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纯净水及热水管路系统的特性及应用


CPVC 纯净水及热水管路系统的特性及应用 诺誉化工公司 一.前言. 颜强

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近年来,由于我国 GDP 每年最低以 7%-8%的速度增长,人们的生活水平不断提高,对高品质产品的需求, 日益增长。在冷热水管的使用上,人们更希望使用到物性好,清洁,安全和安装简便的管路系统。诺誉化 工的 CPVC 管路正是以其在塑料管路中具备的强抑菌性,最

大的抗张性,长期工作温度高,,管材,管件同 质,密封性强,安装简便的特点,正日益受到人们的关注。同时诺誉化工 CPVC 直饮水和热水管路系统具有 的在世界上的塑料管路实际运行近五十年的历史。 二、公司历史和成就 诺誉化工公司是世界特殊功能性材料的先驱及领导者之一。2004 年所生产产品的全部销售额为 18 亿美金。 CORZAN CPVC 先进工业管路系统及 HealthGuard,FlowGuard CPVC 品牌的洁净纯水管路系统的专利 CPVC 原 料均来自于美国 Noveon 诺誉化工公司, 其单位原为美国 BFGoodrich 古立德公司的特用化学品部门, 2001 于 年与航空及太空产品部门分别独立成为诺誉及 Goodrich 公司,Goodrich 至今仍在全球化工及航太事业扮 演着非常重要的角色。 三. CPVC 的由来和发展
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氯化聚氯乙烯 Chlorinated Polyvinyl Chloride, CPVC 的主要原料为 PVC 和氯,因此理论上我们可以说 CPVC 是由 PVC 经过再氯化过程后形成的,其化学聚合过程见下图:

它最早是由美国诺誉化工 Noveon (前 BFGoodrich---古利德)公司在 1958 年发明,1960 年代初期加以商业 化生产及运用,概念上 CPVC 是由 PVC 再经过重新聚合及氯化作用形成的,但是 CPVC 会因为不同的氯化方 式、状况及氯的反应量有很大的差异性,Noveon 可将其 CPVC 分子链增大,使氯含量由一般 UPVC 的 56.7% 提升到 68%,最高到 74%,分子间的稳定性显著增强,解决了某些 PVC 产品的分子链不稳定性而导致的其中 的 RVCM(剩余氯乙烯单体)析出的问题。同时要指出的事,一般厂家的 CPVC 的生产技术,通常使其原料

中的氯含量仅止於 63%左右而已。由于拥有顶尖的科研团队和 CPVC 最先进的生产工艺,再结合 Noveon 公 司专利的材料配方科技,使得目前 NOVEON 诺誉公司原料中的氯含量最高已达到 74%的世界最高水平。其投 放市场的 CPVC 树脂, 氯含量在 67%以上,具备高耐温性(长期工作温度达 93 C)、化性迟钝不活泼、材质 洁净抗菌、运用环保卫生、优异机械性强度、最安全的抗燃性及发烟性等,今日诺誉生产的 CPVC 已然成为 工程塑胶材料中非常重要的一环。
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从使用的角度来看,CPVC 在开发初期首先进入民生用冷热水市场,慢慢随着产品的接受性逐渐增加,不断 的扩展如纯净直饮水系统、商用纯水系统、电子工业用去离子水系统、医用洗肾用纯水系统、空调用冷热 水系统、温泉热水系统、太阳能热水系统等崭新的领域,在北美地区民生市场与铜管系统共领风骚,今日 并已拥有 30%的市场占有率。另一方面来说工业市场的脚步虽然稍微慢了一点起步,但是由于其优异的特 性,在 CORZAN ?CPVC 的出现后不久,立刻使得众多的传统工业及高新科技产业都要指定使用 CPVC 管路系 统。而 FLOWGUARD? CPVC 最迟进入的市场,也是最具独占性的市场-BlazeMaster 消防管道系统,在 BFGoodrich 多年与美国 UL 保险实验室及 NFPA 国家防火协会的努力下,全世界唯一的 CPVC 消防喷淋管道 系统终于在 1986 年正式迈入实用阶段,这样的创举至今尚无人能出其右,也为 CPVC 优异的防火安全性树 立最显著的标竿。在这我们可以很明确的认定,CPVC 是个历经市场多方验证的成熟管路系统材质,可以符 合不同需求的多功能性塑胶。 四.CPVC 的基本物理特性: 性质 一般性能 项目 比重 比容 吸水率 ASTM D570 测试方法 ASTM D792 测试条件 73℉/23℃ 73℉/23℃ 73℉/23℃ 212℉/100℃ 洛氏硬度 CELL 等级 机械性能 落锤冲击 ASTM D785 ASTM D1784 ASTM D256 73℉/23℃ 73℉/23℃ 英制 1.55g/cm3 0.0103ft /lb +0.03% +0.55% 119 23447-B 1.5ft lbs/in o.n. 抗张强度 抗张模量 弹性强度 弹性模量 抗压强度 抗压模量 热性能 热膨胀系数 热传导系数 ASTM D638 ASTM D638 ASTM D790 ASTM D790 ASTM D695 ASTM D695 ASTM D696 ASTM C177 73℉/23℃ 73℉/23℃ 73℉/23℃ 73℉/23℃ 73℉/23℃ 73℉/23℃ 8,000psi 360,000psi 15,100psi 415,000psi 10,100psi 196,000psi
-5 3 ?

公制 1.55g/cm3 0.645cm3/g +0.03% +0.55%

80J/m o.n.

55N/mm

2

2500N/mm 104N/mm
2

2

2860N/mm 70N/mm
2

2

1350N/mm
-5

2

3.4?10 in/in/℉ 1.9?10 m/m/K 0.95BTU 0.137W/m/K

in/hr/ft /℉ 热变型温度 比热 ASTM D648 DSC 73℉/23℃ 212℉/100℃ 耐火性能 耐燃等级 火焰传播速度 烟雾产生 LOI 介电性能 介电强度 介电常数 电力因子 电阻率 UL94 ASTM E84 ASTM E84 ASTM D2863 ASTM D147 ASTM D150 ASTM D150 ASTM D257 217℉ 0.21BTU/lb℉ 0.26BTU/lb℉ 103℃ 0.90J/gK 1.10J/gK

2

0.062in/0.157cm V-0,5VB,5VA 15 70-125 60% 1250V/mil 60Hz,30℉/-1℃ 3.70 1000Hz 73℉/23℃ 0.007% 3.4?10 ohm/cm
15

492,000V/cm 3.70 0.007% 3.4?10 ohm/cm
15

五.

CPVC 耐温性

在常见的热水流体输送系统中,CPVC 与 ABS、PP、PPR、PB 、PEX 等相较,CPVC 拥有最大的实用持续操作 温度 95 C,其他的如 UPVC, ABS 无法达到一般的 80 C 常用热水要求,而 PP、PPR、PB 、PEX 等则在高温时 压力承载能力非常有限,系统使用寿命也十分的短,缺乏合理的实用性,从以下由 ISO 国际标准组织资料 所制作的比较表可以清楚了解。 *82 C LTHS 长期环箍应力比较-在 82 C 热水环境下,材料环箍应力在持续操作时的变化,直线转折点代 表材料已不再合适压力承载
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由此我们可以很确实的证明 CPVC 不仅在同样热水温度下保有最大的压力承载空间, 更能提供最长的使用寿 命。

此外,如何减少流体的热能损失也是相当重要的条件,CPVC 热传导系数约为镀锌钢管的 1/300、铜管的 1/3000, 亦是所有常用塑胶材料中的最低者。

*常见塑胶材料热传导系数比较

因此综合以上的数据,在输送加热流体时采用 CPVC,在应用上不仅可以拥有最大的操作压力及使用寿命, 也可以有效防止管内流体温度大量损失, 减少管路辅助保温设施的需求, 大幅提升整体能源使用效率, 是 最具运转经济效益性的塑胶热水管路系统。

六.

CPVC 卫生性

Noveon 诺誉化工 CPVC 材料符合欧美各国先进卫生指标如-德国 DVGW、英国 WRAS、法国 CSTB、荷兰 KIWA、 加拿大 CSA、美国 NSF 等, 并已通过江苏省卫生监督所、(北京市疾病预防控制中心) 、NSF 美国国家卫生 基金会对於饮用水设备的严格检验, 可安心使用於洁净生饮水相关系统。

由于 Noveon 诺誉化工采用专利 Post Chlorine 氯化技术,使得 RVCM 残余氯乙烯单体完全在反应过程中消 失,不致发生使用时管路系统释放出残余氯乙烯单体的疑虑,同样的 CPVC 分子结构中的氯原子亦处于非常 安定的状态,常态下不会产生分离释放现象,符合环境卫生诉求。

而 Noveon 的 CPVC 其独特的自抑制细菌的作用, 不仅无法提供细菌所需的养分, 更可以有效抑制流体中病 菌繁殖速度(如非典-嗜肺性军团菌),加上 CPVC 管路内壁非常光滑细致, 大量减少水中微量杂质累积及菌 类藻类附着孳生机会,提供使用者最纯净卫生的水质条件。因此如 FlowGuard CPVC 洁净民生管路系统,早 已在洁净生饮水系统、民用纯水系统、医疗用纯水系统、洗肾用纯水系统上大量使用。

*120 天管内细菌孳生比较

*16 周管内非典-嗜肺性军团菌孳生比较

*管内壁附着生物菌落平均密度比较

*30 周内管内静水混浊度比较

注:FlowGuard CPVC 目前业已取得美国 FDA 食品与药物管理局有关医药食品设备的采用核准

七. CPVC 抗腐蚀性

CPVC 由于含有高量安定化合的氯原子,因此拥有非常好的化学耐蚀性,整体耐蚀能力介于 PVC 与 PVDF 之 间,对大部分的无机酸、碱、盐和高分子量脂肪烃碳氢化合物呈惰性反应, 并且对强氧化物及卤素有良好 的阻抗力。常见的塑胶及金属材料间在耐蚀性方面的比较请参考本章节后附表 *CPVC 耐蚀性能分布比较图

此外,由于日常生活用原水来源的条件普遍无法达到最低卫生要求,因此生活用自来水供应厂目前在中国 均采用传统加氯消毒处理,不过 CPVC 对於自来水中消毒所添加的氯呈惰性反应,不会产生特别的材质变化

反应,但是一般市场所泛滥的聚烯烃化合物如 PE, PE-X, PP, PPR, PB 等,根据瑞典 Studsvik 研究中心报 告指出, 此类 Polyolefins 聚烯烃化合物如长期使用时, 则会因水中余氯而导致极容易发生管路碎裂现 象。 *PE 样品管,80 C,2.57 Mpa,3ppm 氯, 1,017 小时后发生管壁碎裂及内壁穿孔现象
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内壁 八.CPVC 耐候性

管壁

Noveon 诺誉化工 CPVC 管路系统在户外使用性方面有着极优异的表现,主要的原因来自于特殊的 CPVC 材料 配方,适量的二氧化钛及其他的专业紫外线抑制剂提供 CPVC 无可比拟的抗紫外线能力。较之于 目前一般 厂家生产的 UPVC / CPVC 已然有极大的差异性。

而传统塑胶材料以 ABS 为例, 由于材料本身是由 Acrylonitrile、 Butadiene 及 Styrene 三种材料共聚合成, 异种分子间的键结力较弱,有别于 UPVC / CPVC 的单一均质聚合,因此 ABS 在遭受等量紫外线的照射下, 分子间键结被破坏的程度远远超过一般的 UPVC / CPVC,因此脆裂现象特别容易发生,更不用与专利的 Noveon 诺誉化工 CPVC 来比较。所以在一般状况下塑胶材料都必须加以适当抗紫外线涂层或包覆才能在户 外使用,而 Noveon 诺誉化工 CPVC 却不必如此麻烦。

九. CPVC 耐久性

美国 Noveon 诺誉化工 CPVC 自材料研发初期至今均是以追求管路系统最大使用效能为宗旨,不断的在自我 突破,希望能替使用者创造最佳的时效经济性。所以诺誉化工 CPVC 除了满足在合理条件下维持 50 年操作 能力外,更努力追求赋予 CPVC 更大的压力/温度使用范围与长期使用性。诺誉化工位于美国俄亥俄州克里 夫兰的管路系统实验室,有着全球最先进的设备器材,而许多重要长期耐压试验自 60 年代即开始进行到现 在尚未失败,让我们每天都不断的在见证 CPVC 无与伦比的系统强韧性及耐久性。

CPVC 防火性

防火性是 CPVC 最为突出的性能,CPVC 具备无法自行燃烧、不助长燃烧、燃烧碳化不熔融滴落、低发烟量 的特性,其 LOI (Limiting Oxygen Index 限氧指数)高达 60,是一般塑胶中燃烧安全性评估等级最高的材 料,也是目前唯一经美国 UL、FM、英国 LPCB 等国际消防系统认证机构允许,可使用于消防喷淋管道系统 的塑胶材料,且已于欧美地区使用近 20 年时间。 而传统如 ABS、PP、PPR、PE、PE-X 等均为非常危险的易燃性材料,除了可以轻易地自行燃烧外(LOI<=21), 一旦着火后不仅快速四处延烧,而且所发出的高热及熔融的焰滴更会加速火场的扩大,并伴以大量的浓烟, 对建筑及人身安全无法提供适当的保障。因此选用 CPVC 除了可满足系统功能需求外,额外还能加强整体设 备及建筑的火灾安全性及防护性。

CPVC 九.CPVC 环保性

PP

诺誉化工有着全世界最先进的 CPVC 生产工厂座落于美国俄亥俄州及欧洲比利时,工厂毗邻城市,厂区周围 绿草茵茵,鸟语花香。足见 CPVC 的制造过程在高新科技的协助下,可以使得工厂的污染排放符合世界环保 最严格地区的要求。

再者目前市场上所有已商业化生产的塑胶材料均属于有机化合物,当所有天然或人工由机化合物进行燃烧 时皆会释放出含毒性气体,其中的差异性仅止于相对毒性的多寡问题而已,并没有所谓的无毒环保塑胶。 基本上在塑胶无法继续回收使用或已达使用时效终点时,业界仍然公认采用焚化法是最佳的销毁方式,任 由其自然裂解是过于理想及天真的想法,不切实际。因此塑胶材料燃烧时释放气体的毒性可视为塑胶环保 性的重要指标之一。

因此依照美国纽约州 Pittsburgh 大学燃烧产物毒性鉴定测试修正规则,CPVC 燃烧后的气体毒性不会比木 材高,比常见的木材及棉花还要低。而美国加州通风环境影响评估报告也认定塑胶管燃烧后的烟毒不仅比

其它塑料产品低,而且比一般家中常用的建筑及加工材料甚至木材这类产品还低。足见 CPVC 在环境保护方 面特有的优势,完全符合绿色,环保的精神 十.CPVC 装设及养护

CPVC 管路的装设流程与 UPVC / ABS 相似,为了达到系统应有的最大功能性和安全性,诺誉公司的特许技 术生产商环琪公司所有的 CPVC 管路系统均指定配套使用世界最大粘胶制造厂美国 IPS 公司的专用粘胶产 品,在完整管路系统均由环琪产品所构成的大前提下,环琪集团提供全球性 100 万美金产品责任险。以下 是基础的配件及管路装设过程。



切割

直接可以用轮形塑胶管切割器,电锯,或齿轮完好的塑料管专用锯子等简单工具轻松切割,在切割是时尽 量确保切割面平整且与管轴呈垂直,才可以获得最大黏合面积(强度)。



去毛边

利用倒角工具或锉刀将管内外的毛边和锉屑清除干净,并施以适当倒角以使管口易于进入套节,并减少抹 去配件上溶剂粘胶的机会。



配件准备

用干净的干布擦掉管及配件结合面上的灰尘和水分,并检查与配件的试接合情形,此时管应能轻易进入配 件套节 1/2 到 2/3 深,若可直接插底部应检查管或配件的尺寸是否不符规格。



涂抹清洁剂

管与配件套节胶合的结合面须先使用清洁剂(预黏剂)来渗透软化,以增进黏剂之熔接效果,使用大约管直 径一半大小的涂抹工具或毛刷(建议勿用破布)将清洁剂(预黏剂)均匀涂在管端及配件套节接合面,大尺寸 管件接合或必要时宜增加涂抹次数及量,以确保表面的软化效果。(注:FlowGuard 上才需要使用清洁剂(预黏剂))。 CPVC 2” / DN50,以



涂抹溶剂黏剂

溶剂粘胶必须在管表面的清洁剂(预黏剂)作用完毕后涂上,结合表面必须被浸透软化,粘胶应以管直径一 般大小的涂抹工具或天然鬃刷。管末端外面应涂 厚层粘胶,配件套节骨面应涂中等厚度粘胶。大于 2” /

DN20 的管应在其末端涂上第二层较厚粘胶或增加相对涂抹数次。



组合

涂完粘胶后,应立刻将插入配件套节并旋转 1/4~1/2 圈,管端必须和配件套节底部接触。接合处应施压固 定维持 10 到 15 秒以确保初步接合(6”以上管件之接合,需要二人合作紧握接合外约 1~3 分钟)。管和配件 套节口周围粘胶溢出应很明显。如果套节口周围的溢出粘胶不连续,表示所涂抹的粘胶不足。建议应将接 合处连同配件切除,重新施工。过量溢出的粘胶可利用破布擦去。



接合处固化及试验

根据实际管路及施工状况,依照“接合处静置及固化时间表”及系统试压操作说明进行。

对于 CPVC 而言,在管路适当安装并完成系统测试后,基本上就不再需要特殊的养护工作,只要确实掌控系 统相关操作条件在允许范围内即可,不过相对于其他塑胶,CPVC 确实在养护方面有着更方便、更经济、更 容易的优势。


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