针对给水节水载体质量性能检测方法的分析

刘雅婧刘大伟柳振华

摘要：关于我国给水节水主要载体质量性能分析检测方法主要概括为化学成分分析，物理机械性能分析，卫生安全性能分析三方面，本文以高分子节水产品为例，简要概述目前节水产品材料发展应用情况以及具体检测方法如：材料分子量检测，静液压强度检测，氧化诱导时间检测等。

关键词：给水节水载体；质量性能；检测方法

0引言

我国的基本国情是人多地少水缺且水资源分布不均衡，解决我国复杂的水问题，需要先进的治水理念和科技支撑，需要健全完善的制度保障，需要坚实的水利工程基础，而供水节水重大水利工程是水利基础设施体系的重点和关键，在保障水安全和促进区域经济社会发展中处于重要的先导地位。目前我国建筑室内外输水管主要为：钢衬塑复合管、100级聚乙烯（PE）管、球墨铸铁管、无规共聚聚丙烯（PP-R）管、不锈钢管、铜管等，居民自来水管正在逐步被聚丙烯共聚物管、聚氯乙烯（PVC）管所替代；用于农业给水节水灌溉产品的主要材料是碳素钢及PE100，涉及到的产品种类如：节水灌溉过滤器、微喷滴头、滴灌带、输水软硬管等。农业节水灌溉是我国水资源节约的主要控制措施，2014年9月29日国新办举行的中国节水灌溉状况新闻发布会把我国实施节水灌溉的成效概括为五方面：一是节约了水资源；二是增加了粮食产量；三是提高了肥料、农药使用效率；四是发挥了综合效益，促进了现代农业发展；五是带动了节水产业发展。

作为给水节水技术的重要物质载体，给水节水产品质量提升与推广普及涉及经济社会生产生活的多个领域，中国在节水产品质量方面与美国、中东等节水灌溉强国存在一定差距，合格的节水产品有助于我国给水节水重大工程长效应用，给水载体生产企业有必要提高产品技术门槛，增强产品质量控制措施，加大对新材料、新品种、新技术和新工艺的研发力度，提高载体给水节水效率，切实提升质量保障和自主创新能力，而对其化学结构组成、物理机械性能，及其卫生安全性能等指标进行分析测试和评估，具有十分重要的实际意义。

1给水节水载体性能的检测方法分析

1.1化学结构组成检测方法

检定给水节水产品用金属材料的化学成分可以采用原子吸收、发射光谱法、凝胶渗透色谱法，产品表面化学元素分析可使用X射线荧光法或电镜能谱分析等方法，此外，X射线衍射法可用来测定原子晶体、分子晶体、金属晶体的结构及聚合物的粒子大小等。高分子给水节水载体的化学成分分析手段较多，例如红外光谱法、核磁共振波普法可用以检定材料的微观分子链结构，凝胶渗透色谱法测定材料的微观分子量大小及分布。尽管目前还没有国家、行业标准对此项检测方法做出规范，但化学结构组成检测对给水节水产品生产企业的质量保证及生产成本意义重大。

1.2物理机械性能检测方法

给水节水载体在使用过程中，综合性能会受众多环境因素影响，如高分子节水材料发生老化降解，导致性能变差，如变脆发硬、物化性质上分子量增减，力学性能强度消失等；金属焊接结构由于本身的结构缺陷在受外冲击后而发生断裂等。高分子节水材料的热性能检测方法有差示扫描量热法、热失重分析法，可以鉴定材料的玻璃化温度、热降解温度、氧化诱导时间等性能；聚合物及金属材料的力学性能是材料使用时必须了解的一些物理机械性能，包括拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、疲劳强度、硬度等，用以预测材料遭受各种可能形式破坏时的抵抗能力。目前高分子节水材料的检测评价标准研究较为完全，形成了包括聚乙烯材料、聚氯乙烯材料、聚丙烯材料、聚合物金属复合材料等一个系列框架。

1.3卫生安全性能检测方法

给水节水载体的卫生安全性能是作为输配水设备材料最主要的性能指标，国家标准GB/T17219-1998“生活饮用水输配水设备及防护材料安全性评价标准”规定出24个检测项目的标准及要求，涉及到的检测方法有：紫外可见分光光度法、原子吸收分光光度法、荧光分光光度法、气相色谱法等，该标准适用的产品种类有：给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材及管件，给水用聚乙烯（PE）管材及管件，冷热水用聚丙烯管道，钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管材及管件，压力钢管等。

2以高分子节水产品为例的检测方法介绍

2.1高分子节水产品常用材料

2.1.1聚乙烯

聚乙烯管材料具有价格低廉，质轻以及加工性能优异、良好的耐压性、使用寿命长等优点，在供水管道、燃气管道等领域有着广泛的应用。随着合成树脂聚合工艺技术水平的提高，欧美国家在20世纪80年代中期继第二代PE80级管材料后开发出了第三代聚乙烯管材料PE100，目前国际上的各大石油公司在率先开发PE125管材料（尚未工业化），我国石化企业亦在研发和生产PE100管材料，PE125亦进入研发阶段。PE制品的性能逐渐提高如目前已经工业化的高密度聚乙烯（HDPE）管材料，由于其具有密度低、强度高、脆化温度低、韧性好、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、易于施工和安装等特点，被广泛用于给水管、燃气管、换衬管、海水排泄管和工业用管等高端管材领域，已成为发达国家和地区在给水管道和燃气管道上的首选产品。

聚乙烯管材料在短时间、大载荷条件下的破坏是韧性破坏（塑性破坏），其本质在于在结晶过程中存在一定的可逆性，材料先形成颈状，然后发生断裂；而在长时间、小载荷作用下的破坏形式为脆性破坏，本质是应力开裂。管材料耐慢速应力开裂性能是评价管材料使用寿命的一项重要指标，而材料的破坏时间是耐慢速裂纹增长性能的直接度量。然而，目前各种聚乙烯的慢速裂纹增长性能差别很大，对于通常用于生产管材的聚乙烯材料，正常的慢速裂纹增长所需的时间一般远远超过实验所能容许的范围。

2.1.2氯化聚乙烯

氯化聚乙烯是聚乙烯经氯化而得到的一种弹性体，目前主要生产国有美国、中国、德国、英国等，主要生产厂商有美国的陶氏化学公司、中国潍坊亚星集团、日本昭和油化公司和日本大阪曹达公司等。氯化聚乙烯的生产工艺大致有水相悬浮法、溶液法和气相法，目前工业生产一般均采用水相悬浮法，水相法生产氯化聚乙烯所用原料为粉末状高密度聚乙烯，平均分子量20000-500000。氯化聚乙烯是不含双键的含氯弹性体，有优良的耐候、耐臭氧、耐热老化性、难燃性、耐药品性和耐油性，与氯磺化聚乙烯、乙丙橡胶性能近似，在许多场合下可替代氯磺化聚乙烯、乙丙橡胶，如作电线、电缆包皮、胶管、胶带、衬里等，同时具有原料来源丰富、制造工艺简单、成本低的特点，因此氯化聚乙烯的发展前景非常广阔，氯化聚乙烯单用或经掺合、接枝共聚，广泛地应用于给水节水主要载体。

2.1.3聚丙烯（PP）

聚丙烯（PP）是当今世界上五大通用塑料之中发展最快的一种，密度为通用树脂中最小的一种，是节水产品塑料中的重要品种，其生产能力以8%-12%的年增长速度发展。PP具有价格低廉、综合性能优良和容易加工成型等特点，是一种无毒、无味和无臭的乳白色蜡状物，具有良好的表面光泽度，易结晶，力学性能优良，短期使用温度可达到150℃，长期使用温度在100-120℃之间，具有优良的抗溶剂和耐腐蚀能力，PP材料的表面硬度及耐热性比PE高，源于侧甲基的存在使PP分子主链略显僵硬，这些均增高了材料的结晶温度及熔融温度。

2.2节水产品检测方法举例

2.2.1材料分子量检测

高分子材料的性质与其分子量大小及分布有密切关系，分子量和分子量分布通过影响结晶速度、结晶程度以及晶区的结构而影响本体的力学性能。采用凝胶渗透色谱（GPC）法可同时表征二者，此法分离原理为在聚合物的稀溶液中，聚合物分子链为卷曲缠绕的无规则线团状，若挟裹上溶剂会表现出一定的体积，当“线团”溶液流经装有多孔载体的色谱柱时，“线团”会向多孔载体的孔洞中进行渗透，分子量越大（即“线团”体积越大）的分子能渗透进去的孔洞数目越小，通过后续的淋洗方法可以达到分离聚合物的目的，利用标定曲线计算

聚合物的分子量。

2.2.2静液压强度检测

给水节水载体在使用过程中可能遭受各种形式的破坏，如受压开裂、拉断、弯断、撞断或反复弯折等，输配水工程在设计、选材、应用或选用新材料时必须预先知道和了解此类性能参数。该项为模拟使用环境条件检测，将经过状态调节的试样与加压设备连接，悬放于可恒温控制的环境里，试验压力与耐压时间根据试样的材料、规格尺寸确定，当达到规定时间后，以试样是否发生破坏及渗漏为评鉴标准。

2.2.3氧化诱导时间检测

节水产品的氧化诱导时间（即热稳定性）测试原理是，以测定试样在高温氧气条件下开始发生自动催化氧化反应的时间，对试样的热稳定性做出评价，差示扫描量热法（DSC）是材料热稳定性检测的主要方法，在程序控制温度变化下，测量试样与参比物在单位时间内能量差随温度变化的技术，温度差在时间上的积累即体现出材料的氧化诱导过程时间。

2.2.4卫生安全性评价

节水产品的卫生安全评价主要包括色、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、PH、金属元素、挥发酚类（以苯酚计）、氟化物、氯有机物、硝酸盐（以氮计）、苯并芘，蒸发残渣等几十余项，检测周期较长，检测方式主要为输配水设备的浸泡水检测，该法要求受试产品接触浸泡水的表面积与浸泡水的容积之比不小于在实际使用条件下最大的比例。在检测金属元素含量时需将金属离子与特定物质络合生成有色络合物，此后在特定波长下采用紫外可见分光光度法或原子吸收分光光度法进行检测；氯有机物根据其特有的挥发性适合采用气相色谱法进行分析，该法准确、灵敏且操作简单。作为饮水工程的输配水载体卫生安全评价为强制性检测项目。

3结语

综上所述，节水产品检测项目较多，部分尚未有检测方法的国家标准，未来随着我国给水节水重大水利工程的扩建，节水产品的技术化与材料多元化上升，检测项目参数必将扩展，作为节水产品检测中心及企业质检部门的管理与工作人员，对检测专业及技术的熟练化和专一化必将会有更高要求。

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作者简介：

刘雅婧（1987-），女，硕士，工程师，主要从事给水节水产品检测工作。

联系地址：吉林省长春市朝阳区南湖大路6299号水利部长春机械研究所（水利部综合事业局水利产品质量检测中心）（130012）