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1、氯化聚氯乙烯(PVC-C)纯净水及热水管道系统简介庞伟高、周慧生近年来,由于我国GDP每年最低以7%-8%的速度增长,人们的生活水平不断提高,对高品质产品的需求日益增长。在冷热水管的使用上,人们更希望使用到物性好、清洁、安全和安装简便的管道系统。河北宝硕管材有限公司采用美国诺誉公司制造的PVC-C原料,利用德国克劳斯玛菲设备挤出生产的PVC-C管材具备塑料管道最大的抗张性、长期工作温度高、抑菌性、管材、管件同质、密封性强、安装简便的特点,正日益受到人们的青睐。同时在美国用诺誉公司PVC-C原料制造的PVC-C直饮水和热水管道系统具有实际运行四十年无破坏,然后重新进行检测而性能依然良好。下面笔者
2、就PVC-C原料情况及管道特性及应用给广大读者做一个简单介绍:一、PVC-C的由来和发展制造氯化聚氯乙烯Chlorinated Polyvinyl Chloride( PVC-C)的主要原料为PVC 和氯,因此理论上我们可以说PVC-C是由PVC经过再氯化过程后形成的,其化学聚合过程见下图:H HH H它最早是由美国诺誉化工Noveon (前BFGoodrich-古利德)公司在1958年发明,1960年代初期进行商业化生产及运用,概念上PVC-C是由PVC再经过重新聚合及氯化作用形成的,但是PVC-C会因为不同的氯化方式、状况及氯的反应量有很大的差异性,Noveon可将其PVC-C分子链增大,
3、使氯含量由一般UPVC的56.7%提升到68%,最高到74%,分子间的稳定性显著增强,解决了某些PVC产品的分子链不稳定性而导致的其中的RVCM(剩余氯乙烯单体)析出的问题。同时要指出的事,一般厂家的PVC-C树脂生产技术,通常使其原料中的氯含量仅止于63%左右而已。由于拥有顶尖的科研团队和最先进的PVC-C生产工艺,再结合Noveon公司专利的材料配方科技,使得目前NOVEON 诺誉公司原料中的氯含量最高已达到74%的世界最高水平。其投放市场的PVC-C树脂, 氯含量在67%以上,具备高耐温性(长期工作温度达93oC)、化学性能迟钝不活泼、材质洁净抗菌、环保卫生、机械性强度优异、最安全的抗燃
4、性及发烟性等,今日诺誉生产的PVC-C已然成为工程塑胶材料中非常重要的一环。从使用的角度来看,PVC-C在开发初期首先进入民生用冷热水市场,慢慢随着产品的接受性逐渐增加,不断的扩展如纯净直饮水系统、商用纯水系统、电子工业用去离子水系统、医用洗肾用纯水系统、空调用冷热水系统、温泉热水系统、太阳能热水系统等崭新的领域,在北美地区民生市场与铜管系统共领风骚,今日并已拥有30的市场占有率。另一方面来说工业市场的脚步虽然稍微慢了一点起步,但是由于其优异的特性,在CORZAN PVC-C的出现后不久,立刻使得众多的传统工业及高新科技产业都要指定使用PVC-C管路系统。最迟进入的市场,也是最具独占性的市场B
5、lazeMaster消防管道系统,在BFGoodrich多年与美国UL保险实验室及NFPA国家防火协会的努力下,全世界唯一的PVC-C消防喷淋管道系统终于在1986年正式迈入实用阶段,这样的创举至今尚无人能出其右,也为PVC-C优异的防火安全性树立最显著的标竿。在这我们可以很明确的认定,PVC-C是个历经市场多方验证的成熟管路系统材质,可以符合不同需求的多功能性塑胶。二、PVC-C 管道系统的基本物理特性:性质项目测试方法测试条件英制公制一般性能比重ASTM D79273/231.55g/cm31.55g/cm3比容73/230.0103ft3/lb0.645cm3/g吸水率ASTM D570
6、73/23+0.03%+0.03%212/100+0.55%+0.55%洛氏硬度ASTM D78573/23119CELL等级ASTM D178423447-B机械性能落锤冲击ASTM D25673/231.5ft lbs/in o.n.80J/m o.n.抗张强度ASTM D63873/238,000psi55N/mm2抗张模量ASTM D63873/23360,000psi2500N/mm2弹性强度ASTM D79073/2315,100psi104N/mm2弹性模量ASTM D79073/23415,000psi2860N/mm2抗压强度ASTM D69573/2310,100psi70
7、N/mm2抗压模量ASTM D69573/23196,000psi1350N/mm2热性能热膨胀系数ASTM D6963.410-5in/in/1.910-5m/m/K热传导系数ASTM C1770.95BTU in/hr/ft2/0.137W/m/K热变型温度ASTM D648217103比热DSC73/230.21BTU/lb0.90J/gK212/1000.26BTU/lb1.10J/gK耐火性能耐燃等级UL940.062in/0.157cmV-0,5VB,5VA火焰传播速度ASTM E8415烟雾产生ASTM E8470-125LOIASTM 286360%介电性能介电强度ASTM D
8、1471250V/mil492,000V/cm介电常数ASTM D15060Hz,30/-13.703.70电力因子ASTM D1501000Hz0.007%0.007%电阻率ASTM D25773/233.41015ohm/cm3.41015ohm/cm三、PVC-C管道系统耐温性在常见的热水流体输送系统中,PVC-C与ABS、PP、PPR、PB 、PEX等相较,PVC-C拥有最大的实用持续操作温度93oC,其他的如UPVC, ABS无法达到80 oC常用热水要求,而PP、PPR、PB 、PEX等则在高温时压力承载能力非常有限,系统使用寿命也十分短,缺乏合理的实用性,从以下由ISO国际标准组
9、织资料所制作的比较表可以清楚了解。*82 oC LTHS长期环应力比较在82 oC热水环境下,材料环应力在持续操作时的变化,直线转折点代表材料已不再合适压力承载CPVCPBPEXPE-PTPP-R由此我们可以证明PVC-C不仅在同样热水温度下保有最大的压力承载能力,更能提供最长的使用寿命。此外,如何减少流体的热能损失也是相当重要的条件,PVC-C热传导系数约为镀锌钢管的1/300、铜管的1/3000, 亦是所有常用塑胶材料中的最低者。常见塑胶材料热传导系数比较 综合以上的数据,在输送热流体时如果采用PVC-C管道系统,在应用上不仅可以拥有最大的运行压力及使用寿命,也可以有效防止管内流体热量大量
10、损失, 减少管道辅助保温设施的需求, 大幅提升整体能源使用效率, 是最具输送经济效益的塑胶热水管道系统。四、 PVC-C管道系统卫生性宝硕管材有限公司使用的诺誉化工PVC-C材料符合欧美各国先进卫生指标如德国DVGW、英国WRAS、法国CSTB、荷兰KIWA、加拿大CSA、美国NSF等, 并已通过中国疾病预防控制中心 、NSF美国国家卫生基金会对饮用水设备的严格检验, 可安心使用于洁净生饮水相关系统。由于诺誉化工采用专利Post Chlorine氯化技术,使得RVCM残余氯乙烯单体完全在反应过程中消失,不致发生使用管道系统时释放出残余氯乙烯单体,同样的PVC-C分子结构中的氯原子亦处于非常安定
11、的状态,常态下不会产生分离释放现象,符合环境卫生要求。而诺誉化工的PVC-C其独特的自抑制细菌的作用, 不仅无法提供细菌所需的养分, 更可以有效抑制流体中病菌繁殖速度(如非典-嗜肺性军团菌),加上PVC-C管路内壁非常光滑细致, 大量减少水中微量原素累积及菌类藻类附着孳生机会,给使用者提供最纯净卫生的水质条件。因此如FlowGuard PVC-C洁净民生管道系统,早已在洁净生饮水系统、民用纯水系统、医疗用纯水系统、洗肾用纯水系统上大量使用。*120天管内细菌孳生比较 *16周管内非典-嗜肺性军团菌孳生比较*管内壁附着生物菌落平均密度比较 *30周内管内静水混浊度比较五、PVC-C管道系统的抗腐
12、蚀性PVC-C由于含有高量安定化合的氯原子,因此拥有非常好的化学耐蚀性,整体耐蚀能力介于PVC与PVDF之间,对大部分的无机酸、碱、盐和高分子量脂肪烃碳氢化合物呈惰性反应, 并且对强氧化物及卤素有良好的阻抗力。*PVC-C耐蚀性能分布比较图 此外,由于日常生活用原水来源的条件普遍无法达到最低卫生要求,因此目前在中国生活用自来水厂均采用传统加氯消毒处理,不过PVC-C对自来水中消毒所添加的氯呈惰性反应,不会产生特别的材质变化反应。六、 PVC-C管道系统的耐候性PVC-C管路道统在户外使用性方面有着极优异的表现,主要的原因来自于特殊的PVC-C材料配方,适量的二氧化钛及其他的专业紫外线抑制剂给P
13、VC-C提供强大的抗紫外线能力。较之目前一般厂家生产的UPVC / PVC-C已有极大的差异性。而传统塑胶材料以ABS为例,由于材料本身是由Acrylonitrile、Butadiene及Styrene三种材料共聚合成,异种分子间的键结力较弱,有别于UPVC / PVC-C的单一均质聚合,因此ABS在遭受等量紫外线的照射下,分子间键结被破坏的程度远远超过一般的UPVC / PVC-C,因此脆裂现象特别容易发生,更不用与专利的Noveon诺誉化工PVC-C来比较。所以在一般状况下塑胶材料都必须加以适当抗紫外线涂层或包覆才能在户外使用,而Noveon诺誉化工PVC-C却不必如此麻烦。七、 PVC-
14、C管道系统的耐久性美国Noveon诺誉化工PVC-C自材料研发初期至今均是以追求管道系统最大使用效能为宗旨,不断的自我突破,希望能为使用者创造最佳的时效经济性。所以诺誉化工PVC-C除了满足在合理条件下维持50年操作能力外,更努力追求赋予PVC-C更大的压力/温度使用范围与长期使用性。诺誉化工位于美国俄亥俄州克里夫兰的管道系统实验室,有着全球最先进的设备器材,而许多重要长期耐压试验自60年代即开始进行到现在尚未失败,让我们每天都不断的在见证PVC-C无与伦比的系统强韧性及耐久性。 *1962年750Psi (52.8Kg/cm2) *1990年1170Psi (82.3Kg/cm2)八、PVC
15、-C防火性防火性是PVC-C最为突出的性能,PVC-C具备无法自行燃烧、不助长燃烧、燃烧碳化不熔融滴落、低发烟量的特性,其LOI (Limiting Oxygen Index限氧指数)高达60,是一般塑胶中燃烧安全性评估等级最高的材料,也是目前唯一经美国UL、FM、英国 LPCB等国际消防系统认证机构允许,可使用于消防喷淋管道系统的塑胶材料,且已在欧美地区使用近20年时间。而传统如ABS、PP、PPR、PE、PE-X等均为非常危险的易燃性材料,除了可以轻易地自行燃烧外(LOI300热膨胀系数X104 K0.630.631.51.51.30.2导热系数W/MK0.140.140.220.220.22400极限氧指数LOI(阻燃性指标)6045181718氧渗透70C CM3 日 大气无无131616微小附录二、美国诺誉公司历史和成就诺誉化工公司是世界特殊功能性材料的先驱及领导者之一。2002年所生产产品的全部销售额为12亿美金。CORZAN PVC-C先进工业管道系统及FlowGuard PVC-C洁净纯水管道系统的专利PVC-C原料均来自于美国Noveon诺誉化工公司,其单位原为美国BFGoodrich古立德公司的特用化学品部门,于2001年与航空及太空产品部门分别独立成为诺誉化工及Goodrich公司,Goodrich至今仍在全球化工及航太事业扮演着非常重要的角色。
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