1957年，德國赫斯特公司開發(fā)出高密度聚乙烯(HDPE)管材專用料GM5010，開始用于壓力供水領(lǐng)域，20世紀(jì)60年代末，英國燃?xì)夤緦⑵鋺?yīng)用于燃?xì)忸I(lǐng)域并獲得巨大成功；美國的Phillips公司于1971年研制出了中密度聚乙烯管材級(jí)原料(TR418)，聚乙烯燃?xì)夤艿篱_始在歐美等國家大規(guī)模應(yīng)用。美國PE管道應(yīng)用于供水及燃?xì)獾葔毫艿李I(lǐng)域從時(shí)間上雖晚于歐洲，但卻沒有根據(jù)ISO系列標(biāo)準(zhǔn)來制訂本國的標(biāo)準(zhǔn)，而是不斷摸索完善了自己的ASTM系列標(biāo)準(zhǔn)。因而造成國際PE壓力管道領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)并存的形象，甚至部分國家兩種標(biāo)準(zhǔn)混合使用^[1]。
　　本文通過對(duì)PE壓力管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究，探討ISO標(biāo)準(zhǔn)體系與ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系之間的主要差異，以讓國內(nèi)PE壓力管道領(lǐng)域相關(guān)人員能夠?qū)Υ擞兴私狻?br style="padding-bottom:0px;margin:0px;padding-left:0px;padding-right:0px;padding-top:0px;" />
1標(biāo)準(zhǔn)體系

1．1 lSO標(biāo)準(zhǔn)體系
　　關(guān)于PE壓力管道ISO標(biāo)準(zhǔn)主要有：ISO 4427：1996(E)^[2]；ISO 4437：1997^[3]；ISO 12162—1995^[4]；ISO/TR lR 9080—1992^[5]。
1．2 ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系
　　關(guān)于PE壓力管道ASTM標(biāo)準(zhǔn)主要有：ASTMD 2513-01a^[6]：ASTM D 2837-01^[7]；ASTM D3350-02a^[8]；AWWA C 901-99^[9]；AWWA C906-99^[10]。

2標(biāo)準(zhǔn)差異的探討

2．1使用原料的差異
　　供水管國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4427：1996(E)^[2]中指出，供水管使用的原料既可以是混配料，也可以是本色樹脂預(yù)混色母料^[11]，前者由混配料生產(chǎn)廠家書面證明，后者由管材生產(chǎn)廠家書面證明；燃?xì)夤車鴺?biāo)標(biāo)準(zhǔn)lSO 4437：1997中明確規(guī)定燃?xì)夤鼙仨毷褂没炫淞线M(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)系列中資料[6]、[8]、[9]和[10]的要求以及PPI(美國塑料管協(xié)會(huì))資料^[12]，原料既可以是本色料，也可以是專用料，但管材生產(chǎn)廠家必須按ASTM D 2837^[7]把數(shù)據(jù)資料送至PPI的靜液壓應(yīng)力管委會(huì)(PPl Hydrostatic Stress Board)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如達(dá)到要求，就列入塑料管協(xié)會(huì)PPI公布的TR-4^[13]表中。可以說，國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原料的要求要比美國標(biāo)準(zhǔn)的要求嚴(yán)格。
2．2原料的分級(jí)
2．2．1國際標(biāo)準(zhǔn)
　　ISO標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)ISO 12162^[4]對(duì)原料進(jìn)行分級(jí)。首先要將管材按照ISO/TR 9080^[5]試驗(yàn)條件進(jìn)行應(yīng)力破壞實(shí)驗(yàn)，獲取長期靜液壓強(qiáng)度(LTHS)的置信下限(LCL)(20℃、50a、97．5％)，依此確定材料的*小要求靜液壓強(qiáng)度(MRS)值，此值乘以10即為材料的等級(jí)數(shù)，見表1。目前市場上等級(jí)*高的原料即PE 100級(jí)原料，雖然韓國的三層公司宣稱開發(fā)了PE 112等級(jí)的原料^[14]，但由于未在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4427與ISO4437的原料等級(jí)范圍之內(nèi)，目前僅按PE 100級(jí)原料使用。
表1 1SO標(biāo)準(zhǔn)PE壓力管道原料分組表

LCL范圍/MPa	MRS/MPa	材料分級(jí)數(shù)
3．15～3．99	3．15	PE31．5
4．00～4．99	4．0	PE40
5．00～6．29	5．0	PE50
6．30～7．99	6．3	PE63
8．00～9．99	8．0	PE80
10．00～11．19	10．0	PE100
11．20～12．49	11．2	PE112
12．50～13．99	12．5	PE125
14．00～15．99	14．0	PE140

　　另有研究者認(rèn)為，PE 140為PE壓力管道極限等級(jí)^[15]。
　　美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原料的分級(jí)要復(fù)雜一些。根據(jù)ASTM D 3350[8]標(biāo)準(zhǔn)的要求，聚乙烯管材和管件原料(樹脂)的單元分級(jí)命名中包括7個(gè)物理性能指標(biāo)所屬的的區(qū)間，7個(gè)指標(biāo)依次為原料的密度、熔體流動(dòng)速率、彈性模量、屈服強(qiáng)度、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、23℃(7．3°F)靜水壓設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、顏色和紫外線穩(wěn)定劑，其中前6個(gè)指標(biāo)以數(shù)字表示，*后1個(gè)指標(biāo)以字母表示，表2為單元分級(jí)對(duì)應(yīng)表，圖1為—示例。
　　根據(jù)單元分級(jí)對(duì)應(yīng)表2，我們可以分析圖1中PE345434C的含義為：原料的密度在0．941—0．955g/cm3之間， 熔體流動(dòng)速率<0．15g/10min；彈性模量在758 MPa～1103MPa之間；屈服強(qiáng)度在21 MPa～24MPa之間；而SCC的單元分級(jí)為3-耐環(huán)境應(yīng)力開裂(ESCR)在檢測條件為C、時(shí)間為192h、破損概率個(gè)超過20％，或缺口靜液壓實(shí)驗(yàn)(PENT)在檢測條件下的測試值在3 h和10h之間；靜水壓設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為11．03 MPa(1600psi)，顏色為黑色且至少含有2％炭黑。
2．2．3 PE 2406和PE 3408的含義
　　在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中，聚乙烯供水和燃?xì)夤艿兰?jí)原料通常被稱為PE 2406和PE 3408，其中PE為Polyethylene的縮略語，隨后的2位數(shù)字表明了單元分級(jí)中的密度和慢速裂紋增長性能(SCG)，*后的2位數(shù)字表明了23℃靜水壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度(HDS)，見表3。
表2 ASTM D 3350厚料的性能、單元分級(jí)對(duì)應(yīng)表

單元分級(jí)		0	1	2	3	4	5	6	7
性能	測試方法
密度/g．cm-3	D1505	(a)	0．910～0．925	0．926～0．941	0．941～0．955	>0．955	—	—	(b)
熔體流動(dòng)速率/g．(10min)-1	D1238	(a)	>1．0	1．0～0．4	<0．4～0．15	<0．15	(c)	(d)
彈性模量/MPa(1000psi)	D790	(a)	<138 (<20)	138～<276 (20～<40)	276～<552 (40～<80)	552<758 (80～<110)	758～<1103 (110～<160)	>1103 (>160)	(b)
屈服強(qiáng)度/MPa(1000psi)	D638	(a)	<15 (<2．2)	15～<18 (2．2～<2．6)	18～<21 (2．6～3．0)	21～<24 (3．0～3．5)	24～<28 (3．5～4．0)	>28 (>4．0)	(b)
慢速裂紋增長SCG(e)
1．耐環(huán)境應(yīng)力開裂(ESCR)
a．測試條件			A	B	C	C	—	—	(b)
b．測試時(shí)間/h	D1698	(a)	48	24	192	600
c．破損概率，*大值/%			50	50	20	20
2．缺口靜液壓實(shí)驗(yàn)/h PENT（80℃、2．4MPa）	F1437 表1	(a)	0．1	1	3	10	30	100	(b)
靜水壓設(shè)計(jì)基礎(chǔ)HDB/MPa(psi),(23℃)	D2837	NPR(f)	5．52(800)	6．89(1000)	8．62(1250)	11．03(1600)	—	—	(b)
單元分級(jí)字母（g）		A	B	C	D	E
顏色和紫外線穩(wěn)定劑	D3350	本色料	著色料	黑色至少含2%炭黑	本色含紫外線穩(wěn)定劑	著色料含紫外線穩(wěn)定劑

圖1 PE原料單元分級(jí)示例

PE2406和PE3408的含義

中密度聚乙烯PE2406
PE	2	4	06
聚乙烯	密度單元分級(jí)為2	SCG單元分級(jí)≥4(a)	靜水壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度(b)4．31MPa(630psi)
高密度聚乙烯PE3406
PE	3	4	08
聚乙烯	密度單元分級(jí)為3	SCG單元分級(jí)≥4(a)	靜水壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度(b)5．52MPa(630psi)

　　 ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，聚乙烯壓力管道原料PE2406的單元分級(jí)至少為PE 234343[C、D或E]；PE 3408的單元分級(jí)至少為PE 345444[C、D或E]。
2．3長期靜液壓強(qiáng)度測試方法的比較^[5、7、16]
　　ISO標(biāo)準(zhǔn)系列中，測定PF管材長期靜液壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)為ISO/TR 9080，ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系中，靜液壓強(qiáng)度的測試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D 2837。兩標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法相似，均是將聚乙烯原料在特定的溫度和介質(zhì)中進(jìn)行應(yīng)力破壞實(shí)驗(yàn)，通過分析應(yīng)力破壞數(shù)據(jù)來估計(jì)塑料管材原料的強(qiáng)度。但兩種方法的理論基礎(chǔ)略有不同，在ASTM D 2837標(biāo)準(zhǔn)中，通過對(duì)100000h(約11a)的平均，LTHS進(jìn)行歸類來確定HDB值；而在ISO/TR 9080標(biāo)準(zhǔn)中，通過對(duì)50a(438000h)的LTHS的97．5％的置信下限(LCL)進(jìn)行歸類并依此確定材料的*小要求靜液壓強(qiáng)度MRS值。但不論是HDB還是MRS，在相同的使用條件下，材料的實(shí)際長期性能是一致的。兩種方法主要的不同點(diǎn)見表4。

表4 ISO/TR 9080和ASTMD2837的比較

項(xiàng)目	ISO9080	ASTMD2837
分級(jí)依據(jù)	MRS	HDB
線性	沒有假設(shè)	假設(shè)為線性(需要確認(rèn))
回歸	幾個(gè)溫度條件下測試，所有點(diǎn)的組合	單一溫度下測試
系數(shù)	3個(gè)或4個(gè)	2個(gè)
外推溫度	20℃	通常23℃，經(jīng)常使用其他溫度
外推時(shí)間	50a	100000h和50a
額定壓力外推時(shí)間	50a	100000h
戴取線	LTHS的97．5%的預(yù)測下限	平均LTHS
單位	MPa	psi

　　 ASTM D 2837標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)曲線是線性的并外延至100000h，然后利用一個(gè)確認(rèn)過程來確保這種假設(shè)，如果應(yīng)力破壞曲線在100000h以前出現(xiàn)了拐點(diǎn)，那么這組數(shù)據(jù)就是無效的。在ISO/TR 9080標(biāo)準(zhǔn)中，應(yīng)力破壞曲線中包括截取點(diǎn)以前觀測的所有數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)拐點(diǎn)，表明聚烯烴材料從韌性破壞轉(zhuǎn)為脆性破壞。
　　溫度與LTHS是負(fù)相關(guān)的，即溫度越高，在外延時(shí)間相同的情況下，LTHS值越低。ATSM D2837標(biāo)準(zhǔn)中并未指定LTHS的溫度，23℃僅是個(gè)典型值，而ISO/TR 9080標(biāo)準(zhǔn)指定表征LTHS的溫度為20℃。
2．4 PE 2406和PE 3408的與PE 80和PE100的對(duì)應(yīng)關(guān)系
　　圖2和圖3是選擇了市場上商業(yè)化并被認(rèn)可的PE2406產(chǎn)品和PE 3408產(chǎn)品，并按照ISO/TR 9080進(jìn)行長期靜液壓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)條件為水/水。
 

　　圖2按ISO/TR 9080進(jìn)行的PE 2406的應(yīng)力破壞曲線^[1]