從零開始

材料“冷知識” 塑料管道為什么怕冷？

引言

常說材料是基礎、基石，但是我們通常感受不到它的重要性，因為我們基本不會直接使用材料。比較有諷刺意味的是，只有當材料捅了簍子，人們才“恍然大悟”，原來材料是如此“致命”。這樣的例子并不少見，下面為大家盤點幾個因材料而造成的人間慘劇。

1.1912年4月14日，英國豪華游輪泰坦尼克號撞上冰山，隨后船裂成兩半后沉入大海，船上1500多人喪生。泰坦尼克號海難被認為是和平時期死傷人數最慘重的海難之一。當時，泰坦尼克號被認為是“永不沉沒”，巨大的反差令人百思不得其解。經過數十年的探索發現，泰坦尼克所使用的含硫鋼板在低溫呈現脆性是導致其沉沒的主要原因。受限于冶煉水平，泰坦尼克號所使用的鋼材含硫量很高，所以脆性很高。再加上當時航行海域的水溫在-40 ℃-0 ℃之間，鋼材的力學行為由韌性變成脆性，從而導致災難性的脆性斷裂。

2.1986年1月28日，美國東部時間11：38，挑戰者號航天飛機從佛羅里達州肯尼迪航天中心升空。結果73秒后，航天飛機凌空爆炸，機上所有7名宇航員全部遇難。后續的事故調查分析表明，由于發射時外部溫度低于火箭推進器的工作溫度，燃料箱底部的2個O型密封圈因低溫而失效，進而導致燃料泄露而引發爆炸。著名物理學家費曼曾在國會通過演示一個小實驗來證明這種觀點。他將橡膠圈用鑷子夾住，放進冰水中片刻后再度夾起，結果發現橡膠圈上留下了鑷子的痕跡，說明O環的材料在低溫下會失去彈性。

塑料的低溫脆性

01

原料的生產

材料（所有材料，包括金屬材料及非金屬材料）的沖擊吸收功隨溫度降低而降低，當試驗溫度低于Tk（韌脆臨界轉變溫度）時，沖擊吸收功明顯下降，材料由韌性狀態變為脆性狀態，這種現象稱為低溫脆性。

02

三種塑料的低溫性能

1. PPR（無規共聚聚丙烯）

聚丙烯的品種更多，用途也比較復雜，領域繁多，品種主要有均聚聚丙烯（homopp），嵌段共聚聚丙烯（copp）和無規共聚聚丙烯（rapp）。

其中，無規共聚聚丙烯（PPR）是由丙烯單體和少量乙烯單體在加熱、加壓和催化劑作用下無規共聚得到的。乙烯單體隨機地分布到丙烯長鏈中，其中乙烯單體一般控制在3-5 %之間。乙烯含量和乙烯與丙烯的聚合方式決定了其具有冷脆性的特點。

2. PVC（聚氯乙烯）

PVC塑料是目前世界上僅次于聚乙烯的第二大塑料品種。由于其耐寒性和低溫抗沖擊性能較差，硬PVC的使用溫度下限一般為-15 ℃，限制了PVC材料的應用。

3. PE（聚乙烯）

聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優良的耐低溫性能（最低使用溫度可達-70～-100 ℃），化學穩定性好，能耐大多數酸堿的侵蝕（不耐具有氧化性質的酸），常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性能優良。

4. PPR、PVC、PE低溫性能對比表

PP-R冬季存放與施工的

防凍措施與注意事項

01

PPR管材存放注意事項

1.PPR管材要求存放在簡易棚或者庫房內，但是堆放高度不能超過1.5米。

2.在搬運的過程中PPR管材嚴禁滾、拋、摔、拖。

02

PPR管施工過程中的注意事項

1.PP-R管較金屬管硬度低、剛性差，在搬運、施工中應加以保護，避免不適當外力造成機械損傷。在暗敷后要標出管道位置，以免二次裝修破壞管道。 

2）PP-R管5℃以下存在一定低溫脆性，冬季施工要當心，切管時要用鋒利刀具緩慢切割。對已安裝的管道不能重壓、敲擊，必要時對易受外力部位覆蓋保護物。 

2.管道在切割前，如發現因外力因素造成應力發白現象的管材，則此管材不能使用。 

3.管道進行熱熔連接之前，要認真檢查管材是否已經受損。特別是內壁，因為管材在受外力時是內壁先發生破裂，而后到外。避免使用內壁已經破裂但外管未破的管材。 

4.管道安裝后在直埋及非直埋暗敷前必須試壓。

PVC冬季存放與施工的

注意事項

1.PVC-U管材在0°會產生脆化現象，對無法避免在低溫條件下運輸、裝卸、安裝施工的項目，在管道選型上要避免選用低壓薄壁管，盡量選用高壓力等級的厚壁管以提高安全系數；也可考慮選用抗沖擊性能更優的PVC-M管材。

2.嚴格規范產品搬、運、裝、卸管理，不得出現拋、摔、滾、拖現象，防止對產品造成傷害。尤其在卸車過程中一定要輕搬輕放，運輸至工地后要妥善保管，防止管材與尖銳物體接觸摩擦。人務必不能踩踏在管材上，尤其在卸薄壁管（0.63Mpa）時，以防踩踏管材因脆化出現開裂內傷。

3.施工盡量在5°以上施工，管溝挖掘應考慮當地凍土深度，管線必須埋與凍土層以下，管線埋地深度一般在1.2～1.5米以下；管溝挖掘之寬度，應視管材外徑，溝底寬為管外徑加300毫米為宜。對于外露管材應做保溫措施以防管材凍裂，施工時不得人為踐踏管材。

4.溝底應整理平整，不得有石塊、磚塊等雜物，如有堅硬物時必須加挖250px并填沙夯實然后再進行管線安裝施工。管線施工時應正直平整，不得任意偏斜曲折，如管線必須彎曲時其彎曲角度應按管材（活套）每一承口允許彎曲之角度進行，一般為2°以內，不得出現管材的硬性。

5.下管前檢查管材是否損傷，特別承口與插口端，如有及時更換。按規定削角（TS管:30-45°,活套管：20°）。不能把管材、件拋入溝中，應輕搬下放。

6.膠合劑使用時，將管材承口內壁及管材外壁插入部分，用干布擦拭干凈，雌雄兩端各涂上適量膠合劑，待部分溶劑揮發且膠著性增強時用力插入，可用噴燈加溫膠粘處，加快凝固速度，插接2小時后始可移動。小口徑可旋轉90°使膠合劑分布更為均勻，中大口徑則利用鐵棒撬入或緊線器拉入，確保插入承口底部達到更好的密著效果。另冬季室外施工建議使用美國進口膠合劑、加快凝固速度，增加膠粘效果。

7.活套施工時考慮管線之熱脹冷縮問題，套接時必須留有伸縮間隙，所留間隙為：φ63mm以下約10mm、φ75mm～φ110mm為15mm、φ140mm～φ160mm約為20mm、φ200以上為25mm，TS管施工時，直線配管超過50m時必須安裝伸縮節。

8.施工過程中應特別注意管溝兩側挖出之土方，防止挖出之石塊墜落入管溝沖擊管材，另施工完一段后應即刻回填，回填土質應為良質土，不得有堅硬物與管材接觸，管材兩側及上方填良質土厚度為20～750px以上。

9.管線中φ110mm以上的管件(彎頭、三通、法蘭末端)及分歧連接處必須做混凝土鞏固，以保證管線日后正常使用。

10.管線安裝完成待膠粘部位完全干固后（約48小時、低于10°時建議延長到60-96小時，進口膠可以8小時）再進行試水，試水管線長度以500m一段為宜，應特別注意待氣溫升高后或天氣轉暖后試水，嚴禁低溫條件下進行試水作業，管線試壓時要保證管道內水溫與當時地溫持平，防止因溫差原因影響管線試壓質量，可充滿水2-3天后再進行試壓。管材必須回填土后才能打壓試水。

11.進水口、出水口、高點處要安裝排氣閥，試壓時，灌水前先將排氣閥全部打開，然后緩慢注水，待排氣閥有水柱均勻流出后，自低至高逐次關閉，當加壓至0.2～0.3Mpa時再次進行排氣，將殘留空氣全部排除，然后再升壓至規定壓力值后穩壓1小時觀察壓力表數值，無降壓或降壓范圍在0.05Mpa以內為合格。