第二十届国际塑料管道会议论文摘要（五）

2021年9月6-8日，第二十届国际塑料管道会议（PP XX）在荷兰阿姆斯特丹大坂酒店举办。本次会议由国际塑料管道会议协会（PPCA）以及美国塑料管道协会（PPI）、欧洲塑料管材管件协会（TEPPFA）和欧洲PE100+协会（PE100+）共同主办。

本次会议为期3天，交流内容分为11个专题，涵盖塑料管道行业创新、可持续发展；管道在燃气、供水、排水等系统中的应用；新型塑料管道设计和测试方法；塑料管道产品的标准与规范；塑料管道未来发展趋势等。会议还设有展览展示区，来自世界各地的10余家管材、管件、原料、助剂、设备等生产企业设立了展台。会议重点突出了未来塑料管道行业的发展方向、塑料管道的创新、可持续发展等主题，值得国内塑料管道行业参考借鉴。

为使行业充分了解会议信息，秘书处组织了本次国际塑料管道会议论文摘要的翻译工作，并于专委会官方网站及《中国塑料管道资讯》上分别发布相关摘要内容，供大家参考。秘书处对所有参与摘要翻译工作的单位及个人表示感谢！

10A组-抗开裂性能

寻找适合试验方法以提高聚乙烯耐慢速裂纹增长性能

Ernst Van der Stok Kiwa Technology, Apeldoorn, Netherlands

随着最新一代聚乙烯级别（PE100-RC）对耐慢速裂纹增长性能的提高，其适用的试验方法需求也在提高。对于树脂，有三种适合的测试方法：应变硬化试验(SHT)、裂纹圆棒试验(CRB)和加速全缺口蠕变测试(AFNCT)。对于管道而言，还有两项试验仍在开发中：点载荷试验(PLT)和加速缺口试验(ANPT)。本文给出了这些试验的当前开发状态，包括最近的循环结果和最新的优化步骤。我们在一个涉及制造商和最终用户的项目组内进行点载荷PLT测试，确定了早期研究实践中可能发生的点载荷阻力。目前，PIT研究很有希望，但缺少三个不同实验室和正确的洗涤剂之间的明确比较，以验证加速测试。

在这项新的研究中，两个制造商生产的PE100管道由三个不同的实验室使用Arkopal N100进行试验。此外，这些管道还采用了新的试剂进行加速试验。最后，研究了管径的影响。

研究结果将用于新的点载荷PLT标准(ISO/NP 22102)和PE管道标准的修订，如EN 1555和ISO 4437。NPT的开发已在之前发布，测试了从初始缺口开始的耐裂纹增长性能。它的执行方式与通常的NPT (ISO 13479) 完全相同，但有一个重要区别：不使用水；将管道置于溶剂中。为了保持测试的环保性，为每根管道配置了较小的容器，以最大限度地减少溶剂的用量。目前，该试验方法正在被制定为ISO 13479的附录，并为此启动了循环研究。因此，本文对PE100-RC管道测试的发展提供了重要参考。

ID136

聚乙烯的慢速裂纹增长：加速试验中用于慢速裂纹增长机理的断裂表面纹理证据

Mark Boerakker SABIC Technology Center Geleen,Technology Pipe & Foam, Geleen, Netherlands

Rudy Deblieck SABIC Technology Center Geleen, Geleen, Netherlands

Arno Wilbers, Tine Boonen DSM MSC Geleen, Geleen, Netherlands

Britta Gerets, Mirko Wenzel SKZ, Wuerzburg, Germany

塑料制品在生产、使用和耐用性方面面临着越来越高的要求，其中包括由高密度聚乙烯(PE-HD)制成的燃气和饮用水压力管道，其使用寿命需要长达50年，在某些情况下甚至需要100年。失效模式包括快速裂纹扩展、延展性和脆性蠕变失效，以及由于材料降解引起的氧化诱导时间失效。这些故障模式需要通过加速测试方法进行评估，以保证安装和使用的安全。

最近开发的耐慢速裂纹增长方法包括加速蠕变试验(ACT)、加速全缺口蠕变试验(A FNCT)、裂纹圆棒(CRB)和应变硬化试验(SHT)。这些试验以各种方式探讨了耐慢速裂纹增长性能，或者通过使用有效的试剂来加速在恒定拉伸应力(AC [a FNCT)下的预制缺口试样中的裂纹增长，或通过循环拉伸加载预缺口试样(CRB)，或间接通过拉伸试验(SHT)检测材料的有效缠结密度。经研究，这些试验与早期试验之间已建立了良好相关性。

了解慢速裂纹增长的机理对于评估、排序和最终调整材料的抗性非常重要。在没有实际例子的情况下，上述试验验证通过使用现有的裂纹扩展和裂纹-裂纹转变的变形和失效模型以及裂纹增长动力学来检查，其结果可以转化为通过表面能的分子网络。

这些加速试验中有效变形和失效模型将与聚乙烯材料的FNCT试验中发现的断裂表面纹理分析相关，并进一步扩展到和SHT试验结果。

ID147

应变硬化试验用于聚乙烯管道中

部件性能验证的有效性

Britta Gerets, Mirko Wenzel, Kurt Engelsing

SKZ - German Plastics Center, Wuerzburg, Germany

按照ISO 18488标准要求，应变硬化试验(SHT)可快速确定高密度聚乙烯(HDPE)管道的耐慢速裂纹增长(SCG)性能。本文研究了SHT测试方法转移对HDPE管道组件试验的可能性。

对于小口径管材，已开发出比ISO 18488标准中规定的更小的试样。只要施加的应变率保持不变，SHT结果被证明不变。通过一系列的锯切、铣削、磨削和冲压，开发了一种从管道中制取样品的步骤。在进一步的研究中，该步骤得到优化：在车床上生成了可以直接冲压试样。这带来了额外的好处，即样品也可在圆周方向上制取。

按照ISO 18488，对各种不同的HDPE管材等级和管材尺寸进行了测试，并将SHT结果与材料测试的结果相关联。尽管在两种情况下都使用了相同的材料批次，但可以观察到材料和管材测试结果之间的差异较大。

因此，我们研究了管材挤出过程中管材尺寸、熔体温度和挤出量以及所得形态/结晶度的影响。特别是分子取向对SHT结果有很大影响。

重点是制定一种工业上可操作的方法，直接从HDPE管道中提取样品（无需预先重新造粒）。随后根据同一材料批次的ISO 18488结果（材料测试）设置后续SHT（组件测试）的结果。在材料和管道测试之间观察到的SHT结果的定量差异，可以通过压缩成型（材料测试）和挤压（组件测试）导致的样品内部结构的加工差异来解释。

ID164

为什么PA-U12压力管不关心岩石碎片

（或为什么PA-U12的要求像PAS 1075要求？）

Hermann van Laak, Jan Heimink Evonik Resource Efficiency GmbH, Germany

Mario Messhia, Andreas Frank PCCL GmbH, Leoben, Austria

Thomas Kratochvilla, Christoph Bruckner TGM Kunststofftechnik, Vienna, Austria

非传统安装技术包括在没有沙床的沟渠、农田铺设，水平定向钻孔 (HDD) 或爆破法等替代传统的安装技术，通过使用现有的旧管道提供经济和生态优势，缩短施工时间，减少工程量，避免了材料的运输。弊端是土壤和管床条件存在不确定性，可能会缩短新安装管道的使用寿命。因此，非开挖安装中使用塑料管道的一个关键要求必须是对失效机制具有出色的抵抗力，如：

- 外表面损坏；

- 基于外部压力下的慢速裂纹增长 (SCG)，例如岩石；

- 穿过爆裂管道碎片时的影响。

本论文按照PAS 1075原理对未增塑PA-U12（PA-U12）承压管材用混配料进行了研究，将对现有试验方法进行修订，并建立新的测试方法。

除修改标准试验方法外，通过新的高效试验工具的需求，建立了小尺寸加速可靠性测试(SMART)，例如裂纹圆棒(CRB)试验(ISO 18489:2015)和高密度PE管道等级的应变硬化(SH)试验(ISO 18488:2015)。为测试PA-U12，对现有PE管的测试参数进行了修改。不同粘度数（或相应分子量）的PA-U12等级的出色相关性证明了两种测试原理对PA-U12的适用性。

对于组件测试，针对PA-U12，修改了三种不同SCG试验显示脆性失效，并进行了比较，包括它们的实际适用性：

- 在NM5[3]条件下的加速PIT试验和在管材内表面有额外切口[4，5]；

- 高温加速NPT；

- CRB在负载升高和频率降低下，对正在进行的划痕和渗透测试结果进行评级和说明，将全面了解PA-U12管的高性能对应PAS 1075的替代安装技术。

ID210

研究PA 12级材料分子结构变化对耐慢速裂纹增长的影响

Mario Messiha Polymer Competence Center Leoben GmbH, Leoben, Austria

Britta Gerets SKZ-German Plastics Center, Wuerzburg, Germany

Jan Heimink Evonik Resource Efficiency, Marl, Germany

Andreas Frank PCCL GmbHz Leoben, Austria

Florian Arbeiter Montanuniversitaet Leoben, Austria

Gerald Pinter Montanuniversitaet Leoben, Austria

大部分粘弹性塑料管的失效可归因于慢速裂纹增长，这些裂纹始于固有的材料缺陷，因其承受较高的局部应力。这种失效情况被称为慢速裂纹增长(SCG)，在新开发材料的表征方面变得至关重要-特别为应用于加压管道而设计的。本研究使用了四种不同等级的PA-U12，三种不同分子量(MW)的纯PA-U12非管道等级和一种复合PA-U12管道等级。

当涉及纯PA-U12非管材等级时，两种方法都发现了高度相关的结果。然而，在CRB测试中，结果显示复合管道等级的失效时间明显更长，而SH测试结果与非管道等级的结果差别不大。这可能与裂纹扩展过程中引导失效机制的性质变化有关——可观察到的从裂纹到剪切屈服的转变。

另一个关键因素是通过裂纹冻结分析研究裂纹扩展之前塑性区的形成。结果表明，与其他材料相比，PA-U12化合物在裂纹尖端附近的塑性区相对较大，这进一步表明管道等级通过形成这些变形区来存储大量裂纹驱动能量的能力更高。

ID165

10B组-标准化

欧洲认证计划的互相认可

Peter Sejersen TEPPFA aisbL Brussels, Belgium

Horst Stimmelmayr Rehau AG, Erlangen, Germany

用于建筑物内冷热饮用水的塑料多层管道系统的自愿认证计划是两个欧洲组织共同努力的成果。它是与总部位于布鲁塞尔的欧洲塑料管道和管件制造商贸易协会密切合作发起的。内容包括管理人员于2018年3月签署的关于建筑物内冷热饮用水塑料多层管道系统自愿认证计划的谅解备忘录(Moll)。这标志着欧洲多层管道系统在应用领域自愿评估计划的开始，努力为塑料多层冷热水管生产商实现透明和统一的认证计划。该计划是开放的，所有独立的欧洲认证机构及其相关的测试机构都可以加入。

引入该计划的试点标准是ISO 21004，“塑料管道系统 给水用基于热塑性塑料的多层管道及其接头”，并已向国际塑料管道生产商颁发了许多证书。

该系统的进一步开发工作包括引入更多的测试实验室以及更多的产品和标准。

ID195

中国聚乙烯输水管标准的最新进展及其对PE100混配料

应用的影响

余新文 李京徽 方东宇 博禄上海

项爱民 北京工商大学

PeckTze Kang 博禄新加坡

在水资源缺乏和快速城镇化的背景下，无论在规模和产品质量上，中国聚乙烯输水管道市场近年特别是在过去的12个月中取得了长足的进步。根据过去的经验，市场意识到使用低质材料（如回用料，非标材料，炭黑未充分分散的加工工艺）生产的聚乙烯输水管道系统导致水资源的大量损耗和饮用水安全问题，2018年7月1日颁布实施的新国标GB/T 13663-2017“聚乙烯（PE）输水管道系统”发生了根本性的变化，要求在输水管道系统中使用聚乙烯混配料。

新版聚乙烯输水管道系统标准的颁布实施会对中国聚乙烯输水管道市场的发展产生显著的影响，开始改变市场上“高质量的PE100混配料用于燃气输送用管道系统，低质聚乙烯材料用于输水管道系统”的不正确观点。

本文作者介绍了中国聚乙烯输水管道的应用和市场的进展，新版国标聚乙烯输水管道系统和国际标准的在应用和技术方面的比较和PE100混配料在中国输水管道市场的成功案例。最后作者着重指出了中国聚乙烯输水管道市场的需求和未来的进展。

ID183

11A组-替代方法-NDT

PA 12管焊缝质量特性研究

Marc Eckes, Benjamin Baudrit SKZ - Das Kunststoff-Zentrum, Germany

Mike Troughton, Doug Wyliee The Welding Institute Ltd, Cambridge, United Kingdom

Hermann van Laak, Jochen Fritz Evonik Resource Efficiency, Marl, Germany

Werner WeBing Avacon Netz GmbH, Essen, Germany

尤其是在天然气行业，PA 12越来越多地应用于管道领域。然而，管道焊缝在质量测试中的材料行为尚未被彻底研究。

出于这个原因，两家研究机构和PA-12压力管道复合材料制造商对PA 12管道焊缝的既定质量测试进行了检查，进行了破坏性试验方法工艺弯曲试验（DVS指南2203-5）以及手动扭剪试验和机械线性剪切试验（DVS指南2203-1）。

还使用拉伸剥离试验（ISO 13954和EN 12814-4）对电熔焊口质量进行了研究。对于对接熔接工艺，检查了DVS指南2207-16中规定的工艺窗口限制，并分析了工艺参数对最终弯曲角度的影响。将测量值与聚丙烯的已知材料性能进行比较，以评估PA 12管道所需的最小弯曲角度。

两家研究所还开展了管道焊缝无损检测的超声波测量方法。在研究过程中，使用超声波方法制备和评估具有实际相关缺陷的焊缝。还使用超声波衍射时差法(TOFD)对对接焊口和使用相控阵超声波测试(PAUT)对电熔焊口进行了研究。研究结果加深了对PA 12管焊缝质量特性评估的深入了解，并将用于人员培训及国际技术标准的扩展。

ID214

探寻无损检测方法与PVC管材拉伸冲击试验之间的关系

Sjoerd Jansma, Rene Hermkens

Kiwa Technology, Piping systems and materials, Apeldoorn, Netherlands

当前，荷兰有超过2万公里的硬质PVC（或PVC-U）管道用于天然气输送。在这十年中，大多数管道将达到最初认定的50年的使用寿命。考虑到届时需要更换的管道可能会激增，因此，确定这些管道的实际材料质量变得越来越重要。

为了深入了解荷兰天然气输配网络中PVC-U管道的剩余质量，2004年启动了一个所谓的退出评估计划。在该计划中，现役PVC-U材料的质量是通过拉伸冲击试验测量开挖管道的脆韧转变温度来确定的。荷兰配电系统运营商(DSO)的最终目标是在无需拆除管段的情况下评估现场剩余质量。

管道内部和外部材料的颜色会因物理过程而发生变化，例如应力增白或紫外线辐射。使用紫外可见光谱(UV-Vis)的颜色测量和里氏回弹硬度测试的硬度测量都可以进行非破坏性的测试，可提供更多有关PVC管剩余质量的信息。因此，正在进行的研究的目标是找到这种拉伸冲击试验和无损技术(NDT)之间的相关性。

首次对PVC管材内外进行UV-Vis测量的实验显示了与管材表面粗糙度的关系。当前持续增加的拉伸冲击测试结果数据库，将提供机会探索拉伸冲击测试、UV-Vis测量和PVC管壁内部或外部的里氏硬度测试之间的相关性。

如果建立了这种相关性，则可以为现场NDT测量提供新的机会，例如在现场测量PVC管道的外部颜色，或在使用机器人时开发用于内部测量的传感器。

因此，本文为PVC管道的颜色检测提供了宝贵的意见。除了紫外-可见光、里氏硬度和拉伸冲击测量之间的相关性外，还研究了这些非破坏性技术对PVC管道的适用性。

ID275

ISO实验室间循环法研究相控阵超声无损检测聚乙烯

电熔承插接头

Joerg Wermelinger Georg Fischer Piping Systems Inc., TEC, Schaffhausen, Switzerland

Sunwoong Choi Hannam University, Daejeon 34054, South Korea

聚乙烯管道的应用领域正在变得更加广泛，且在某些应用中作为大型加压装置或关键应用，如在核电站中，需要提前知道包括所有接头在内的整个管道系统的结构完整性信息。近年来，体积无损检测（NDE）方法如相控阵超声检测（PAUT）、超声波衍射时差法无损检测（TOFD）和微波成像（MWI）等被开发并应用于检测聚乙烯熔接接头的完整性。因此，在ISO/TC138/SC5/WG17（用于流体输送的塑料管道、管件和阀门/测试方法和基本规范/替代测试方法）中，自2011年以来已启动了将这些无损检测（NDT）方法发展为国际标准的项目。因此，目前发布了用于对接焊口的 ISO/TS 22499 和用于电熔接头的ISO/TS 16943相控阵超声检测（PAUT）方法标准。其他标准正在进行中。

在制定ISO/TS 16943的过程中，进行了实验室间循环测试(RRT)，以建立资格认证程序，确保该标准保持一定的质量检查水平。本次RRT由7个PAUT检验组、2个配件制造商、2个熔接组和3个熔接破坏性试验机构参加，代表了三大洲五个国家。本文讨论了使用相控阵超声检测对电熔承插接头进行RRT的结果，描述了在电熔承插接头中产生各种缺陷的方法。这包括冷焊、微粒污染和焊接面缺陷：像PD（检测百分比）、PCI（正确分类百分比）和PFC（错误判断百分比）等术语可以得到验证。

接头破坏性测试结果用于将NDT检查结果与缺陷的实际细节进行比较。循环测试表明可以达到ISO/TS 16943的要求。适当的人员资格和程序资格培训是必不可少的。本文还将介绍和讨论RRT调查结果的所有相关细节。目前对接熔接接头无损检测的第二次全球ISO实验室间循环测试正在进行中。

ID150

11B组-工业应用

新发布的ASME非金属压力管道系统(NPPS)标准概述

Donald McGriff ISCO Industries, Inc, Huntsville, AL, United States

White Jee Sasol Chemicals North America LLC, Houston, TX, United States

尽管非金属管道系统在70多年前就已开始在压力锅炉行业中使用，但随着压力管道系统中非金属管道和部件的不断增加，2011年，美国机械工程师协会（ASME）内成立了非金属压力管道系统委员会(NPPS)。NPPS的成立是为了满足行业需求，以便工程师和设计师可以利用全球资源来制定非金属管道和部件设计和使用的综合规则。2019年5月31日，ASME发布了第一套综合非金属压力管道标准，包括：

NM.1，热塑性管道系统标准；

NM.2，玻璃纤维增强热固性管道系统标准；

NM.3，非金属材料标准。

本文所做的工作是ASME向潜在用户提供符合 ASME 规范和标准的非金属管道而做出努力的一部分，文章内容包括发展背景，三个标准内容的总体概述，以及随着其他非金属材料被纳入这些标准所面临的挑战和未来发展趋势。还向参与者介绍了工程师和设计师新的综合资源，不断增长的资源将包括更多的非金属材料和管道系统以及可用的新材料，可作为额外和专业知识补充。

ID180

从多层层压板到工业管道应用-指南

Gerald Pinter, Johannes Wiener Florian Arbeiter Montanuniversitaet Leoben, Austria

Otmar Kolednik Austrian Academy of Science, Erich Schmid Institute, Leoben, Austria

对于大多数工业用材料，必须找到刚度和韧性之间的平衡点。然而，许多生物材料表现出同时具有高刚度和高韧性。这些优异性能背后的主要原因通常是其具有由硬质和软质成分组成的优化微观结构。最近的研究表明，这种效应也可以在金属和聚合物等工程材料中复制。尽管如此，这些仿生原理的实际应用指南仍然存在。

本文研究了柔软的聚合物中间层对脆性矿物增强聚合物基体的影响。由标准PP和软质PP制成的夹层被引入到高度或中等矿物颗粒增强PR的基体材料中。采用实验J-integral,Jexp描述所研究材料的断裂韧性。评估断裂韧性，并使用J-Aa曲线的斜率作为抗裂纹扩展性的定性量度。

结果表明，只要选择合适的材料组合，其断裂韧性几乎是基体材料的20倍。这种断裂韧性的提高是通过软层中的裂纹抑制作用实现的，随后是高耗能裂纹重新引发。考虑到这些结果，我们开发了一种基于断裂力学的方法，通过特定数量、厚度和夹层间距来优化聚合物，并且成功地转化为管道应用。为证明这一原理，传统的夏比冲击试验也被用作表征多层PP韧性的直接方法。

我们制造了多达2048层的共挤板，并测试了缺口夏比冲击能，收集到的数据以刚度和韧性与层数的标准化图表呈现，并将性能与断裂力学预测进行比较。

ID228

日本热电厂进出水大口径管道工程

Mitsuaki Tokiyoshi Daipla Corporation, Recearch and Development, Japan

Takashi Oka, Takeshi Ybshioka Electric Power Development Co.Xtd, Japan

Yuichi Shibao High stiffness polyethylene pipes association, Japan

Ybshitaka Watanabe Daipla corporation, Japan

经评估，高密度聚乙烯管具有可防止盐害、挠曲柔韧性和高耐化学性等性能，因此越来越多地用于世界各地的港口建设。在日本，这些领域通常采用钢管或GRP管，但这些材料，尤其是钢管，具有运营维护、防锈、防污成本等长期存在的问题。为此，2018年人们启动了火电厂进出水口大口径聚乙烯管道应用工程。

在日本广岛县竹原市，电力开发株式会社（J-POW-ER）现有的火力发电厂（COAL-FIRED POWER GENERATION PLANT，600MW）1号机组已进行了整机改造，取水管总长131m，工作压力0.095MPa，出水管长65m。该管道是符合JIS K 6780标准规定的螺旋缠绕法制造的PE80级结构壁聚乙烯管，管道直径为3.0m，每根长5m。这些管道可根据现场施工规范进行适当的结构设计。

管件焊接方法基本采用电熔、对焊、自动焊接等焊接系统，也可根据用途、设计条件和地面设计选择橡胶接头和法兰连接。考虑到内压，出水管接头采用自动焊接系统，进水管接头由于无内压，采用橡胶接头系统。本文将介绍该工程的调研过程和研究解决方案。

将PE80材料、钢和玻璃钢表面浸泡在海水中进行测试比较三种材料的生物粘附性。在海水中进行结构壁中空注水试验（正在检测）。比较结构壁与实壁管施工条件下产生应力的研究于2018年1月至2019年12月完成。火电厂于2020年9月投产。

ID220

用于石油工程的具有高热稳定性和低渗透性的

新型交联聚乙烯管道

Gisbert Riess, Anna Kaltenegger-Uray, Katrin Berge,Florian Arbeiter

Montanuniversitat Leoben, Polymer Engineering and Science, Leoben, Austria

交联聚乙烯管道因其具有较高的热稳定性，受到了很多关注。聚乙烯的交联存在不同的方法，如电子束辐照法——一种无需任何添加剂即可产生自由基的方法；另一种方法是将过氧化物与硅烷（尤其是烷氧基硅烷）进行耦合，使硅烷基团接枝到聚合物链上，存放一段时间后在分子链之间形成连接。本研究的目的是对一种典型的无机填料进行改性。滑石粉通常作为活性填料存在于聚烯烃中。改性滑石粉用于进一步改善交联网络以获得更高的温度稳定性。因此，将热引发剂连接到滑石表面。在挤出过程中，引发剂分解并形成自由基。已证明这些自由基支持聚合物链之间的硅烷交联过程。因此，基于这种新型材料的聚合物管材可以在更短的时间内生产出来，并且与普通管材相比具有更高的热稳定性。

阻隔性能对应用于油田的管道材料很重要。因此，我们通过重量分析法研究低分子量烃的渗透过程。首先制备交联聚乙烯样品，然后通过一种烃的重量损失计算渗透率。结果表明，与普通聚乙烯相比，交联聚乙烯可以防止渗透。但由于不能详细测量溶剂混合物的渗透性，因此重量法具有一定的局限性。为了解决重量法的局限性，我们开发了一种基于GC-MS技术的新测量方法。新开发的测量渗透率的系统的主要优点可以通过对聚烯烃管测试来证明，它可以测量溶剂混合物中单个溶剂的渗透率。

ID212

（校对：亚大集团公司 李瑜 许凤琼 叶坤明）