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 給水管件國家標準 GB/T10002.2-2016，管件的耐壓性能是主要的力學指標，影響了整個給水管路系統(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，也要考慮工藝的相應(yīng)調(diào)整。因此，只有通過對以上各個因素的深入分析、綜合評估，然后進行優(yōu)化，才能得到成本最低、性能最優(yōu)的產(chǎn)品。
1 耐壓性能測試的原理分析及操作方法耐壓試驗是為了檢驗 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。在國家標準 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，標準中規(guī)定的試驗壓力及試驗時間對樣品進行測試，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、進膠口位置開裂、熔接痕處破裂等等。通過長期對產(chǎn)品原材料、模具、配方、加工工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的全過程跟進及試驗樣品的觀察、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)成型的流動性、塑化效果、及工藝調(diào)整等，從而導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 ：
2.1 模具的分型
模具的分型影響了管件的注塑成型，模具分型面太復雜，會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，導致耐壓測試中管件出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。另外，如果分型面設(shè)置不利于排氣，會引起管件困氣位置的結(jié)合力下降，導致耐壓測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
模具的澆口太小，會使注塑壓力增大，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度最弱的位置重疊，會使熔接痕位置處更加薄弱，直接導致管件耐壓試驗時出現(xiàn)熔接痕的破裂。
2.3 模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計
模具冷卻直接影響到管件的質(zhì)量、成型。如果型腔、動模表面溫度不均，溫差較大，注塑后的管件會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導致成型后發(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、潤滑劑、填充劑等屬性和配比，都會影響管件的塑化，從而影響管件的耐壓性能。注塑工藝：管件注塑時料筒溫度、注射壓力、注射速度、注射時間、冷卻時間等因素，都會影響管件的塑化，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，同時，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 嚴格控制原材料物理性能
生產(chǎn)前，必須嚴格控制 PVC 的物化性能符合標準要求，因PVC 樹脂不合格的物化性能會使管件的強度降低。
3.2 優(yōu)化管件的配方
PVC 樹脂的占比越大，材料流動性越好，利于注塑成型，可提高產(chǎn)品成型后的承壓強度，建議占比80% ～ 90%；穩(wěn)定劑、潤滑劑、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，使管件成型后的強度得到增強，另外，澆口進膠位置使熔接線不與管件夾角重疊，增強熔接線位置強度。
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，也增強管件熔接痕位置的強度。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，實際設(shè)計時優(yōu)先取下限值，通過試模時逐步優(yōu)化。因澆口位置內(nèi)應(yīng)力較大，若不影響管件的實際施工及應(yīng)用，建議增加凸臺以增強澆口位置的強度。
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 ；型腔溫度太低會出現(xiàn)填充不良，熔接痕處強度不足 ；型腔溫差太大會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，設(shè)計時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度更低。
3.6 優(yōu)化注塑工藝，增強熔接痕處的強度
適當提高料溫、模具溫度、注塑壓力和保壓壓力，也可對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度，增加管件的強度。
3.7 優(yōu)化管件的結(jié)構(gòu)
在管件設(shè)計中，盡量避免銳角，在符合相關(guān)標準的原則下，適當設(shè)置大的圓角，減少管件殘余應(yīng)力，增加管件的強度 ；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)在夾角處適當增加局部壁厚，以增強夾角處的強度，使管件的耐壓性能得到增強。
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。在實際生產(chǎn)過程中，需要滿足生產(chǎn)要求和嚴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)用到公司的實際生產(chǎn)中，并取得了顯著的效果。