冷热水用聚丙烯PP-R管与PP-B管性能比较

文 刘丽霞

本文以即将实施的新标准GB/T 18742.2-2017《冷热水用聚丙烯管道系统 第2部分：管材》为背景，通过对PP-R管和PP-B管进行一系列物理项目测试，从而对其性能进行比较。结果表明：PP-B管的高温耐压性能相对PP-R管较差，若作为热水管使用，其长期使用寿命不如PP-R管；作为冷水管使用则PP-B管在低温性能上优于PP-R管，PP-B管更适合在北方寒冷地区输送冷水用。

概况

一、产品概况

冷热水用聚丙烯管材是一种技术经济综合性能良好的新型塑料管材，属于国家大力推广应用的化学建材产品之一。其按使用原料的不同主要分为3种：均聚聚丙烯（PP-H）、无规共聚聚丙烯（PPR）和嵌段共聚聚丙烯（PP-B）。由于PP-H管的耐冲击性不好和耐蠕变性能差，使用量非常少,目前市场上以PP-R管和PP-B管为主。

无规共聚聚丙烯（PP-R）管除具有一般塑料管质量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等通用优点外，还具有清洁无毒、长期耐热和耐压性好、良好的保温节能性，是真正的绿色环保建材产品。而且，安装方便，连接可靠。PP-R管的特点逐步被我国管道工程界认同，从各种新型输水管材中脱颖而出，短短几年时间发展迅速，应用十分广泛。

嵌段共聚聚丙烯（PP-B）管虽然在高温耐压性能和使用寿命方面不如PP-R管，但是其在常温或低温使用场合的柔韧性要比PP-R好，尤其是PP-B管具有较好的抗低温冲击性能，使其更适于冷水的输送，因此，PP-B管在我国寒冷的北方地区使用量也非常大。

二、产业分布

目前，我国PP-R管和PP-B管产业主要分布在山东、江苏、浙江、广东、福建、上海等沿海经济发达地区，但由于此行业门槛较低，再加上沿海经济发达地区的这种低附加值产业的淘汰速度加快，导致该产业正向内地省市加速转移。

PP-R管和PP-B管虽然才兴起十几年的时间，在我国还是取得了飞速发展，出现了一大批国内知名品牌。目前在我国给水管材的市场上比较有知名度和影响力的品牌有金德、中财、伟星、日丰、联塑、中塑、金牛和公元等。

三、监测项目

本次以即将实施的新标准GB/T 18742.2-2017《冷热水用聚丙烯管道系统 第2部分：管材》（2018年5月1日实施）为背景，通过对PP-R管和PP-B管进行一系列物理项目测试，从而对其性能进行比较。具体监测项目为熔融温度Tpm、简支梁冲击试验(0±2)℃、简支梁冲击试验(-10±2)℃、静液压试验（95℃,165h）、静液压试验（95℃,1000h）、氧化诱导时间（210℃）、完成95℃/1000h静液压试验后的氧化诱导时间（210℃）。涉及到的检测依据具体如下：

GB/T 18742.2-2017《冷热水用聚丙烯管道系统 第2部分：管材》。

GB/T 19466.3-2004《塑料 差示扫描量热法(DSC)第3部分：熔融和结晶温度及热焓的测定》。

GB/T 19466.6-2009《塑料 差示扫描量热法(DSC)第6部分：氧化诱导时间(等温OIT)和氧化诱导温度(动态OIT)的测定》。

GB/T 18743-2002《流体输送用热塑性塑料管材简支梁冲击试验方法》。

GB/T 6111-2003《流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法》。

检验概况

一、样品来源

本次在江苏地区的生产企业共抽样50批次，其中25批次标识为PP-R管，另外25批次标识为PP-B管。品牌覆盖ABM、JOMUGY、FEZGY、HOFEA、GNEN、皮尔特、欧萨、星丰、铖力、三能、中亿、欧塑、格兰特、同越、日源、苏博士、中柏等。

表1. PP-R管和PP-B管的监测项目及依据

二、检测依据

本次PP-R管和PP-B管的监测项目和依据具体如表1所示。

总体评价与分析

一、总体评价

本次聚丙烯管材共抽样50批次，其中25批次为PP-R管，另外25批次为PP-B 管。监测结果表明：1、在不低于0℃时，PP-B管和PP-R管均具有良好的耐冲击性能，而在-10℃时，PP-B管的耐冲击性能优于PP-R管，PP-R管在-10℃及以下的低温条件下使用时存在破裂的风险。因此，PP-B管更适合作为冷水管用，尤其在寒冷的北方地区使用PP-B管输送冷水比用PP-R管更有优势。2、PP-B管的静液压试验合格率远远低于PP-R管，且不合格项目主要体现在静液压试验（95℃,1000h）上，说明PP-B管的高温耐压性能相对PP-R管较差，若作为热水管使用，其长期使用寿命不如PP-R管。3、共发现16批次管材的氧化诱导时间和完成95℃/1000h静液压试验后的氧化诱导时间小于标准要求，问题发现率为32%。其中，9批次为PP-R管，7批次为PP-B管，说明两种类型的管材在耐热氧老化性能上无明显差别。

图1 PP-B管的典型DSC曲线

二、监测项目分析

1、熔融温度

熔融指完全结晶或半结晶聚合物从固态向具有不同粘度的液态的转变阶段，在差示扫描量热（DSC）曲线上表现为吸热峰，发生熔融的温度叫熔融温度。一定程度上，可通过对材料进行热分析，根据熔融温度值来识别材料种类。在GB/T 18742.2-2017新标准中就增加了熔融温度项目用以区分材料种类，要求：Tpm（PP-B）≥160℃，Tpm（PP-R）≤148℃。如图1所示为PP-B管的典型DSC曲线，如图2所示PP-R管的典型DSC曲线。

熔融温度测试结果表明：样品标识材质信息与实际相符，即25批次为PP-R管，另外25批次为PP-B管。

2、简支梁冲击试验

简支梁冲击试验是测定流体输送用热塑性塑料管材冲击强度的方法，将一小段管材或机械加工制得的无缺口条状试样在规定的测试温度Tc下进行预处理，然后以规定的跨度将试样在水平方向呈简支梁式支撑，用具有给定冲击能量的摆锤在支撑中线处迅速冲击一次。对规定数目的试样冲击后，以破损率表示试验结果。

图2 PP-R管的典型DSC曲线

近年来，聚丙烯管材在冷热水输送管道中被普遍使用，其在长途运输的颠簸、装卸及安装施工过程中不可避免地会受到外力的冲击，若材料本身的耐冲击强度不够，则有可能会发生管材的破裂甚至断裂。简支梁冲击试验（(0±2)℃和(-10±2)℃）在一定程度上反映了管材的耐低温冲击性能，破损率越高，说明耐低温冲击性能越差，在气温低时管材的施工及使用破裂风险越大。

按照GB/T 18742.2-2017标准中的规定，PP-B管和PP-R管的简支梁冲击试验温度均为（0±2）℃，要求试验后试样的破损率≤试样数量的10%。经检测，简支梁冲击试验(0±2)℃项目全部合格，且试验后试样的破损率均为0%，说明在不低于0℃时，PP-B管和PP-R管均具有良好的耐冲击性能。

而简支梁冲击试验(-10±2)℃结果表明：PP-B管在-10℃下的简支梁冲击试验全部无破损，破损率为0%，PP-R管在-10℃下的简支梁冲击试验有10批次破损率大于10%（破损率在30%～80%之间）。说明在-10℃时，PP-B管的耐冲击性能优于PP-R管，PP-R管在-10℃及以下的低温条件下使用时存在破裂的风险。因此，PP-B管更适合作为冷水管用，尤其在寒冷的北方地区使用PP-B管输送冷水比用PP-R管更有优势。

3、静液压试验

静液压试验是冷热水用聚丙烯管材非常关键的物理力学性能指标，它反映了管材在一定温度的水环境中使用时所能承受压力的大小和寿命的长短。静液压试验不合格的管材，在实际使用中经受一定温度的水压，使用寿命较短，极易出现爆管的现象，达不到设计使用寿命50年的目标。

图3 静液压试验（95℃，165h）后破裂照片

对于一般的监督抽查，由于时间的限制，时间最长的静液压试验通常只进行静液压试验（95℃,165h）项目，该项目合格并不能预测管材的长期使用寿命状况，也不能真正反映出管材的实际质量状况。而静液压试验（95℃,1000h）项目在一定程度上反映了管材在热水环境中使用时所能承受压力的大小和寿命的长短，只有达到标准要求的产品才能保证在热水温度下的使用周期内不会发生破裂或渗漏现象。该项指标不合格，说明该产品不适用于在热水环境或压力下长期使用。

经检验，静液压试验（95℃,165h）项目1批次不合格，静液压试验（95℃,1000h）项目9批次不合格，且不合格的全部为PP-B管，静液压试验后的典型破裂照片如图3、4所示。由此可见，PP-B管的静液压试验合格率远远低于PP-R管，且不合格项目主要体现在静液压试验（95℃,1000h）上，说明PP-B管的高温耐压性能相对PP-R管较差，若作为热水管使用，其长期使用寿命不如PP-R管。

4、氧化诱导时间

氧化诱导时间为在常压、氧气或空气气氛、规定温度下，通过量热法测定材料出现氧化放热的时间，是材料耐氧化分解的一种相对度量，其在一定程度上反映了材料耐热氧老化的性能，氧化诱导时间越长，管材耐热氧老化性能越好。在GB/T 18742.2-2017新标准中已增加了氧化诱导时间和完成95℃/1000h静液压试验后的氧化诱导时间项目，要求分别为不低于20min 和16min。

图4 静液压试验（95℃，1000h）后破裂照片

本次即按照新标准中的要求进行了以上项目的测试，共发现16批次管材的氧化诱导时间和完成95℃/1000h静液压试验后的氧化诱导时间小于标准要求，问题发现率为32%。其中，9批次为PP-R管，7批次为PP-B管，说明两种类型的管材在耐热氧老化性能上无明显差别。

氧化诱导时间越短，管材耐氧化分解的性能越差，管材在使用中，尤其是在高温条件下使用，越容易老化，影响管材的使用寿命。通过比较氧化诱导时间和完成95℃/1000h静液压试验后的氧化诱导时间发现，完成95℃/1000h静液压试验后管材的氧化诱导时间均有不同程度下降，说明经过95℃/1000h静液压试验后管材已开始发生一定程度的老化。