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ISO 4427-1-2007


ISO4427-1:2007 塑料管道系统 给水用聚乙烯(PE)管和管件 第一部分:总则 内容 前言 简介
1 范围 2 参考标准 3 术语、定义、符号和缩略语 3.1 术语和定义 3.2 符号 3.3 缩略语 4 原料 4.1 混配料 4.2 颜色 4.3 可重复利用或可回收料的使用 4.4 混配料的物理性能 4.5 熔接性能 4.6 分级和命名 5 用于输送人类饮用

水的水管对水质的影响 附录 A (规范性附录)压力折减系数 附录 B (资料性附录)耐快速裂纹扩展 参考文献

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前言
国际标准化组织(ISO)是由各国标准化团体(ISO 成员团体)组成的世界性的联合会。制定国 际标准工作通常由 ISO 的技术委员会完成。 对 ISO 技术委员会建立的课题感兴趣的每一个会员都有权 参与技术委员会工作,与 ISO 保持联系的国际组织(政府或非政府组织)都可参与委员会工作。ISO 与国际电工委员会(IEC)在电工技术标准化方面保持密切合作的关系。 国际标准是依据 ISO/IEC 导则第 2 部分起草的。 技术委员会的主要任务是制定国际标准。 由技术委员会通过的国际标准草案提交各成员团体投票 表决,发行国际标准需要至少 75%的成员国投赞成票。 ISO 4427-1 是由 ISO/TC 138,输送流体用塑料管材、管件及阀门技术委员会 SC2 小组委员会制 定了供水用塑料管材和管件。 本次是第一次修订,和 ISO4427-2 一起,代替 ISO 4427:1996,只在其基础上做了一些技术性编 辑。 ISO 4427 包括下列部分:在总则标题下,塑料管系列——供水用聚乙烯管材和管件: ——第一部分:总则 ——第二部分:管材 ——第三部分:管件 ——第五部分:系统适用性

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简介
ISO 4427 系列标准和规范规定了由聚乙烯制成的管材及其组成部分的要求,规定了应用水输送 用管材,包括处理前水的输送及通用水输送。 关于产品引起的给水管对水质的潜在影响也包含在本标准中: a) ISO4427 未提供产品无是否限制使用的规范性文件 b) 现行国家规定的有关这些产品的使用性能有效。 注:符合性评定指南在参考书目(9)和(10)中。

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塑料管系统---给水用聚乙烯(PE)管材和管件 第一部分:总则
1 范围
ISO 4427 的本部分阐述了用于输送饮用水,包括未处理的原水(生水)及一般用途水的聚乙烯 管道系统(主件和附件)的总体要求。 同时本部分也规定了标准中涉及到的检测方法中的检测参数。 连同 ISO 4427 中的其他部分,本标准适用于 PE 管材、管件、及其连接件以及含有其他材料的机 械连接件,并用于下列环境条件下: a) 最大工作压力(MOP)不超过 25 巴(含 25 巴) ; b) 工作温度以 20℃为参考温度。 注 1:应用于恒定温度在 20~40℃,见附录 A。 注 2:ISO 4427 包含了最大工作压力的范围和规定的颜色及添加剂要求,买方在从这些方面做出 适当选择时有责任考虑他们的特殊要求及其他相关的国家指南或规定的安装经验。

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参考标准
下列参考文件必不可少地应用于本标准,凡注日期的应用,以后这些标准文件的修改或这些标准

文件的修订本不适用于本技术规范;未注日期的应用,使用该标准文件的最新版本。 ISO 3:1973 优先数——优先数系列 ISO 472, 塑料——词汇 ISO 1043-1,塑料——符号及缩写——第 1 部分:基础聚合物及其特征性能 ISO 1133:2005,塑料——熔体质量流动速率(MFR)及熔体体积流动速率(MVR)的测定 ISO 1167-1,流体输送用热塑性塑料管、管件—耐内压测定——第 1 部分:总则 ISO 1167-2,流体输送用热塑性塑料管、管件—耐内压测定——第 2 部分:管材试验样品的制备 ISO 4065:1996,热塑性塑料管——通用壁厚表 ISO 4427-2:2007,塑料管道系统——给水用聚乙烯管材和管件——第 2 部分:管材 ISO 4427-3:2007,塑料管道系统——给水用聚乙烯管材和管件——第 3 部分:管件 ISO 4427-5:2007,塑料管道系统——给水用聚乙烯管材和管件——第 5 部分:系统的适配性 ISO 6259-1:1997,热塑性塑料管——拉伸性能——第 1 部分:试验方法总则 ISO 6259-3:1997,热塑性塑料管——拉伸性能——第 3 部分:聚烯烃管 ISO 6964:1986, 聚烯烃管材和管件——用焙烧和热解测定炭黑含量试验方法——试验方法和基本 规定
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ISO 9080 塑料管道和导管系统——用外推法以管材形式测定热塑性塑料管材的长期静液压强度 ISO 11357-6:2002 塑料——差示扫描量热法(DSC)——第 6 部分:氧化诱导时间(等温 OIT) 和氧化诱导温度(动态 OIT)的测定 ISO 11414:1996 塑料管材和管件——用熔接法对塑料管/管或管/管件的组装试件的制备 ISO 12162:1995 压力管道用热塑性塑料材料——分类、命名和设计系数 ISO 13479:1997 流体输送用聚烯烃管——耐快速裂纹扩展(RCP)测定——切口管材慢速裂纹 增长的试验方法(切口试验) ISO 13761:1996 塑料管材和管件——使用温度高于 20℃时的聚乙烯管线系统的压力折减系数 ISO 13953:2001 聚乙烯管材和管件——热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定 ISO 13954 塑料管材和管件——公称外径大于或等于 90mm 的聚乙烯聚乙烯电熔组件的拉伸剥离 试验 ISO 16871 塑料管道和导管系统——塑料管材和管件——直接(自然)风化试验方法 ISO 18553 聚烯烃管材、管件和混合物中炭黑和颜料分散度的评估方法 EN 12099 塑料管道系统——聚乙烯管材料和混合物——挥发份含量的测定 ISO 15512,塑料——水分含量的测定 饮用水质指南卷 1:1984 年日内瓦 WHO 介绍(推荐) EC 委员会指令 98/93/EC 1998 年 11 月 3 日关于人类饮用水水质的欧共体公报

3 术语、定义、符号和缩写
3.1 术语和定义

ISO3、ISO472 和 ISO1043-1 给定的、以及下列术语及定义适用于本文。
3.1.1 几何特征 3.1.1.1 公称尺寸 DN:规定的标识尺寸,指定组件的螺纹尺寸除外,为了方便起见数字经过圆整,并 以毫米表示。 3.1.1.2 公称尺寸 DN/OD:与外径有关的公称尺寸。 3.1.1.3 公称外径 dn:规定的外径,以 mm 表示。也表示为公称尺寸 DN/OD。 3.1.1.4 任意一点的外径 de:通过管材任一点横断面测量的外径,精确到 0.1mm。 3.21.1.5 平均外径 dem:管材或管件套管端部测得的外圆周长的测量值除以 π(π=3.142)所得的值, 精确至 0.1mm . 3.1.1.6 最小平均外径 dem,min:即规定的管子的最小平均外径。 3.1.1.7 最大平均外径 dem,max:即规定的管子的最大平均外径。 3.1.1.8 不圆度:椭圆度、管材管件套管端部同一截面测量的最大外径与最小外径的差值。
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3.1.1.9 公称壁厚 en :组件的规定壁厚,为方便经圆整约等于制造尺寸,用 mm 表示。 3.1.1.10 任意一点的壁厚 e :组件圆周上任意一点的测得的壁厚值。 3.1.1.11 任意一点的最小壁厚 emin :规定的组件圆周上任意一点的测得的壁厚的最小值。 3.1.1.12 任意一点的最大壁厚 emax :规定的组件圆周上任意一点的测得的壁厚的最大值。 3.1.1.13 平均壁厚 em:组件圆周上任意一点测得的壁厚的算术平均值,包括壁厚的最小测量值和最大 测量值。 3.1.1.14 管系列 s:依据 ISO4065 为管子设计的无量纲数。 注:按 ISO4065,管系列 s 与标准尺寸比 SDR 之间存在下列关系:S=(SDR-1)/2. 3.1.1.15 标准尺寸比 SDR:管子的公称外径 dn 与公称壁厚 en 的比值。 3.1.1.16 公差:表示规定值的最大允许偏差和最小允许偏差之间的差值。 3.1.2 与设计有关的术语 3.1.2.1 公称压力:与管道系统机械性能有关的用于参考的数字标识。 注:对于供水塑料管道系统来说,相当于管材在 20℃时的最大工作压力,单位为巴。 3.1.2.2 最大工作压力 MOP:管道系统中连续使用的流体的最大有效压力,单位为 bar,考虑了管道 系统中物理和机械性能以及流体对这些性能的影响。 注 1:可用下列等式计算: MOP=

20 (MRS ) c ? ?( SDR) ? 1?

3.1.2.3 额定压力 PFA:连续使用状态下组件能够承受的最大静液压。 3.1.3 与材料有关的术语 3.1.3.1 20℃、50 年预测的静液压置信下限 σLPL:应力大小的量值,单位为兆帕,可以认为是材料的 一个性能能,表示在内部水压下,20℃、50 年预测的静液压强度的 97.5%的置信下限。 3.1.3.2 最小要求强度 MRS:按 R10 或 R20 系列向小圆整的置信下限 σLPL 的值,以 σLPL 值而定。 注:R10 或 R20 系列圆整依据 ISO 3 和 ISO 497。 3.1.3.3 设计应力 σs:在规定应用条件下的允许应力,单位为兆帕。MRS 除以系数 C,圆整到优先数 R20 系列中下一个较小的值。 注:可表示为: ? s ?

MRS c

3.1.3.4 总使用(设计)系数 C:一个数值大于 1 的总系数,它考虑了未在置信下限 σLPL 体现出的使 用条件和管道系统中配件的性能。 3.1.3.5 熔体质量流动速率 MFR: , 依据 ISO1133, 是指在规定温度和负荷下与熔融粘度相关的一个值。
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3.2 符号 C:总使用(设计)系数 dem:平均外径 dem,mix:最小平均外径 dem,max:最大平均外径 de:任意点的平均外径 dn:公称外径 E:管件或阀体上的任意点壁厚 e:任一点壁厚 em:平均壁厚 emax:最大壁厚 emin:最小壁厚 en:公称壁厚 σLPL:20℃、50 年的置信下限; σs:设计应力; 注: 在 ISO4427 中, 符号 de、 e、 emin 和 emax 相应地等同于 ISO11922-1 中的 dey、 ey、 ey,min 和 ey,max。 3.3 缩略语 DN/OD:公称外径 MFR:熔体流动速率 MRS:最小要求强度 OIT:氧化诱导时间 PE:聚乙烯 PFA:额定工作压力 PN:公称压力 S:管系列 SDR:标准尺寸比。

4 原料
4.1 混配料:以聚乙烯基础树脂加入对加工和使用所必要的、满足本标准要求的添加剂制成的料粒, 符合 ISO4427 的要求。 所有添加剂应均匀分散。 注:ISO4427 不包含 PE 32 等级的混配料。 4.2 颜色 4.2.1 总则 混配料颜色应为蓝色或黑色。 其他颜色或非着色混配允许用于护套管上,护套管材料的颜色为蓝色或黑色(见 ISO4427-2:2007 附录 B) 。 4.2.2 黑色混配料 黑色混配料中的碳黑平均粒径应该在 10~25 纳米。
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4.3 回用料:根据 ISO 4427,生产厂自己生产或检测产生的洁净回用料、与相关混配料是同一级别的 回用料可以使用,来自外部的回用料和可再生料不可用于生产。 注 2:耐快速开裂性能见附录 B。 4.4 混配料物理性能:用于生产管材、管件和阀门的混配料应符合以粒状测试的表 1 和以管子形状测 试的表 2 的性能。 注:耐快速开裂性能见附录 B 表 1 粒状 PE 混配料性能 性能 要求 a 参数 混配料密度 炭黑含量(仅适用 于黑色混配料) 炭黑分散(仅适用 于黑色混配料) 颜料分散(仅适用 于蓝色混配料) 水分含量 d 挥发份含量 氧化诱导时间 ≥930Kg/ 质量百分数在 2.0%至 2.5% ≤等级 3 ≤等级 3 ≤300mg/kg ≤350mg/kg ≥20min
0.2~1.4 g/10min,且最大 差不应超过混配料标称值 的± 20%
f

试验参数 试验方法 数值 23℃ 依据 ISO 1183-2 ISO 1183-2 ISO 6964 ISO 18553 ISO 18553 1 1 200℃ 3 2.16kg 190℃ 10min
b e

测定温度 样品编号

符合 ISO 6964 符合 ISO 18553c 符合 ISO 18553c 试样数量 b 试样数量 b 测定温度 试样数量 负荷 测试温度 时间 试样数量 负荷
b

ISO 15512 EN 12099 ISO 11357-6

PE40 级熔体质量 流动速率(MFR)

ISO 1133:2005 条件 D

按 ISO1133 5kg 190℃ 10min 按 ISO 1133 ISO 1133:2005 条件 T

PE63、PE80、 PE100 级熔体质量 流动速率(MFR)
a b

0.2~1.4 g/10min,且最大 差不应超过混配料标称值 的± 20%
f

测试温度 时间 试样数量
b

混配料制造商应证明符合这些要求。 测试试样的数量代表着评价表中描述的性能值需要的数量,所需的测试试样数量应列入生产厂生产控制和过程控制 仲裁时,炭黑分散及颜料分散的测试样品采用压制法制备。 仅当挥发分含量不符合要求时才测水分含量。仲裁时,应以水分含量的测定结果作为判定依据。本要求应用于混配 如果与 200 ℃的试验结果有一个明确的修正关系,可以在 210 ℃进行试验;仲裁时,应以试验温度 200 ℃的测量结 标称值由混配料供应商提供。

质量计划中。
c d

料制造商制造阶段及使用者在加工阶段对混配料的要求(如果水分含量超过要求限值,需要预先烘干)。
e

果作为判定依据。
f

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表 2 管材形式测试的 PE 混配料性能 性 能 要求 a 参数 管材直径 对接熔接拉伸强度 b 试验到破坏为止: 韧性——通过 脆性——未通过 管材径厚比 测试温度 试样数量 c 内部测试压力: PE63 PE80 PE100 测试周期 测试类型 试样数量 对水质的影响 耐候性 e a) 电熔连接接头 b) 断裂伸长率 c)80℃静液压强度 耐候性测试试样应该: 脆性剥离百分比: ≤33.3%
c

检测参数 试验方法 数值 110mm SDR 11 ISO 13953 23℃ 符合 ISO 13953 6.4bar 8.0bar 9.2bar 500h 水-水 符合 ISO 13479

110mm 或 125mm SDR11 管子的耐慢速 裂纹增长

检测期间无破坏

ISO13479

按现有国家规定 累积接受太阳 照射 温度 装配程序 ≥3.5GJ/m2 d 23℃ f ISO 6259-1 ISO 6259-3 ISO 1167-1 ISO 16871 ISO 13954

符合 ISO 4427-2:2007,表 5 符合 ISO 4427:2007,表 3

注:1bar=0.1MPa=105Pa;MPa=1N/mm2
a

混配料制造商应证明符合这些要求。 试验样品按 ISO11414,在 23℃标准条件下制备。 c 测试试样的数量代表着评价表中描述的性能值需要的数量,所需的测试试样数量应列入生产厂生产 控制盒过程控制质量计划中。 d 3.5GJ/m2 能量值代表在接近 50 纬度处经受每年 3.5GJ/m2 的阳光暴晒,该值也可能适用于其他国内标 准和规则。 e 仅适用于非黑色混配料。 f 另定。
b

4.5 熔接兼容性 a) 混配料生产商应该证明符合表 1 的每批混配料生产的管材的对接熔接拉伸强度符合表 2; b) 符合表 1 的混配料被认为可以相互熔接,按要求混配料生产商应该通过由其混配料型式的对接 熔接拉伸强度测试来说明自己产品的范围。 4.6 分级和命名 PE 混配料分级命名应按表 3 规定的最小要求强度(MRS)分级。 表 3 中规定了混配料的 MRS 值,MRS 值和分级数依据 ISO 12162 由 σLPL 得来。σLPL 依据 ISO
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1167-1 进行的静液压试验、通过 ISO 9080 进行分析推断取得。 在按照 ISO 9080 对 PE100 原料进行长期静液压强度测试时,在 80℃小于 5000 小时的回归曲线 上测的拐点是不可取的。 混配料分级由混配料生产商依据 ISO 9080 进行认证。 注:用与管材相同的混配料生产的管件与管材是同一材料等级。 当混配料用于生产管件时,混配料的分级通过 ISO1167-2 进行试验样品准备。 表 3 原料命名和与之对应的最大设计应力 命名 PE100 PE80 PE63 PE40 最小要求强度(MRS) ,MPa 10.0 8.0 6.3 4.0 σs ,MPa 8.0 6.3 5.0 3.2

设计应力 σs 是由 MRS 除以总使用系数 c 得到的。C=1.25 注:C 值可取较大值,如果 c=1.6,那么对于 PE80 及原料,设计应力就是 5.0MPa,较高的 c 值也可通过选择较高的 PN 值取得。

5 用于饮用水输配的管材对水质影响 设计用于饮用水输配的原料,不能因接触或可能接触而造成饮用水含有有害的、危险的、有助于 微生物生长、或引起不愉快味道或气味的、阴暗的污染。 与饮用水接触的从原料中浸出的集中物质,化学和生物制剂以及感官/物理测试值不得超过世界 卫生组织(WHO)或每项指标更严格的欧共体(EC)委员会的欧盟指令 98/83/EC 推荐的最大值。 也要注意国家规范的要求(看介绍) 。

附录 A (规范性附录)
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压力折减系数

当 PE80 和 PE100 的 PE 管道系统在高于 20~40℃连续流体恒温环境工作时,压力折减系数在表 A.1 中给出,PE40 和 PE63 的系数参考 ISO13761。

表 A.1—PE80 和 PE100 的压力折减系数 温度 a,b,℃ 20 30 40
注:除非按 ISO9080 分析表明更低的折减可行,则因子和压力可以高一些。 a b 处于其他温度之间的温度,可以采用插值法(见 ISO13761)。 对于更高的温度,咨询混配料生产商。

系数 1.00 0.87 0.74

注:额定工作压力由下列等式得出: PFA=fT× fA× PN 其中: fT 表 1 中的系数 fA 与应用有关的降额因子(提高因子) (输送水时 fA =1)

PN 公称压力

附录 B(资料性附录)
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耐快速裂纹扩展

B.1 总则 耐快速裂纹扩展(RCP)是指低脆性开裂沿着压力管线高速增长(大约 300m/s) ,裂纹的增长或 捕获取决于裂纹开端的应力,而该应力受内部流体压力影响,反过来流体压力又受流体解压缩速度影 响。 如果水管线上发生了开裂,流体不会受到管线包含的空气或天然气的压缩或能量释放的影响。因 此,裂纹快速扩展很可能发生在水管上。实际上,通过水管进行的全尺寸(FS)和 S4RCP 试验,当 管子完全被充满的时候裂纹增长不会发生,然而,内部有低温(<3℃)水和空气的大口径水管试验表 明裂纹能沿着管子顶部的空气袋增长,但是,维持这些沿着空气的增长的需要较高的压力,维持增长 加大的压力因空气截留而减少,因此,最小化的截留空气量减少了风险。这样可得出在水管上这种现 象发生的风险是很低的,而且要求确定一致的条件,例如,作用在大口径管子上的快速开裂启动要需 高压力、低温度环境。 随着欧洲聚乙水管标准的发展,已经得到结论,即 RCP 仅需要考虑壁厚大于 32mm 的情况。试 验表明现金管道用混配料已具有耐 RCP 能力和较高的抵抗慢速裂纹增长的性能,这在一定程度减少 了风险的发生。这些条件和案例可以从参考书中找到。 B.2 引发 RCP 的发生是破坏性冲击的结果, 裂纹增长通过管壁进行, 或裂纹扩展从与环境条件一致的确 定的薄弱熔焊点开始。 不同原料管线的 RCP 现象在钢管和一些案例的塑料管线系统上有报道。 B.3 增长/捕获控制参数 RCP 参数裂纹的发生 a) 内部压力 b) 管线温度 c) 输送流体的减压速度(见表 B.1) d) 管子原料的断裂韧性 B.4 试验方法 特定原料的 RCP 敏感性随着管子外径和壁厚的增加而增加。设计的消除系统风险的试验评估是 必要的,PE 管的标准化试验方法已经出版:ISO13477 S4 试验和 ISO13478 FS 试验。

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这些试验要求在开裂快速增长发生时需要极端条件,例如,在试验管上要用锋利刀刃引发尖锐缺 口和冲击,而且,在全尺寸试验中,需要将管子冷却到-70℃.

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参考文献
[1] ISO497::173 优先数和优先数系列选择及圆整指南 [2] ISO11922-1,流体输送用热塑性塑料管——尺寸及公差——第 1 部分:公制系列 [3] ISO13477 流体输送用热塑性塑料管——耐快速裂纹扩展(RCP)性能测定——小尺寸稳态试 验(S4 试验) [4] ISO13478 流体输送用热塑性塑料管——耐快速裂纹扩展(RCP)性能测定——全尺寸试验 (FST 试验) [5] 格雷格,M,《聚乙烯管静液压下耐裂纹快速扩展研究》,塑料及橡胶研究塑料管Ⅶ委员 会,1988NIAN 9YUE [6] 格林 SHEIDS,C.J.,塑料脆性断裂——第 1 部分:水压下塑料、橡胶及其复合材料处理与引 用,1997 年卷 26 第 9 期 387 页 [7] EN 12201-1,供水用塑料管道系统——聚乙烯(PE)——第 1 部分:总则 [8] EN 13244-1,埋地和地上一般用途供水、排水及污水用塑料管道系统——聚乙烯(PE)——第 1 部分:总则 [9] CEN /TS 12201-7,供水用塑料管道系统——聚乙烯(PE)——第 7 部分:适配性评价指南 [10] CEN/TS 13244-7 ,埋地和地上一般用途供水、排水及污水用塑料管道系统 —— 聚乙烯 (PE)——第 7 部分:适配性指南

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