浅谈如何提高PVC-U给水管件的耐压性能

PVC-U 给水管件主要是以 PVC 树脂作为主要原料，加入适量的稳定剂、润滑剂、填充剂等专用塑料助剂，经注塑成型而成。按现行的 PVC-U 给水管件国家标准 GB/T10002.2-2016，管件的耐压性能是主要的力学指标，影响了整个给水管路系统的使用。其影响耐压性能的因素有很多，既有原材料和配方因素，也有模具和产品结构因素，同时，也要考虑工艺的相应调整。因此，只有通过对以上各个因素的深入分析、综合评估，然后进行优化，才能得到成本最低、性能最优的产品。
1 耐压性能测试的原理分析及操作方法耐压试验是为了检验 PVC-U 给水管件在注塑成型过程后所能承受的水压能力大小的主要方法之一。在国家标准 GB/T10002.2-2016中规定了在20℃ ±2℃下，将试样与施压设备连接，并保证在试压时间内不阻碍管件承口以外部分的自由变形，接着，按 GB/T6111规定方法，标准中规定的试验压力及试验时间对样品进行测试，通过观察样品是否有破裂和渗漏现象。如果样品没有出现破裂和渗漏，视样品为合格产品。
2 影响PVC-U给水管件的耐压性能
常见的 PVC-U 给水管件液压性能不合格主要有产品本身脆性破裂、胶水粘接位置出现破裂、管件转角位或夹角的破裂、进胶口位置开裂、熔接痕处破裂等等。通过长期对产品原材料、模具、配方、加工工艺、产品结构的全过程跟进及试验样品的观察、分析总结，发现影响产品的耐压性能主要有以下几个方面 ：原材料 ：PVC 树脂物化性能的好坏，影响了材料的混配、以及后续成型的流动性、塑化效果、及工艺调整等，从而导致管件的耐压性能不稳定。模具结构合理性 ：模具结构的好坏，直接影响了管件的成型，从而影响了管件的耐压性能，主要有以下几点 ：
2.1 模具的分型
模具的分型影响了管件的注塑成型，模具分型面太复杂，会不利于管件的成形和脱模，从而使管件在注塑过程中产生很大的内应力，导致耐压测试中管件出现破裂现象。另外，如果分型面设置不利于排气，会引起管件困气位置的结合力下降，导致耐压测试中管件困气位置出现破裂现象。
2.2 模具的浇注系统设计
模具的浇口太小，会使注塑压力增大，管件内应力加大，从而使管件在耐压测试中出现破裂现象。另外，如果浇口设置使熔接痕位置恰好与管件强度最弱的位置重叠，会使熔接痕位置处更加薄弱，直接导致管件耐压试验时出现熔接痕的破裂。
2.3 模具的冷却系统设计
模具冷却直接影响到管件的质量、成型。如果型腔、动模表面温度不均，温差较大，注塑后的管件会产生内应力，导致成型后发生翘曲变形，易引起胶水粘接处漏水或破裂。配方 ：PVC 树脂、稳定剂、润滑剂、填充剂等属性和配比，都会影响管件的塑化，从而影响管件的耐压性能。注塑工艺：管件注塑时料筒温度、注射压力、注射速度、注射时间、冷却时间等因素，都会影响管件的塑化，从而影响管件的耐压性能。产品结构 ：管件的结构影响其内应力大小和作用点，同时，也影响其注塑成型工艺。管件尖角太多、夹角位内部壁厚太薄等等都会使其应力太大，影响其耐压性能。
3 优化方案的概述
3.1 严格控制原材料物理性能
生产前，必须严格控制 PVC 的物化性能符合标准要求，因PVC 树脂不合格的物化性能会使管件的强度降低。
3.2 优化管件的配方
PVC 树脂的占比越大，材料流动性越好，利于注塑成型，可提高产品成型后的承压强度，建议占比80% ～ 90%；稳定剂、润滑剂、钛白粉等助剂适量即可。
3.3 优化模具的分型面
分型面位置设置必须利于排气，有助于提高充模速度，缩短成型周期，避免熔体分解变色，甚至碳化、烧焦，使管件成型后的强度得到增强，另外，浇口进胶位置使熔接线不与管件夹角重叠，增强熔接线位置强度。
3.4 优化模具的浇注系统
浇口设置利于排除型腔中的气体、避免或减少管件表面产生熔接痕、应使熔接痕的位置避开强度最弱的地方、适宜开设在管件最厚的部位，且在流道中间位置，这样，有利于使熔体平稳填充，保压，也增强管件熔接痕位置的强度。管件浇口的截面建议采用圆形或半圆形。浇口的大小不宜太大或太小，一般大水口大小建议约壁厚的90% ～ 95% 之间，实际设计时优先取下限值，通过试模时逐步优化。因浇口位置内应力较大，若不影响管件的实际施工及应用，建议增加凸台以增强浇口位置的强度。
3.5 优化模具的冷却系统
模具型腔温度过高，易产生飞边和缩陷 ；型腔温度太低会出现填充不良，熔接痕处强度不足 ；型腔温差太大会产生内应力。因此，设计时需使型腔表面温度分布均匀，冷却水孔尽可能多且大，且冷却水路避免设置在熔接痕位置，以免使熔接痕处的强度更低。
3.6 优化注塑工艺，增强熔接痕处的强度
适当提高料温、模具温度、注塑压力和保压压力，也可对模具采取加热措施和增加加热装置，可以提高熔接痕处的强度，增加管件的强度。
3.7 优化管件的结构
在管件设计中，尽量避免锐角，在符合相关标准的原则下，适当设置大的圆角，减少管件残余应力，增加管件的强度 ；另外，管件的内部夹角位，因受模具结构影响，内部难以设置圆角，应在夹角处适当增加局部壁厚，以增强夹角处的强度，使管件的耐压性能得到增强。
综上所述 PVC-U 给水管件的耐压性能是否合格，往往受到诸多因素的影响。在实际生产过程中，需要满足生产要求和严格控制成本的前提下，通过上述的分析及优化方案可有效解决管件耐压性能不合格的问题。目前该优化方案已大规模应用到公司的实际生产中，并取得了显著的效果。