给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法国家标准doc.docx

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给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法国家标准doc

《给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法》国家标准

编制说明

《给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法》

国家标准编制工作组

2011年11月

《给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法》国家标准编制说明

一．任务来源

根据国家标准化管理委员会下达的国标委综合[2010]87号函“2010年国家标准制修订计划”，《给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法》国家标准被列为2010年国家标准制定计划，计划编号为20100479-T-469。

该项目由全国质量监管重点产品检验方法标准化技术委员会（SAC/TC374）归口，上海市建筑科学研究院（集团）有限公司、上海建科检验有限公司负责起草。

二．国内外相关情况

塑料管道符合国家倡导的节能减排和可持续发展要求，受到国家相关部门的高度重视。

聚氯乙烯管道、聚烃烯管道（PPR管道、PE管道、PERT管道等）以及塑料复合管道（稳态塑铝复合管、纤维增强PPR管道等）被广泛应用于冷热水系统、采暖系统、直饮用水供水系统等。

由于塑料管道在环境温度和管道内流体温度发生变化时，在轴向（长度方向）上会发生尺寸的膨胀或收缩，特别是给水管道，如果管道内冷热水温差较大，管路的线膨胀系数过大，会引起严重的翘曲变形，破坏整个管道系统，造成巨大的经济损失。

因此管道轴向线膨胀系数是其在安装和使用中的重要物理性能，也是设计和安装管道工程中充分重视和考虑的问题，一般是通过管道轴向线膨胀系数确定采用伸缩节或折角自然补偿方式。

目前采用的膨胀系数均为原材料的线膨胀系数。

而国内原料市场仍存在采用廉价的非管道专用料添加一定的助剂进行混配后冒充管道专用料的现象，也有企业用基料添加色母生产管材。

经调研PE给水管道生产厂家时发现，国外生产企业则直接使用混配专用料，质量稳定，直接采用混配专用料的线膨胀系数。

而国内大多数生产厂家未使用混配料，为节约成本自行采取本色料加黑色母料的做法，这存在不稳定因素。

同时为了克服塑料管材轴向线膨胀系数大，解决塑料管道的伸缩难题，国内部分生产厂家研发了复合管材，如稳态塑铝复合管道、纤维增强PPR管道等，但由于目前没有合适的测试方法，无法测量轴向线膨胀系，体现其优点，阻碍了复合管道的的进一步推广。

因此，制定给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法具有实际意义，能为管道生产企业解决制造工艺、安装敷管问题，进一步保障给水管的安全可靠性。

三．编制工作概况

接到标准编制工作任务后，上海市建筑科学研究院（集团）有限公司组织建材行业内相关企业和研究院代表，于2011年2月在上海召开标准编制组成立会议，在该次会议上主要就标准初稿进行了讨论，初步达成初稿共识，并就验证试验工作的开展做了相关的部署，协调组内分工，落实标准计划进度以及相关现状调查工作。

在首次标准编制组成立会议上，有来自于浙江伟星新型建材股份有限公司、永高股份有限公司、上海白蝶管业科技股份有限公司、上海瑞河管业有限公司、爱康企业集团（上海）有限公司、上海上塑控股（集团）有限公司、上海久通塑胶制品有限公司、上海天力实业（集团）有限公司、上海建科检验有限公司等企事业单位的专家。

四．国内外标准收集情况

在标准的制订过程中，编制组成员先后查阅了大量的国内外相关标准，经查询，测量材料线膨胀系数的试验方法分别有GB/T1036-2008《塑料-30℃～30℃线膨胀系数的测定石英膨胀计法》、GB/T2572-2005《纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法》、GB/T16920-1997《玻璃平均线热膨胀系数的测定》、ASTMD696:

2003《塑料-30℃～30℃线膨胀系数的测定石英膨胀计法》、ISO7991:

1997《玻璃平均线热膨胀系数的测定》，而针对给水塑料管道轴向线膨胀系数只有CJ/T258-2007《纤维增强无规共聚聚丙烯复合管》。

编制组对以上标准进行了汇总、分析（详见表一）。

表一标准的水平比较

项目

GB/T1036-2008

（修改采用ASTMD696:

2003）

GB/T2572-2005

GB/T16920-1997

（等效采用ISO7991:

1997）

CJ/T258-2007

范围

适用于线膨胀系数大于1×106℃-1的塑料材料

用示差法测定纤维塑料的平均线膨胀系数

不适用与熔融石英、玻璃陶瓷或其他具有同样线低热膨胀系数的玻璃

适用于纤维增强无规共聚聚丙烯复合管

原理

将已测量原始长度的试样装入石英膨胀计中，然后将膨胀计先后插入不同温度的恒温浴内，在试样温度与恒温浴温度平衡，测量长度变化的一起指示值稳定后，记录读数，有试样膨胀值的收缩值，即可计算试样的线膨胀系数

用顶杆示差法的线膨胀系数试验仪对试样进行均匀加热，并控制试样温度上升速率，测定试样温度及其相应的试样长度变化量，计算所需温度范围内的平均线膨胀系数

在一定的温度间隔内，试样的长度变化与温度间隔及试样初始长度之比

塑料管材的自由段在外界和工作温度发生变化时，在轴向（长度方向）上会发生尺寸的膨胀或收缩

设备

石英膨胀计

测量长度变化的仪器：

±1.0um,

可控温环境：

恒温环境控制±0.2℃

线膨胀系数测试仪（加热系统、温度和变形测量系统组成），加热炉均温区波动不大于±0.5℃，升温速率为（1±0.2）℃/mm；

变形量测量精度不低于0.001mm；

温度测量精度不低于0.1℃。

推杆式膨胀仪或差动式膨胀仪，测长计的接触力不应超过1N。

加热炉在整个样品长度区间，炉温恒定在±2℃，升温速率为（5±1）℃/mm；

测量样品长度的精度0.1%。

带有特殊的联动的滚轮式表盘指针测定仪

水温波动在设定温度±1℃；

试样要求

试样长度：

50mm～125mm

截面：

12.5mm*6.3mm,12.5mm*3mm；直径12.5mm或6.3mm

数量：

三个

试样为圆柱形，直径为6mm～10mm，试样断面也可以为正方形，断面边长为5mm～7；试样长度为50mm、100mm.

数量：

3个

试验样品通常为棒状，样品的长度至少为膨胀仪测长装置的测长分辨率的5×104倍。

数量：

2个

管材试样长度：

1020±5mm

状态调节

在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%按照GB/T2918-1998状态调节不少于40h,

在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%状态调节不少于24h,

样品在试验前应退火，将样品加热到比转变温度高大约30℃，然后以2℃/min的速率将样品冷至比转变温度低大约150℃，在无通风的条件下将样品进一步冷却至室温

在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%状态调节不少于24h

试验温度

-30℃～30℃

未作规定

20℃～310℃

20℃～95℃

恒温时间

待试样温度与恒温浴温度平衡，测量仪读数稳定5min～10min后读取。

直至所需试验温度

加热使炉温达到所选择的终点温度，并保持炉温恒定到±2℃，20min后读取。

2小时

计算

α=ΔL/ΔT×L0

α：

平均每摄氏度的线膨胀系数，单位为每摄氏度（℃-1）；

ΔL：

加热或冷却时试样的膨胀和收缩值，单位为米（m）；

L0：

试样在室温下原始长度，单位为米（m）；

ΔT:

测试样品的两个恒温浴的差值，单位为摄氏度（℃）

α=Δ/ΔT×L0+α1

α：

平均线膨胀系数，单位为每摄氏度（℃-1）；

ΔL：

温度t1和t2间试样长度的变化值，单位为毫米（mm）；

Δt:

t2和t1间的温度差，单位为摄氏度（℃）；

α1：

对应于试验温度（t2-t1）时顶杆及其载体（一般为石英材质）的平均线膨胀系数，一般为0.51×106℃-1。

α（t0;t）=

（ΔLmean+ΔLQ-ΔLB）/L0×（t-t0）

α（t0;t）:

平均每摄氏度的线膨胀系数，单位为每摄氏度（℃-1）；

ΔLmean：

温度由t0到t时相应的长度变化量，单位为毫米（mm）；

L0：

在基准温度为t0时，测定退过火的样品的基准长度，单位为毫米（mm）；

ΔLQ：

是标准杆的热膨胀，单位为毫米（mm）；

ΔLB：

是膨胀仪的热膨胀，单位为毫米（mm）；

α=0.001164Δθ

α：

膨胀系数，单位为mm/（m·℃）；

Δθ：

角度变化值（℃）

五．标准查新

标准编制组委托上海科学技术情报研究所对国内外相关标准中对试验、检测方法的技术要求、对检测设备的精度要求进行查新。

上海科学技术情报研究所通过对相关标准文献对比分析，经检索到的国内文献中没有与塑料给水管道轴向线膨胀系数试验方法密切相关的标准。

同时检索到的国外文献中也没有与塑料给水管道轴向线膨胀系数试验方法密切相关的标准，国外标准多为塑料线性热膨胀系数的测定方法，并没有发现塑料给水管道轴向线膨胀系数不取样的试验方法。

查新结论为塑料给水管道轴向线膨胀系数试验方法未见国内外相同标准文献报道，具有新颖性。

六．标准主要内容制定过程

2011年4月20日，全国质量监管重点产品检验方法标准化技术委员会建筑装饰装修材料检验方法专业组组织专家在杭州对国家标准《给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法》标准讨论稿及编制说明进行了集中审议。

本次标准编制是编制组根据专家的审议意见，在随后收集样品以及验证试验的基础上，通过对验证试验数据的计算和分析，在对试验设备进行不断改进，并对设备的精度和稳定性进行测试，对试验条件的充分完善后逐步形成以下内容：

1、范围

2、规范性引用文件

3、术语

4、原理

5、试样

6、设备

7、试验步骤

8、结果计算

9、试验报告

七．征求意见稿中有关项目说明

给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法主要是用顶杆示差法测定各类给水塑料管道直管的轴向线膨胀系数。

现就标准中的每一部分做一下说明。

1、范围

塑料管材根据供货状态分为盘管和直管两类，由于盘管经盘绕后产生的弯曲度，无法校直，不适宜进行轴向线膨胀系数测定。

因此本标准适用与用顶杆示差法测定各类给水塑料管道直管的轴向线膨胀系数。

2、规范性引用文件

本部分规定了试样尺寸、弯曲度的测定方法，以及试验状态调节和试验的标准环境的引用标准。

3、术语

本标准在制订中为明确给水塑料管道轴向线膨胀系数试验方法中涉及的概念，对轴向线膨胀系数概念在行业上进行明确定义。

4、原理

本标准根据给水塑料管道产生轴向线膨胀的现象阐述了给水塑料管道产生轴向线膨胀试验的原理。

5、试样

管材弯曲度是指塑料管材在长度方向的弯曲程度，一般适用于硬质管材。

在试验中发现如果管材存在超大的弯曲度将影响试样安装以及在试验过程中的轴向膨胀。

因此根据收集到的PPR管材、PVC管材、PE管材进行了弯曲度测试，进行了汇总（见表二）。

弯曲度测试汇总表表二

管材弯曲度

产品名称

弯曲度试验方法

规格尺寸（mm）

弯曲度,%

PPR给水管材

QB/T2803-2006

dn20*en2.3

0.03

dn20*en2.3

0.08

dn25*en2.8

0.02

dn25*en2.8

0.21

dn25*en4.2

0.04

dn25*en4.2

0.07

dn32*en3.0

0.15

dn32*en3.0

0.18

dn32*en3.6

0.03

dn32*en3.6

0.12

dn32*en3.6

0.16

dn32*en4.4

0.15

dn40*en4.5

0.03

dn50*en5.6

0.01

dn50*en5.6

0.02

dn63*en7.7

0.06

dn75*en8.4

0.01

dn90*en10.1

0.03

dn110*en10.0

0.05

UPVC给水管材

dn20*en2.0

0.01

dn25*en2.0

0.01

dn32*en2.4

0.14

dn40*en2.0

0.14

dn50*en2.4

0.01

dn63*en3.0

0.002

PE给水管

dn25*en2.5

0.04

dn32*en3.0

0.02

dn63*en5.8

0.14

dn110*en5.3

0.06

通过试验后的数据分析，并结合GB/T10002.1-2006《给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》规定的弯曲度技术指标，因此在本标准中提出试验用管材的弯曲度应不大于0.5%。

同时规定管材试样长（1000±20）mm，其端面必须平整，并且与轴线垂直。

6、设备

标准编制组在对管道产品的充分调研和标准查询中，研制了用于给水塑料管道轴向线膨胀系数试验的顶杆示差式轴向线膨胀系数试验仪，试验设备包括恒温水槽、温度控制系统、形变测量系统。

在标准中规定了恒温水槽的温度偏差要求，升温速率等要求，为保证在试样过程中试样在轴向发生滑动，规定了滑动摩擦力的要求，并规定变形测量系统的测量精度要求。

编制组通过顶杆示差式轴向线膨胀系数测试仪对PPR管材、PVC管材、PE管材等进行了的大量验证试验，对每组试样的试验数据进行了线性回归分析（详见表三）,均为线性相关。

进一步证明了设备的适用性。

线性回归分析表三

产品名称

规格尺寸mm

线性回归分析

评价

0≤确定系数（R2）≤1，R2至少大于0.99，才具有线性相关

F-PPR

dn32×en4.0

R2=0.99323

线性相关

dn32×en4.4

R2=0.99766

线性相关

dn25×en2.8

R2=0.99564

线性相关

PE

dn32×en3.0

R2=0.99755

线性相关

dn40×en3.7

R2=0.99648

线性相关

PE-RT

dn20×en2.0

R2=0.99151

线性相关

PP-R

dn25×en4.2

R2=0.99736

线性相关

dn32×en4.4

R2=0.99704

线性相关

dn25×en2.8

R2=0.99236

线性相关

PVC-U

dn20×en2.0

R2=0.9946

线性相关

dn25×en2.0

R2=0.99885

线性相关

dn25×en2.0

R2=0.99513

线性相关

dn50×en3.7

R2=0.99649

线性相关

dn32×en2.4

R2=0.99616

线性相关

dn40×en3.0

R2=0.99563

线性相关

7、试验步骤

状态调节对塑料管材性能测试非常重要，因此本标准规定按GB/T2918中（23±1）℃条件下进行状态调节24h。

在基准温度下测量试样的长度L0是试验前的一个重要步骤，在试验室按照在一个统一的基准温度下进行测量，有利于减少整个轴向线膨胀系数试验中的偏差，甚至会避免由于基准温度的不同带来测试结果的不同。

因此本标准将基准温度t0规定为23℃，而L0即为在基准温度t0下测量的试样长度,同时还规定了试验温度t2与t1之间的温差宜不小于30℃，这可以保证试验的重复性、统一性和精准性。

8、结果计算

在对试样进行试验的过程中，发现随着温度的变化，测试装置中的顶杆及其载体也会发生膨胀。

因此应将该值补偿到试样中。

如果采用为石英材质，其平均线膨胀系数为0.51×10-3mm/m·℃。

本次验证试验中采用的是铝青铜合金材料，其平均线膨胀系数为0.018mm/m·℃。

由于在试验中，管材一头固定在载体的一端，而测量装置固定于载体上，在升温过程中，管材、载体与测试装置中的顶杆同时膨胀，可以理解为膨胀系统一端固定，管材、载体与测试装置中的顶杆向另一端膨胀，故在测量装置测得数据为管材、载体与测试装置中的顶杆膨胀的差值，故采用正修正。

9、试验记录与报告

试验记录与报告中详细体现了检测样品的情况以及给水塑料管道轴向线膨胀系数试验的方法和测试结果。