塑料管材用原料及模具设计1.ppt
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塑料管材用原料及模具设计和成型技术进展苑会林北京化工大学材料科学与工程学院2022/11/81北京化工大学目录n
(一)管材应用市场分析
(一)管材应用市场分析n
(二)管材材料的分级
(二)管材材料的分级n(三)管材系列划分及应用(三)管材系列划分及应用n(四)管材材料(四)管材材料n(五)管材加工技术进展(五)管材加工技术进展2022/11/82北京化工大学塑料管道的发展趋势n应用越来越广应用越来越广城市供水、排水、建筑给排水、热水供应、供热城市供水、排水、建筑给排水、热水供应、供热采暖、城市燃气、化工流体输送、电线电缆护套管采暖、城市燃气、化工流体输送、电线电缆护套管n使用量越来越多使用量越来越多其中聚烯烃塑料管在最近其中聚烯烃塑料管在最近1010年来增长最快,年增年来增长最快,年增长率在长率在1010以上以上2022/11/83北京化工大学
(一)
(一)管材应用市场分析管材应用市场分析类型类型铝塑管铝塑管PP-R管管PE-X管管PB管管优点优点易弯曲易弯曲熔接焊熔接焊明装挺度好明装挺度好耐温耐压高耐温耐压高耐温寿命长耐温寿命长柔软易弯曲柔软易弯曲熔接焊连接熔接焊连接缺点缺点不回弹不回弹铜接头铜接头僵硬不易弯曲僵硬不易弯曲铜接头连接铜接头连接不能回收不能回收价格分类价格分类中中低低低低高高2022/11/84北京化工大学
(二)
(二)管材材料的分级管材材料的分级nn确定管材料等级的确定管材料等级的ISO体系体系ISO/TC138nn长期耐内压蠕变实验长期耐内压蠕变实验ISO9080nn用于承压输送水管热塑性塑料材料的分用于承压输送水管热塑性塑料材料的分类类nn整体体系以及安全系数整体体系以及安全系数ISO12162n用于地板加热采暖的热塑料塑料的质量用于地板加热采暖的热塑料塑料的质量要求要求DIN46262022/11/85北京化工大学管道安全性的保证n材料材料n模具和设备模具和设备n加工成型技术加工成型技术2022/11/86北京化工大学塑料管道的管道级原材料的等级分类塑料管道的管道级原材料的等级分类n热塑性管材材料的评价热塑性管材材料的评价ISO体系体系n适用范围:
适用范围:
除北美部分国家外的美洲除北美部分国家外的美洲欧洲全部著名的树脂生产商欧洲全部著名的树脂生产商我国塑料管材标准化的基础和方向我国塑料管材标准化的基础和方向2022/11/87北京化工大学热塑性管材料的ISO等级划分nnISO等级划分是对挤出成型的管材做长期耐内压蠕变试验,按照ISO9080的方法来获取在20、50年时间、97.5%置信下限(LCL)的预测下限(LPL)。
nn根据LPL或LCL确定材料的最低要求的静液压强度(MRS)。
MRS以MPa为单位,将其乘以10则可得到材料的等级数。
2022/11/88北京化工大学表1.LCL与MRS及材料分级数之间的关系(ISO12162)LCL范围MPaMRSMPa材料分级数3.153.993.1531.54.004.994.0405.006.295.0506.307.996.3638.009.998.080LCL范围MPaMRSMPa材料分级数10.0011.1910.010011.2012.4911.211212.5013.9912.512514.0015.9914.014016.0017.9916.01602022/11/89北京化工大学表2.管材料的等级命名材料等级等级允许环应力允许环应力PBPBPB125PB12512.512.5PPPPPPR80PPR808.08.0PPB80PPB808.08.0聚乙烯聚乙烯PE80PE808.08.0PE100PE10010.010.02022/11/810北京化工大学迅速发展的塑料管nnPP-R管nnPE管nnPEX管nn铝塑复合管nn钢塑复合管nn粉末喷涂钢管nn邮电通信多孔管nn大口径缠绕管2022/11/811北京化工大学表2管材料的等级命名管材料等级命名标准命名MRS/MPaPEPE323.2ISO4427PE404PE636.3PE808PE10010PVC-UUPVC25025ISO4422CPVCCPVC12512.5DIN8079PPPP-H10010DIN8077PP-B808PP-R8082022/11/812北京化工大学(三)(三)管材系列划分及应用管材系列划分及应用nn环应力的概念环应力的概念nn管系列管系列Snn应管系列应管系列S用场合分类用场合分类2022/11/813北京化工大学名词术语名词术语nndnn公称外径,公称外径,mmnndemem平均外径,平均外径,mmnnenn公称壁厚,公称壁厚,mmnnSDR,标准尺寸比,标准尺寸比,SDR=Dnn/ennnnS管系列,管系列,S=(SDR-1)/2nnScalc计算管系列,计算管系列,S=DD/PDD2022/11/814北京化工大学环应力的概念环应力的概念nn管材受力分析管材受力分析nn环应力ttnn轴向力aann径向力rr2022/11/815北京化工大学环应力计算环应力计算nn环应力分析tt2022/11/816北京化工大学轴应力计算轴应力计算nn轴应力分析轴应力分析aa2022/11/817北京化工大学径向力计算径向力计算nn径向力分析径向力分析rr管内壁管内壁r=管内压力P管外壁管外壁r=管外压力P=02022/11/818北京化工大学ISO方程方程nn环环向向应应力,力,MPaMPannPP管内介质压力管内介质压力,MPaMPannDD管外经,管外经,mmmmnnee管壁厚,管壁厚,mmmmnndmdm平均管径,平均管径,mmmmdm=D-edm=D-ennSDR=D/eSDR=D/e2P=SDR-1根据根据环环向向应应力与力与管内介质压力管内介质压力PP之间的关系可导出下式:
之间的关系可导出下式:
2022/11/819北京化工大学管系列管系列S的概念的概念nS=(SDR-1)/2=dm/(2e)2P=SDR-1S=PP=S2022/11/820北京化工大学管系列管系列S的选择的选择n由工作压力由工作压力P确定管材环应力确定管材环应力n根据工作根据工作压力力、温度和温度和设计使用寿使用寿命,从寿命命,从寿命图上上查出相出相应的的应力力n设计应力设计应力S=MRS/CC安全系数安全系数nnScalcScalc的确定的确定的确定的确定ScalcScalc=S/P2022/11/821北京化工大学输送热介质的塑料类管材使用条件级别输送热介质的塑料类管材使用条件级别应用等级TD在TD下时间年Tmax在Tmax下时间年Tmal在Tmal下时间h典型的应用范围1604980195100供应热水602704980195100供应热水7042040602.52025702.5100100地板采暖和低温散热器采暖5206080142510901100100高温散热器采暖5A2070809029.665.57.2951.710010095/70散热器供暖注:
TD设计温度、Tmax最高设计温度、Tmal故障温度,当TD、Tmax和Tmal超出本表所给出的值时,不能用本表2022/11/822北京化工大学(四)塑料管道用材料1.1.聚乙烯(PE)管材料的类型与发展2.2.聚丙烯(PP)管材料的类型与发展3.3.氯化聚氯乙烯(PVC-C)管材料4.4.聚丁烯(PB-1)管材料5.5.交联聚乙烯管(PE-X)材料2022/11/823北京化工大学聚乙烯管材的类型nnLDPEnnHDPEnnLLDPE&mLLDPEnnMDPEnnUHMWPEnnPE-(HD)X,PE-(MD)X2022/11/824北京化工大学聚乙烯管材料等级分类nnLDPE分为PE32和PE40只用于低压供水和灌溉管线等nnMDPE、HDPE聚乙烯压力管的主导材料2022/11/825北京化工大学聚乙烯管材料等级分类nn低密度聚乙烯管材料在等级分类中分为PE32和PE40,只用于低压供水和灌溉管线等。
nn中、高密度聚乙烯较低密度聚乙烯增强了刚度和承压能力,因此是聚乙烯压力管的主导材料。
2022/11/826北京化工大学聚乙烯管材料一代产品(均聚产品)nn是50年代70年代用齐格勒纳塔催化剂生产的均聚产品。
nn这类树脂在20的脆性破坏发生点约在10万小时,而在80的脆性破坏发生点通常在几百小时到几千小时之间nn按照ISO的等级分类定为PE63级材料。
2022/11/827北京化工大学聚乙烯管材料二代产品共聚产品(MDPE和HDPE)nn目前大量使用的由丁烯1或己烯1与乙烯共聚得到的乙烯共聚物,按照ISO的等级分类定为PE80级材料。
通过共聚合,极大地提高了聚乙烯管材级树脂的耐环境应力开裂(ESCR)性能。
nn在一定程度上损失了材料的耐压强度,即韧性提高、强度下降。
2022/11/828北京化工大学聚乙烯管材料三代产品均聚产品(PE100)nnPE100PE100树脂未采用共聚聚合的方法来提高树脂未采用共聚聚合的方法来提高ESCRESCR性能,而是通过提高聚乙烯的聚合度和共聚合来性能,而是通过提高聚乙烯的聚合度和共聚合来获得优秀的获得优秀的ESCRESCR性能和更高的耐压强度,即韧性能和更高的耐压强度,即韧性提高、强度也提高。
性提高、强度也提高。
nn聚合度的提高带来的问题是加工性能差,但是通聚合度的提高带来的问题是加工性能差,但是通过双峰聚合聚入了一定比例的低分子改善了加工过双峰聚合聚入了一定比例的低分子改善了加工性能。
性能。
nnPE100PE100聚乙烯管材料的出现,可以满足更高压力聚乙烯管材料的出现,可以满足更高压力管材的要求并能制造口径较大的管材。
管材的要求并能制造口径较大的管材。
2022/11/829北京化工大学PE80和PE100的比较2022/11/830北京化工大学未来的聚乙烯管材等级nn未来的聚乙烯将会向着PE112和PE140的目标接近。
nn通过交联可以获得PE125的管材级材料nn经过双轴取向可以获得PE250的管材2022/11/831北京化工大学聚乙烯管材的原材料的性能要求由于使用的压力等级和寿命不同,所以对于聚乙烯原料的要求有:
nn耐环境应力开裂性能(测试方法为(测试方法为ASTMD1693ASTMD1693或或GBGBT1842T1842)nn耐长期静液压强度(测试方法为(测试方法为GB/T6111GB/T61118585)nn焊接性nn卫生性2022/11/832北京化工大学表3.标准对聚乙烯材料等级的要求标准燃气管给水管灌溉管波纹管ISO44371997GB15558.1-1995ISO4427-1996GB/T13663-2000ISO/DIS8770-1999PrEN13476.1-1999材料等级PE80PE80PE32PE63PE32PE63PE100PE40PE80PE40PE63PE100PE63PE80PE80PE1002022/11/833北京化工大学表4.国产PE管材料牌号等级主要用途共聚单体生产厂家DGDB2480PE80水管、燃气管丁烯1齐鲁石化公司6100MPE80土建、管道丁烯1大庆石化公司丁烯1扬子石化公司PEYZ2300EPE80管材丁烯1扬子石化公司6000MPE80管材丁烯1燕山石化公司TR400PE80管材、燃气管、内衬己烯1上海金山石化公司TR480FSPE80燃气管、供水管己烯1上海金山石化公司DGDA2401PE80管材丁烯1茂名石化公司2022/11/834北京化工大学表4.国产的PE管材料(续)牌号等级主要用途共聚单体生产厂家DGDA2483BKPE80小口径管材己烯1天津联合化工公司5135BPE80燃气管、波纹管丁烯1抚顺石化公司P703PE80大口径管材丁烯1抚顺石化公司P803PE80大口径管材丁烯1抚顺石化公司YGH051TPE80压力管,
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- 塑料 管材 原料 模具设计