氯化聚氯乙烯（ＰＶＣ－Ｃ）是在ＰＶＣ的基础上，进一步氯化得到的高氯含量的ＰＶＣ。ＰＶＣ－Ｃ树脂可应用于化工、建材、造船、电力等领域，制品应用最广泛的是管道领域，包含管道、弯头、法兰、直通、三通、异径管、阀门等。
氯化聚氯乙烯（PVC-C）电力电缆保护管
１、ＰＶＣ－Ｃ树脂的性能
ＰＶＣ－Ｃ树脂为无臭无味的白色粉末或颗粒，其中氯质量分数为６１％～７５％，表观密度为０．５０～０．７０ｇ／ｃｍ３。随着氯含量增加，ＰＶＣ－Ｃ树脂分子链极性增加，其热变形温度、维卡软化温度、玻璃化转变温度等升高，耐腐蚀性、阻燃性、耐热性等也大幅提高。
图源：山旭新材
氯含量的提高，对ＰＶＣ－Ｃ树脂的加工技术提出了更高要求。为了满足下游制品厂家的加工需求，市场上以销售已经添加了稳定剂、润滑剂、改性剂、着色剂和其他填料的ＰＶＣ－Ｃ混配料为主。
2、ＰＶＣ－Ｃ树脂在各类管道中的应用
2.1冷热水系统
２００３年国家质量监督检验检疫总局发布了ＧＢ／Ｔ１８９９３—２００３《冷热水用氯化聚氯乙烯（ＰＶＣ－Ｃ）管道系统》，明确了ＰＶＣ－Ｃ树脂可以用于生产冷热水用管材、管件和阀门，对冷热水用ＰＶＣ－Ｃ管道系统进行了规范。国家市场监督管理总局和国家标准化委员会在２０２０年对上述标准进行了重新修订。国外应用于冷热水系统已较为普遍。
ＰＶＣ－Ｃ管道灼烧后的萃取液中，苯、甲苯、乙苯、二甲苯均未检测出。但在各类ＰＥＸ、ＨＤＰＥ管道的萃取液中均检测出了上述４种化合物，在ＰＰ管道的萃取液中仅检测出了甲苯。综合比较，ＰＶＣ－Ｃ管道燃烧后对环境污染较少。
表１为ＰＶＣ－Ｃ管道和常见冷热水管道性能对比，其中ＰＰ－Ｒ为无规共聚ＰＰ。从表１可知，从透氧率、极限氧指数、导热系数、游离氯敏感性等方面综合考虑，ＰＶＣ－Ｃ管道适合于饮用水管道系统。
表１ＰＶＣ－Ｃ管道和常见冷热水管道性能对比项目ＰＥＸ管道
2.2消防系统
ＰＶＣ－Ｃ极限氧指数高达６０％，具有良好的阻燃性和离火自熄性，骤燃温度高达４８２℃，且高于此温度时只是烧焦，不会滴落引起火灾扩大。ＰＶＣ－Ｃ管道系统承压１．２ＭＰａ下，使用寿命长达５０ａ。ＰＶＣ－Ｃ消防管道比较适用于轻危险级或中危险级Ｉ级的建筑。
ＳｏｏｎｉｌＮ测试结果表明：明敷的ＰＶＣ－Ｃ管道自动喷淋系统在如宾馆、办公楼等轻危险级建筑中可安全稳定运行，具备灭火保护能力。尽管ＰＶＣ－Ｃ管道具有较好的阻燃性，但在明敷时必须确保系统在发生火灾时能够正常启动喷水，才能起到灭火防护作用。
我国目前应用较广的消防管道是以镀锌管道为代表的金属管道。长时间使用时，在微生物作用下金属管道易腐蚀，存在堵塞消防系统喷头的风险，另一方面，镀锌管道设计使用寿命较短。２０１７年我国发布的ＧＢ５００８４—２０１７《自动喷水灭火系统设计规范》中增加了ＰＶＣ－Ｃ管道应用于消防喷淋系统的规定。雄安新区设计中心、成都网络理政中心、山东肿瘤医院等已应用了ＰＶＣ－Ｃ消防喷淋系统。
表２为ＰＶＣ－Ｃ管道和镀锌管道的对比。
2.3氯碱行业
ＰＶＣ－Ｃ管道在氯碱行业已经有较多实际应用案例。董锦萍等发现碱液管道、盐水管道、氢气管道、电解槽放液管道等采用ＰＶＣ－Ｃ管道与阀门完全可以满足使用要求。和一般塑料及金属管道相比，ＰＶＣ－Ｃ管道耐腐蚀性好、不导电、无外防腐要求，采用胶黏安装，简易方便，在－４０～９５℃完全可以替代聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）管道，且安装费仅为ＰＶＤＦ管道的十一分之一。
湖北宜化化工股份有限公司氯气总管和氯化氢总管使用玻璃钢管道过程中出现多处漏点、裂纹等情形，更换为ＰＶＣ－Ｃ管道后使用效果良好。巴陵石化公司高纯盐酸和次氯酸钠输送管道以及盐酸泵、水流循环泵等进出口管道采用了ＰＶＣ－Ｃ管道，在使用中表现出黏结牢固可靠、无漏点、机械强度高（０．５ＭＰａ压力下长期使用无破裂）、耐热性好（长期输送８５℃淡盐水）等优点；另外，将ＰＶＣ－Ｃ管道应用于电解槽加酸管道时，ＰＶＣ－Ｃ管道不引入钙、镁、铁等杂质，有效延长了离子膜使用寿命。
2.4海洋平台
ＰＶＣ－Ｃ管道应用于海上船舶时可以减轻船舶质量和减少维护工作量，良好的阻燃性也可以减少船舶火灾的发生。ＰＶＣ－Ｃ管道具有良好的耐海水腐蚀、防垢、阻燃和低播焰性能，已被成功应用于海洋平台电解海水制次氯酸钠系统。
研究人员对比了在海洋平台中应用的ＰＶＣ－Ｃ管道和ＨＤＰＥ管道的各项技术要求。因为ＰＶＣ－Ｃ管道主要被应用于含次氯酸钠场景，且操作压力大于ＨＤＰＥ管道，故其外径５０ｍｍ管道被列入压力管道管理。
表３ＨＤＰＥ和ＰＶＣ－Ｃ管道在海洋平台的使用情况
2.５电缆保护管
目前我国应用的电缆保护管类型较多，有ＰＶＣ－Ｃ管、改性聚丙烯（ＭＰＰ）管、钢塑复合管、金属管道等。２０２０年，国家电网对电力电缆保护管的需求量中，ＭＰＰ管需求量约为４８％，ＰＶＣ－Ｃ管需求量约为４５％。
ＰＶＣ－Ｃ电缆保护管具有良好的耐热性、耐腐蚀性、电气绝缘性和密封性，尤其适合高压电力电缆保护使用。
２０２２年４月，我国《“十四五”现代能源体系规划》发布，提出要推动电力系统向适应大规模、高比例新能源方向演进。加快发展风电、太阳能发电。风电、太阳能发电的快速发展，将带动形成ＰＶＣ－Ｃ电缆保护管新的市场增长点。
2.６其他方面的应用
ＰＶＣ－Ｃ管道在冷媒循环系统方面、电镀行业等领域均有成功应用的案例。杨慎东研究发现ＰＶＣ－Ｃ管道的导热系数约为ＰＰ－Ｒ管道的５０％。在外界保温材料性能相同的情况下，ＰＶＣ－Ｃ管道对冷媒的热损失较小，同时可有效降低外界保温材料的厚度，节约成本。美国Ｇｏｏｄｒｉｃｈ公司已成功将ＰＶＣ－Ｃ管道用于处理含铬废气的除尘系统。
3、ＰＶＣ－Ｃ管道生产与安装
ＰＶＣ－Ｃ树脂黏度高，导致在管材加工时与设备摩擦热很高，加速其分解，严重时被迫停产。普通ＰＶＣ管材挤出机螺杆形式与挤出模具无法适应ＰＶＣ－Ｃ管道的挤出加工。以挤出模具为例，需要对模具进行电镀处理且抛光镜面光亮，流道必须圆润无死角，各部件必须无缝连接。
通过优化挤出模连接体的内部结构、调整口模间隙和模具压缩比、缩短模具内部定径部分平直段长度、改进分流筛板与塑化增强板等，研究人员设计了新的加工模具，其生产的ＰＶＣ－Ｃ管道耐冲击性能、纵向回缩率以及生产效率等大幅提升。
总之，ＰＶＣ－Ｃ管道生产受到混配料组成、设备、加工工艺（加工温度、冷却水温、定径套内径、真空压力）、操作水平等多方面的综合影响。
ＰＶＣ－Ｃ管道连接方式可采用黏合剂黏结、法兰连接、焊接等。采用黏合剂黏结安装时，首先将连接面清洗干净，然后将黏合剂均匀地涂抹在管材连接面，放置适当时间后将连接面插入结合。黏合剂主要成分为氯含量介于普通ＰＶＣ树脂和ＰＶＣ－Ｃ树脂之间的过氯乙烯树脂，通过添加功能助剂制得。
４结语
相比其他聚烯烃，ＰＶＣ－Ｃ管道在定制化、差异化方面尚有差距，需研发新的专用混配料，拓展ＰＶＣ－Ｃ管道的应用领域。
参考资料：苏峰、张文学《氯化聚氯乙烯树脂在各类管道中的应用》，现代塑料加工应用，2023.8.20，各公司官网及网络
原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：氯化聚氯乙烯树脂在各类管道中的应用
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