种门的外型不够理想，结构不够合理，拼装工序复杂，门扇的整体性、刚性、平整性较差。3胶合式塑料门 胶合式塑料门是80年代发展起来的。它采用门板与内衬骨架包覆成类似于三合板，五合板结构。这种门整体性优良、刚性好、结构新颖、具有优异的防潮、防腐，防蛀等性能。但由于生产这种门所需的板材尺寸大，只能在具有大型开放式密炼机和四辊拉片机所组成的压延生产线和高吨位多层压机的大厂生产。 4整体式塑料门 整体式塑料门是一次性挤出成型的塑料门，采用三合并联的单螺杆挤出机挤出。该产品是意大利阿姆托公司的专利。其特点是自动化程度高、设备先进。一个规格的产品

29、，模具套数可减少。产品的整体性好，重量轻、颜色一致、外观漂亮。工艺线的生产效率高，整个组装工序大大简化，省去了拼装、焊接、平磨等一系列工艺。但是对于每一个规格的整体式塑料门都要有一套昂贵的模具，设备投资大，生产技术高，对材料的要求严格。 5塑料门的应用 目前我国尚无生产整体式塑料门。对其他几种塑料门来说，综合性能较好的胶合式塑料门作卧室门较合适，宽幅中空拼插式门用作厕所、壁厨门较合适，而镶板式半玻璃门用作过道门、医院病房门、厨房门较为妥当。在一些特殊场合，如地下工程、防腐建筑上塑料门更能发挥其特点。第四节 塑料管道 建筑用塑料管道包括聚氯乙稀(PVC)、硬聚氯乙烯(UPVC)、高密度聚乙烯(H

30、D-PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)管道等。国外以PVC管道的生产量为最大。一 基本配方和工艺技术路线 生产建筑用聚氯乙烯管材多使用XS-t型和XS-5型悬浮法聚氯乙烯树脂。悬浮法聚氯乙烯树脂产量约占我国各类树脂总产量的40%。1管材的基本配方 建筑用聚氯乙烯管材的参考配方如表5-3。 表5-3 PVC管材配方原 料配 方PVC树脂(XS-4型)三盐基性硫酸铅二盐基性硬脂酸铅硬脂酸铅硬脂酸钙聚乙烯醇硬脂酸丙烯酸酯碳酸钙粉1000.81.50.30.51.21.80.20.50.10.200.202.005.02管材生产工艺路线塑料管材的生产工艺与塑料异型材的生产工艺相似，可以用

31、单螺杆挤出机也可以用双螺杆挤出机挤出成型。 3管件的基本配方 管件用XS-5型或XS-6型聚氯乙烯树脂。因管件的机械强度、抗冲击强度要求比管材高，所以需要加入抗冲击剂，常用的抗冲击剂有：MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)，CPE(氯化聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)，ACR(丙烯酸酯类)。 目前，塑料管道的联接，国内采用粘接、橡胶圈联接和螺纹联接。国际标准的规定及英、美、前苏联等国家规定用粘接和橡胶圈联接两种方式。日本一般采用粘接。我国标准推荐粘按系列，但也不排除螺纹连接及橡胶圈联接。二. 塑料压力管道的快速开裂危险性和制止措施塑料压力管道的发展经历了三个发展阶段：(1)开

32、始采用塑料压力管道的初级阶段；(2)保证和改进塑料压力管道的耐蝤变开裂长期寿命和长期强度的阶段；(3)防止塑料压力管道快速开裂破坏的危险的阶段。目前世界先进水平已进入第三个发展阶段。我国的水平处于第二个发展阶段。目前用量大，危险性大的塑料压力管道首推聚乙烯燃气管。快速开裂是一种偶发性事故，但一旦发生，裂纹将以l00500m/s的速度迅速扩展几十米至几千米，造成大面积泄漏事故和灾难性的后续事故。燃气管的安全运行绝对不能允许快速开裂事故发生。近年来，塑料压力管道快速开裂的最著名的例子是匈牙利1986年在一条315mm，运行压力0.8MPa的聚乙烯燃气管上进行的快速开裂的验证性试验。试验中该管道一次

33、开裂700m。80年代，我国青海某工厂曾发生聚氯乙烯管道快速开裂破坏十几米的事故。快速开裂危险是客观存在的，后果是灾难性的。英国科学家和工业界对此有清醒的认识。英国天然气公司建有一套塑料管道快速开裂全尺寸试验装置。从70年代起，利用该装置得到的结果给塑料管道颁发许可证和规定管网运行压力，这样就从根本上保证了英国塑料天然气管道的安全。换句话说，决定英国天燃气管道的运行压力的关键因素不是蠕变开裂长期强度，面是抵抗快速开裂的能力。为了防范塑料压力管道的快速开裂危险，在70年代，英国塑料天然气管道的运行压力很低，仅为0.2MPa。到80年代随着塑料材料抵抗快速开裂的能力的提高，运行压力提高到0.3MP

34、a，到80年代后期，英国石油公司开发成功具有优异的抵抗快速开裂能力的第三代高密度聚乙烯，借此实现了250mm，SDR17.6，运行压力从0.3MPa提高到0.7MPa的重大突破。这种管道在0进行的全尺寸实验，临界压力Pc在1.4MPa以上。先前东欧国家在规定塑料压力管道的运行压力时，以蠕变开裂长期强度为依据，不知道快速开裂危险。这样，他们的315mm聚乙烯燃气管的运行压力竟高达0.8MPa，后来在英国的帮助下，认识到快速开裂危险，实施了上面叙述过的著名的快速开裂危险性的验证性试验。以后，将这种管道的运行压力从0.8MPa降至0.3MPa，以保证免除快速开裂危险。以上两个例子的鲜明对比，进一步表

35、明了快速开裂危险是决定塑料压力管道运行压力的关键因素。管道的运行压力决定着管道的输送能力，在一个国家的大范围内影响到管道输送工业的经济效益。到目前为止，根据防范快速开裂危险所决定的允许压力仍然低于根据耐蠕变开裂长期强度所决定的允许压力。但是，“第三代高密度聚乙烯”根据防范快速开裂危险所决定的允许压力0.7MPa已经很接近根据耐蠕变开裂长期强度所决定的允许压力的极限值0.96Mpa。 快速开裂和蠕变开裂有两个重要不同之处： (1)蠕变开裂的破坏速度在高温时快，低温时慢。快速开裂的危险在低温时更严重。在很低的温度下，快速开裂呈脆性开裂模式，温度升高后达到脆韧转化温度Tc，开裂模式转化为韧性开裂模式

36、，开裂阻力提高约1个数量级。塑料天然气管道的最低使用温度是由各国的气候条件决定的。英国的规定为0。“第三代高密度聚乙烯”以前的材料，即第二代聚乙烯，脆韧转化温度位于0附近，不能保证在0时有很好的抵抗快速开裂的效果。“第三代高密度聚乙烯”将脆韧转化温度Tc下移到-15-20，就能保证在0时有很好的抵抗快速开裂的效果。快速开裂给开发低温压力管道带来更大困难。 (2)若SDR(管外径与管壁厚之比)不变，按蠕变开裂长期强度计算的许用压力与塑料管的直径和壁厚无关，但快速开裂的危险随管径和壁厚增大面增大。快速开裂是一个动态问题。定性地看，快速开裂危险随管径和壁厚增大，但定量关系十分复杂。从实验可得到一个临

37、界厚度tc，管材厚度低于tc时，开裂呈韧性模式，开裂阻力大；管材厚度大于tc时，开裂呈脆性模式，开裂阻力小。因此在保持SDR不变，增大管径时，管壁厚度相应增加，快速开裂的危险性也增大。快速开裂危险在决定大口径管道运行压力问题上起到限制作用。快速开裂过程可以分为两个阶段：引发裂纹和裂纹增长。压力管道在实际运行中，可能因为偶发性事故引发裂纹：如地层下陷、第三方施工、蠕变开裂裂纹演化到一定程度后转入快速开裂等。引发裂纹后，管璧的应变能的释放和气体从裂纹喷出所产生的撕开作用提供了裂纹继续增长的驱动力。裂纹增长时，形成单位面积的开裂表面所需消耗的能量是裂纹增长的阻力，即动态裂纹增长阻力GD。当驱动力大于

38、增长阻力时，裂纹可以以一个稳定的高速度开裂至无限长度，否则裂纹将自行止裂。由于引发开裂的偶发性事故难以预测和防范，人们的注童力完全集中在快速开裂裂纹增长问题上。另一方面，管道工业可以容忍因裂纹引发所产生的小范围事故。但不能容忍因快速开裂裂纹增长所产生的大范围事故。管道工业的目标是在快速开裂条件下，裂纹有自行止裂的能力。第五节 化学建材的火灾危险性及其对策随着聚合物材料的发展，同时由于它的优异性能，在建筑上得到了广泛应用，例如将聚合物作隔热、隔音、屋顶材料；作内装修、天花板、护墙板、地板材料；作电线电缆绝缘层，电线电缆导管、上水管、下水管、煤气管、通风管道材料等。聚合物还用于器具和设备外罩和零部

39、件、整套家具、各式座垫、地毯、墙纸墙布、装饰织物等。然而聚合物材料大都是可燃烧的，有些材料在一定条件下燃烧还非常迅速，给人的生命和财产带来了极大危害，引起了人们的共同关注。 一、化学建材的火灾危险性 从消防安全考虑，能够表明化学建材火灾危险性因素主要有着火性、火焰蔓延、释热速率、烟和燃烧产生物的毒性等，下面分别予以介绍。 1着火性。在外界热源作用下，聚合物材料温度升高，达到分解温度以上时，分解出的可燃性气体在一定条件下，开始燃烧谓之着火。所谓着火性，即材料着火的难易程度。着火的难易可以用材料的闪点和自燃点来衡量，氧指数实质上也能表示材料的着火性。 材料的着火性是衡量火灾危险性的重要因素之一。现

40、实生活中，经常发生诸如由于乱扔火柴和香烟头等小的火种，引起沙发、地毯等易燃物着火而发生的火灾；因电焊火花引起未经阻燃处理的玻璃钢着火而酿成大火的例子。由此可见，材料的着火难易对减少火灾是何等的重要。一般来说，在其他条件相同的情况下，着火温度高的材料比着火温度低的火灾危险性要小。例如，由于火灾而使环境温度达到300时，那末着火温度为200的材料就会燃烧，而着火温度为400的材料则仍然是安全的。由此可知，对聚合物材料进行了阻燃处理，合成新的耐热材料，提高材料着火温度，对于减少火灾具有重要意义。2火焰蔓延。 火焰蔓延指在一定条件下火焰沿聚合物材料表面的传播，它是燃烧过程中的一个内容。所谓火焰蔓延速度

41、是指在一定环境条件下，火焰前峰面在固体表面移动的速度，它可以度量材料蔓延火灾的危险程度。由于表面火焰的传播，决定火焰蔓延速度快的材料火灾危险性大，反之危险性就小，所以研制低传播火焰的材料对消防安全是有现实意义的。 影响火焰蔓延的因素主要有；材料本身性能、环境条件、火焰传播方向等。3热释放速度。 越来越多的研究结果表明，许多实验室规模小型燃烧试验得出的结果，往往难以与材料真实火灾的燃烧行为相一致。有时对同一材料的评价，不同实验方法会得出相互矛盾的结果。寻求一种新的实验方法是当务之急；1982年由美国国家标准局的锥形量热仪可以测量材料热释放速率等10余个参数。实验所得结果与大型1:1试验结果有良好

42、的相关性，因此被世界越来越多的实验室所采用，所谓热释放速率即单位时间内材料燃烧放出的热量，是表明材料火灾危险性最重要的参数。4烟。烟带来的主要危险是使能见度降低。烟常会妨碍人们逃离火灾现场。决定在一定空间内能见度降低程度的最重要因素是产生在这个空间内的烟气浓度，浓度以烟的光通密度为计量单位，它与烟气浓度直接成正比。表5-5给出了部分材料的发烟量(NBS烟室法)。5有毒气体。当火灾发生时，人们往往首先想到的是热和火焰的危险。实际上，造成伤亡事故的主要原因是吸入高温有毒和缺氧的气体。聚合物材料燃烧产生的有毒气体主要有：CO、CO2、烃类、醛类、氰化物和硫化物等。 CO是最危险的有毒气体。当材料不完全燃烧时就会产生CO，绝大多数火灾中，材料都处在不完全燃烧的状态，因此都有CO产生。所有的有机材