硬聚氯乙烯(PVC-U)管材拉伸性能试验影响因素分析

颜润钊

关键字：PVC-U管材  拉伸性能  屈服强度  断裂伸长率  影响因素

摘要: 分别从制样方法选取、状态调试时间、试验环境、外在因素等对PVC-U管材拉伸性能试验结果的影响进行探讨。通过大量的试验数据得出结论：制样方法选取、试验环境、外在因素对试验结果影响较大；状态调试时间的长短对试验结果影响不大。

前言

随着塑料管道应用的普及, 市面上塑料管材逐渐替代传统的金属管材，PVC-U 管材系统广泛应用于建筑室内室外排水工程，其管材作为排水体统的主体，其产品质量直接关系到工程质量的耐久性、适用性。拉伸性能是PVC-U 管材的重要质量指标，拉伸性能包括拉伸屈服应力和断裂伸长率两个参数。 GB/T 5836.1-2018《建筑排水用硬聚氯乙烯( PVC-U )管材》标准中规定了拉伸屈服强度及断裂伸长率的技术要求和试验方法。笔者以大量的试验深入对PVC-U管材拉伸性能测试结果的影响因素进行了分析。

一、制样方法的选择对建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材拉伸性能试验结果的影响

1. 在GB/T 8804.2-2003标准中对试样制备有两种方法：

1.1 冲裁方法  将样条放置于125℃~130℃ 的烘箱中加热，加热时间按 1mm / min计算，加热后快速的用裁刀一次施压冲裁试样成型，然后将试样置于空气中冷却调节到常温。

1.2 机械加工方法   公称外径大于110 mm 规格的管材，直接采用机械加工方法制样。

公称外径小于或等于110 mm规格的管材，应将截取的样条在温度125℃~130℃ 条件下加热后压平，加热速率时间按 1mm / min 计算。压平后在空气中冷却调节到常温，然后再用机械加工方法进行制样。

2. 现在通过一个对比试验进行分析

本对比试验使用3 根相同规格但不同厂家生产的样品（管材直径110mm，分别为厂家A（组1、组2）、厂家B（组3、组4）、厂家C（组5、组6）上分别进行冲裁方法和机械加工方法进行制样，共制取6组试样，每组试样5个样品。6组对比试样的试验结果见表1、表2、表3。

3. 对比结果分析：

由 表1 、表2、表3可以看出与机械加工试样数据相比, 3组冲裁试样拉伸屈服强度指标均在不同程度上有所降低。经探讨原因为：PVC-U管材较硬，与机械加工制样方法相比，冲裁制样前需要将样条放置于125℃~130℃ 的烘箱中加热，而烘箱加热会使 PVC - U 管材高分子链滑移，造成管材强度下降，从而导致有冲裁试样的拉伸屈服应力下降现象。

而且PVC - U 管材高分子链段的活性会增强，再加上加热后缓慢降温会导致内部应力的释放，柔韧性也应该会得到提高，理论上冲裁试样的断裂伸长率会比机械加工试样有一定的提升。 但根据表1 、表2、表3 数据进行分析，厂家A、厂家B、厂家C的样品断裂伸长率按制样方法并未出现规律性变化。所以根据试验实际结果分析 ，制样方法选择的不同未见对断裂伸长率指标产生明显的影响。

表1 厂家A对比试验
	机械加工试样（组1）		冲裁试样（组2）
试样	屈服强度 (MPa)	断后伸长率 (%)	屈服强度 (MPa)	断后伸长率 (%)
1	43.2	82.3	42.1	89.7
2	42.5	85.6	40.2	88.5
3	44.6	84.2	40.3	90.2
4	44.1	87.5	41.6	85.3
5	45.2	85.3	42.3	84.2
平均	43.9	85.0	41.3	87.6

表2 厂家B对比试验
	机械加工试样（组3）		冲裁试样（组4）
试样	屈服强度 (MPa)	断后伸长率 (%)	屈服强度 (MPa)	断后伸长率 (%)
1	47.6	86.2	45.6	87.2
2	48.5	87.2	47.3	85.6
3	46.3	90.2	46.3	87.3
4	48.2	93.1	44.2	88.2
5	47.2	90.1	46.2	86.5
平均	47.6	89.4	45.9	87.0

表3 厂家C对比试验
	机械加工试样（组5）		冲裁试样（组6）
试样	屈服强度 (MPa)	断后伸长率 (%)	屈服强度 (MPa)	断后伸长率 (%)
1	38.9	74.3	36.5	73.2
2	37.3	72.1	35.2	77.5
3	39.2	73.6	36.9	78.2
4	40.2	77.9	34.3	76.2
5	39.2	72.9	39.2	73.9
平均	39.0	74.2	36.4	75.8

表4 状态调节时间对比试验
时间	屈服强度(MPa)		断后伸长率(%)
	厂家1	厂家2	厂家1	厂家2
1h	44.8	40.3	85.3	82.3
4h	43.6	40.6	84.3	82.4
12h	44.2	41.1	86.7	81.9
24h	44.6	40.7	85.6	82.3
48h	43.7	40.3	87.0	81.6
（结果为每组样品的直接平均值）

二、状态调试时间对测试结果的影响

1. 试样制备好后，要按照GB/T 2918-2018《塑料试样状态调节和试验的标准环境》在恒温条件下进行放置处理。一般情况下在放置过程中，试样的内部应力、分子构型、物理状态会发生变化，最主要的是试样内存在的残余应力能被减弱。

2. 取两个厂家各分别5组样品，调试时间分别为1h、4h、12h、24h、48h， 由同一试验员操作试验机在相同环境条件下测试，最终结果见表4。

3. 结果表明：随着调试时间的延长，拉伸屈服强度及断裂伸长率变化不大，未见明显的规律性。

三、试验环境对测试结果的影响

1. 在环境因素中，影响PVC-U管材拉伸性能试验结果的主要因素是实验室温度。根据GB/T 2918-2018《塑料试样状态调节和试验的标准环境》 中规定，标准实验室温度为（23±2）℃ 。

2. 取两个厂家各3组试样，状态调节24h后，由同一人操作试验机分别在21℃、23℃、25 ℃ 条件下进行测试， 测试结果见表5。

3. 结果表明：PVC-U管材的拉伸屈服强度受实验室温度的影响较大。按照表5，随着实验室温度的上升，拉伸屈服强度呈下降趋势。经讨论分析，这是因为温度上升，高分子材料的热运动增强，高分子材料分子链段的活性增强，分子链的柔性增加，表现为材料变软， 拉伸屈服强度有所下降。

表5 室温对试验的影响
温度	屈服强度(MPa)		断后伸长率(%)
	组别1	组别2	组别1	组别2
21℃	43.2	44.2	85.6	82.3
23℃	43.0	43.9	86.3	83.4
25℃	42.8	43.7	86.5	83.6
（结果为每组样品的直接平均值）

 

表6 标线划痕对试验的影响
分类	屈服强度(MPa)		断后伸长率(%)
	组别1	组别2	组别1	组别2
有划痕	44.3	42.3	85.6	83.3
无划痕	44.4	42.3	88.1	85.5
（结果为每组样品的直接平均值）

四、其它外在因素的影响

其它外在因素主要是夹具对中线情况、试件制样时产生的外伤、操作不当产生的缺陷、设备精度等。其中操作不当产生的缺陷我们要更为重视，因为这种情况常常发生。

1. 关于缺陷，以下我们按人为的凹痕缺陷为例进行分析。

取两个厂家各分别2组样品， 分别为有压痕和无压痕 ， 压痕点在25mm标线两端，由同一人操作试验机在相同环境条件下测试，结果见表6。

结果表明：试件压痕对拉伸屈服强度影响不大，无明显区别，但是对断裂伸长率有一定影响。如图1所示，试验员在25mm标线两端使用游标卡尺各压下一个点，当进行拉伸试验时，两点划痕成为了最薄弱处，试件拉断大几率在凹点处发生(见图1圈注)，使得断裂伸长提前发生。

2. 测量工具的精度。 应从测量工具出发，保证其精确性，并要求测试人员统一测量工具，减小误差。
3. 工具的维护。设备应定期进行维护调试，加工制样工具定期检查并考虑损耗情况进行更换，避免加工制样过程中试件出现外伤、缺陷等情况。

五、小结

1. 通过分析，在对PVC - U管材进行拉伸性能试验试样进选择时, 可用机械加工试样为主，冲裁试样为辅的原则进行。 特别注意的是，当试验结果数值在合格要求附近徘徊时，需认真考虑制样方法对试验结果的影响，并考虑其它的影响因素。

2. 实验室温度对试验结果影响较大，试验表明温度每升高２℃，拉伸屈服强度降低较为明显。所以我们需严格控制环境温度。

3. 其它外在因素也存在对试验结果影响较大的情况。微小凹痕对拉伸屈服强度影响不大，但是对断裂伸长率有一定影响。若发现其它缺陷，如缺口、伤口，我们则需要重新制作试件。测量工具的精度、工具的维护要认真对待。

六、 建议

1. 为保证测试结果的准确性，试验人员必须具有高度的责任心，严格执行试验标准和操作规范，严格控制实验室温度、湿度，做好相应台账。

2. 编制合适的作业指导书，选取适当的、流行的试验方法，消除外在环境及缺陷的影响，及时对各类突出问题进行分析调整。定期、按计划组织人员、设备、环境的比对能力验证。

［参考文献］

[ 1 ]建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC - U )管材：GB/T 5836.1-2018[ S ],

[ 2 ]热塑性塑料管材 拉伸性能测定 第1部分:试验方法总则：GB∕T 8804.1-2003[ S ]，

[ 3 ]热塑性塑料管材拉伸性能测定第2部分：硬聚氯乙烯( PVC-U )、氯化聚氯乙烯（PVC-C )和高抗冲聚氯乙烯( PVC-HI )管材：GB/T 8804.2-2003 [ S ].