浅析建筑给排水塑料管材防火性能及其应用

浅析建筑给排水塑料管材防火性能及其应用
摘要:本文着重探讨了日常生活中常用的硬聚氯乙烯和聚烯烃类防火材料的性能和应用。

关键词: 塑料管材；防火材料；阻燃性；硬聚氛乙烯;聚烯烃
Abstract: this paper focuses on the daily life of the common polyvinyl chloride (PVC) and hard of polyolefin fire materials performance and application.
Keywords: plastic pipe material; Fire materials; Flame retardancy; Hard atmosphere together); polyolefin
近几年随着科技的进步,经济的发展，新型建筑材料越来越多的被运用到工业和民用建筑中，在我国以聚乙烯、聚氯乙烯等为主的塑料制件，已逐渐代替钢、木、水泥等建筑构件，并成为建筑装饰不可或缺的材料。

塑料制件用的是有机高分子材料，具有重量轻、耐腐蚀、施工安装方便等优点。

与金属材料相比，塑料制件存在刚性差，表面硬度低，线膨胀系数大(比金属管大8～12倍)，可燃性高等缺陷，影响其使用、安装和消防安全。

为提高消防安全能力，有关塑料产品标准特别规定了用“氧指数法”检测产品的阻燃性能，以确保塑料制件的安全使用。

所谓产品的阻燃性能，是指产品不易被火焰点燃，或点燃后无明显火焰传播;撤去火焰后，能在规定时间内使火焰自动熄灭。

当前建筑物中常用的防火塑料管系列材料主要有:硬聚氯乙烯(UPVC)管、聚乙烯(PE)管、聚丙烯(PPR)管、聚丁烯(PB)管、交联聚乙烯(PEX)，铝塑复合管(HDPE－AL－HDPE，又称双重壁管)，耐温聚乙烯(PE—RT)，塑料管道自动阻燃板，以及以塑料为内衬的钢塑复合管等。

上述的每一种管材均有不同的化学特性,因此性能存在较大的差异。

本文将着重探讨日常生活中常用的硬聚氯乙烯和聚烯烃类防火材料的性能和应用。

1、硬聚氯乙烯(PVC一U)管材
硬聚氯乙烯(PVC一U)管材是国内目前塑料管材的主导产品，亦是目前国内外都在大力发展的新型化学建材，主要是用聚氯乙烯树脂和适量稳定剂(改性剂)挤压成型的。

UPVC管具有以下特征:(1)耐化学腐蚀性好;(2)安全系数高，具有自熄性和阻燃性;(3)耐老化性好，在-15℃～60℃之间使用30～50年;(4)电性能良好，体积电阻为1-3×1015/cm3，击穿电压高达23～28kV/mm;(5)内壁光滑，内壁表面张力小，很难形成水垢，流体输送能力比铸铁管高43.7%;(6)比钢管、铁管轻，很容易扩口、粘接、弯曲;(7)韧性低，线膨胀系数大，使用温度范围窄。

1.1 建筑用硬聚抓乙烯门、窗框和卷材地板
此类管材主要以硬聚氯乙烯树脂为原料，加入适当的抗冲改性剂、热稳定剂和光屏蔽剂挤出的各种成型门、窗框，能组装成密封性较好的塑料门窗。

具有节能、节材、保护环境等优点，以及较好的耐腐蚀性和抗老化性，防火性能也好，是国家推进农村城镇化和城镇现有建筑节能改造的重要建材产品。

除管材、门、窗框使用硬聚氯乙烯型建材外，在室内应用的还有硬聚氯乙烯卷材地板。

硬聚氯乙烯卷材地板又称“地板革”，主要适用于家庭、办公楼、医院、商店、学校、计算机房、车间等场所的地面铺设。

主要具有以下几种性能特点:(1)色泽选择性强，可仿制各种天然材料的图案，如仿软木地板，仿大理石，仿粗木图案等;(2)使用性能好，具有耐磨、耐污染、耐腐蚀，可自熄等特点;(3)塑料地板从低级的单层再生聚乙烯塑料地板到高级发炮印花塑料卷材地板，价格差异幅度较大，可满足不同层次的需求。

总之，从发展上看，块状地板已经朝耐磨性、抗静电性、难燃性等功能性方向发展。

1.2 建筑排水、给水用的硬聚氯乙烯(PVC—U)管材
建筑排水用的硬聚氯乙烯(PVC—U)管材，重量轻，内壁光滑，流体阻力小，安装方便，性能稳定，强度高，耐腐蚀性好，消防、保温、使用都比较安全，是目前建筑工程使用较广的塑料管道，已在逐步取代铸铁排水管。

其管材、管件目前执行的国家标准分别为GB/T5836. 1-1992和GB/T5836. 2-1992。

它是在我国各类建筑物中推广使用较早的一种塑料管材，主要应用于建筑排水，市政排污及雨水排除等领域。

在建筑内给水管线相当于人体的动脉,既要保证供水的可靠性,又要保证水质在运输过程中免受二次污染。

建筑给水中,传统管材(如铸铁管)易生锈、易腐蚀、易渗漏、易结垢成为致命的弱点,一旦管材中的铁与空气或水中氧气发生化学反应,管道迅速生锈,并滋生各种微生物,造成二次污染。

而给水用硬聚氯乙烯管材主要是以PVC树脂为主要原料，加人专用助剂，经挤压机挤出而成，不同于UPVC排水管，UPVC给水管的耐压性能是其主要的力学指标。

该产品具有如下优点:卫生无毒，管材与管件连接简单、可靠，内外壁光洁，不结垢;水流阻力小，耐压强度高，耐冲击，耐老化，重量轻，运输、存放方便，价格低廉，工程费用低，适合大众消费。

目前，给水用的硬聚氯乙烯(PVC-U)管材可广泛应用于工业与民用建筑物内外生活给水管道系统。

无论是排水或给水用的硬聚氯乙烯管材，阻燃、自熄灭性都较好。

这类管材已经广泛应用于化工、造纸、电子、仪表、石油等工业的防腐蚀流体介质的输送管道，农业上的排灌类管，建筑、船舶、车辆扶手及电线电缆的保护套管等，但不能用于输送芳烃，脂烃，芳烃的卤素衍生物，酮类及浓硝酸等。

2 聚烯烃系列管材
聚烯烃系列管材有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP),聚丁烯(PB)及改性材料多种。

此类管材具有脆化温度低(-80℃)，性柔软，可弯曲，耐腐蚀性强，输送介质稳定，能热熔焊接为一体等特性，已经被广泛应用于冷热水供水、给排水系统。

2.1 农业用聚烯烃系列管材
包括农村饮水用管和农业灌溉用管。

由于我国地域较广，部分农村地区饮用水不符合卫生标准，造成某些地方病流行，是目前最迫切需要解决的问题。

近年来，联合国在援助我国进行“农村饮水改造工程”中的主要工作就是铺设塑料管材(绝大部分为聚乙烯管)，防止造成饮用水的二次污染。

农村饮水工程由于受资金短缺的影响，所用管材绝大多数也为通用产品，只有在部分干线才使用专用管。

这些管材对树脂的要求也不高，国内的高密度聚乙烯装置都有类似的牌号。

近几年，国内水资源严重短缺。

在全国总用水量中，农业灌溉用水占75%。

因此，节约灌溉用水工作意义重大。

为了节约灌溉用水，诸如低压管道输水以及机井塑料管、喷滴灌等各种节水灌溉的方法正在各地推广。

这一切为聚乙烯管材的应用创造了良好的条件。

2.2 供水、燃气用聚烯烃系列管材
纯聚乙烯管是一种高强度聚乙烯管材，使用专用树脂，耐长期强度，使用寿命在50年以上。

纯聚乙烯管对专用树脂的性能要求极高，产品需通过8000小时以上的长期耐压试验，即要通过PE80或PE100的认证。

随着我国许多地区禁止在新建建筑中使用容易污染水质的铸铁管和镀锌管，聚乙烯管材在这一领域的应用会越来越广泛。

为了解决我国十分严重的城市空气污染，大部分大中城市都在进行“燃气化改造”，随着“西气东输”工程的建设，国内将出现燃气管网的兴建热潮。

当前，塑料燃气管主要用作干线输气管，对树脂的要求是必须具备纯聚乙烯管。

2.3 建筑用聚烯烃绝缘电工套管
聚烯烃系列管道也适用于光纤、电缆穿线管等。

在家用电器迅速增加情况下，按重量计，其用量已超过建筑给水管道。

虽然建筑物内电器工程穿线导管应用技术已趋成熟，但按供电要求必须严格分类。

产品按JG3050—1998行标生产，在新的建筑物中一般用直埋或嵌人式，嵌人式管径较小(D16-D32)。

此类管材抗紫外线性能差，耗氧指数≥26属B1级，在室外铺设需要蔽光包复，距煤气灶等火源应在0.4米以上，确实无法保证距离时，应采取防热包敷措施。

表1 给出了标准硬质套管阻燃和电气性能指标。

从表1的规定数据中可以看到，尽管半硬质套管的氧指数是OI≥27，接近B1级，属可燃材料，但自熄时
间也都统一要求为to≤30s，且规定了在15min内不得击穿的电气性能，绝缘电阻都必须达到R≥100M。

另外，各类管材连接的配件不得任意搭配，必须符合标准规定，以确保使用和消防安全。

表1 标准规定套管的阻燃和电气性能指标
2.4 新型聚烯烃系列管材
2.4.1 无规共聚聚丙烯管
又称聚丙烯给水管PPR管，是由丙烯与其他烯烃单体共聚构成的无规共聚物，在烯烃单体中无其他官能团存在。

PPR管具有许多优点:(1)卫生，无毒，可以直接用于纯净水、饮水管道系统;(2)耐腐蚀、不易结垢，消除了镀锌钢管锈蚀结垢造成的二次污染;(3)耐高温，可长期输送温度为70℃以下的热水，并可承受瞬时95℃的高温;(4)保温性能好，20℃时的导热系数仅约为钢管的1/200，紫铜管的1/1400;(5)重量轻，强度高，密度仅为0.89～0.91g/cm3，是钢管的1/9,紫铜管的1/10;(6)管材内壁光滑，不易结垢，流体阻力远低于金属管道;(7)用热熔承插连接，安装简单可靠，使用寿命长。

聚丙烯管材的用途主要有:(1)住宅、别墅的冷、热水供应及取暖;(2)写字楼、市场、剧院、军营等公建的给水及地板辐射采暖;(3)机场、客运站、停车场、车库、高速公路的配管;(4)动物园、植物园、温室、养鸡场的配管;(5)游泳池、桑拿浴的冷、热水管;(6)给水管、热水管的配管;(7)其它如工业用水管等。

2.4.2 聚丁烯(PB)管材
此类管材是热塑性聚烯烃类材料中长期静液压强度最高的材料，具有突出的柔韧性、化学稳定性和抗低温脆性，有“塑料黄金”之称。

同等工况下聚丁烯管材的管壁较薄，管内流量较高;相同规格的管材，聚丁烯管材的耐压能力较高。

此种管材的性能特点主要包括:(1)重量轻，柔软性好，施工简单;(2)耐久性能好，使用寿命可达50～100年，且无毒无害，不发生化学反应;(3)抗紫外线、耐腐蚀，能使贮存其中的水长时间不变质;(4)抗冻耐热性好，在-20℃的情况下，具有较好的低温抗冲击性能，管材不会冻裂，解冻后，管材能恢复原样，可耐100℃以下的高温;(5)管壁光滑，不结垢;(6)热伸缩性好，连接方式先进，在埋设时可避免因温度变化和水锤现象引起管的移动及连接处的渗漏;(7)节约能源，用于低温地面辐射采暖时可节省能源30%;(8)易于维修、改造，暗埋时不与混凝土粘接。

聚丁烯管材的适用范围:(1)给水(卫生管)及热水管;(2)供暖用管;(3)空调用工业用管;(4)农业及园艺用管;(5)除雪用管;(6)温泉用管;(7)消防用自动喷淋系统用管;(8)采太阳热住宅的温水管。

3、结语
随着科技的进步，将会有新的性能更加可靠的防火塑料管材出现。

为确保使用安全，根据经济、城市的发展和市场需要，国家都及时制定和更新着不同产品的技术标准。

如建筑行业就已从原来规定的非强制性标准JG/T3001-92，改为强制性标准JG3050-1998，对建筑材料市场起着强制执行标准规定的约束力。

这些新标准的实施，有利于保证新型建筑塑料管材的安全使用。

然而，塑料毕竟比钢材容易引发火灾，着火后引起的化学分解，也远远大于钢铁制品，所以在消防管理上除要注意掌握标准所规定的要求，严格消防审批外，也需要防火监督人员掌握和了解其性能和应用等知识。

参考文献:
[1] 朱新生.《有机材料的耐热性与阻燃性关系》.
[2] 高立新.《我国建筑给水塑料管现状及发展前景》.
[3] 于永忠，等.《阻燃材料手册》.群众出版社.
[4] 李公藩.《塑料管道施工》.中国建材工业出版社.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。