无锡市钱氏功能塑胶有限公司设计生产的以金属和橡塑材料复合组成的家用燃气软管，它是高新技术对传统产品的改进、创新、提升。经过近十年来的实际应用，证明该产品性能可靠、密封性好、安装方便、性价比高、任意弯曲、防鼠啮咬，有效地防范了燃气事故的发生，深受用户欢迎。关于该产品的使用寿命，这亦是用户极为关心的问题。该公司提出了五年的使用保质期，是否合理？依据是什么？现分析探讨如下：

一．影响燃气软管使用寿命的因素分析

1、    材料：燃气软管及其组件中，影响使用寿命的是应用高分子材料制造的内管和柔性连接头。众所周知，树脂、塑料、橡胶等高分子材料制成的制品，在加工过程和使用过程中，受到热、氧或阳光中紫外线照射影响，会出现表面失去光泽、变色、龟裂、逐步脆化。这实则就是髙分子断链、交联的变化过程，是光氧、热氧老化的过程，这是一个由量变到质变的反应过程。因此，工厂在生产设计上述产品中，釆取了以下几个措施：①。选用耐老化较好的材料.②. 注意应用先进的加工设备和合理的加工工艺.③.筛选添加优质光、热氧稳定剂. 这就保证了该产品的抗老化性能，从而提高了产品的使用寿命。另外，由于我国南北气候温差较大，因此，产品生产中选择了耐寒性优良的橡塑改性复合材料，从而保证燃气软管在严冬亦不会脆化，保证了使用寿命。

2、结构：结构设计合理与否，将直接影响到软管的安全性和它的使用寿命。“大来”牌燃气软管结构设计特点：①.软管由内管和外管复合组成，内管又有两种不同性能材质双层共挤而成。内管的主要功能是输送燃气，特性是柔软、耐腐蚀、耐压、密封可靠、气体透过率小；外管是包塑的镀锌金属软管，功能是既可以仼意弯曲，但又能抗外力挤压、抗锐器损伤、并保护内管不受阳光照射、不怕鼠咬。②.特定设计的柔性连接头，与内外管有机地复合组合成一体，极为方便地可与燃气气源和燃气具相连接，这种结构保证了燃气软管在应用中确保密封并长治久安。

   二. 证明安全使用五年保质期的依据

对于这类复合燃气软管，如果要确认它的安全使用寿命，通常有两种方法：一是通过实际应用，待满五年或更长时间，再对这些燃气软管进行调査分析、性能检测。从而得出能否在正常使用条件下，保证应用五年的结论。二是通过加速老化试验，来预测这类产品的安全使用寿命。在这里我们借用橡塑材料的时温等效原理来预测塑料管道使用寿命的方法。下面我们就按上述二种方法来分析、鉴定。

   （一）选定应用“大来”牌燃气管5年以上的用户112家，并要具有地区代表性，对其使用的燃气软管进行调查、实测、分析。

    1．选定调查的对象：无锡华润燃气有限公司所辖用户(分别在北塘、崇安、南长、新区、滨湖五大区）、常州港华燃气有限公司所辖用户（分别在天宁、钟楼、清涼三区）。

    上述二公司所辖地区，应用“大来”牌燃气软管时间较早，至今已有九年历史，且数量较多，累计近八十万根，并都有详细的用户挡案，定期上门服务，具有较好的代表性。

2．调查要求：

①.在上述两市各抽样40—50户已应用“大来”牌燃气软管五年以上。

②.尽可能有地域代表性.

③.结果汇总、检测、分析。

3．调查结果分析：  

①.无锡华润燃气有限公司所辖燃气用户抽查了46户，其中：

    已安全运行7年以上的6户，检查软管外观基本良好，外管保护层有部份损坏。

    已安全运行6年以上的6户，检查软管外观基本良好。

    已安全运行5年以上的16户，检查软管外观基本良好。

    已安全运行4年以上的18户，检查软管外观基本良好。

    以上46户，分别分布在无锡市的北塘区、崇安区、南长区、新区、滨湖区。

②.常州港华燃气有限公司所辖燃气用户抽查了 66 户，其中：

    已安全运行7年以上的2户，软管外观良好。

    已安全运行6年以上的5户，软管外观良好。

    已安全运行5年以上的35户，软管外观良好。

    已安全运行4年以上的24户，软管外观良好。

③.为了进一步了解燃气软管运行五年以后其性能变化，分别在上述两市的调查用户中，再隨机各抽取已运行满五年以上的用户24户，更换新管，拆下的老管从气密性、拉伸强度保留率、断裂伸长率保留率等来评定是否已老化、还能否继续应用。测试结果见下表1、2：

 

   无锡市“大来”牌燃气软管运行五年后的性能实测汇总   表1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

常州市“大来”牌燃气软管运行五年后的性能实测汇总   表2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4、 结果

①.本次对无锡市、常州市两地应用“大来”牌燃气软管80多万用户中，随机抽样调査了已运行五年以上的用户共112户，用户反映密封可靠，无泄漏、安装方便、用户满意。调查内容具有代表性。

②.对112户应用燃气软管5年以上的用户中，从中再随机抽查24户，更换新管，拆下的老管进行性能检测，结果如下(参见表1表2)：

【1】.在公司的气密性测试仪上进行耐压及气密性测试，压力3公斤、时间15秒 、无泄漏，全部通过。

【2】.对燃气管内管进行拉伸强度试验，拉伸强度在12.59MPa-17.70MPa之间，拉伸强度保留率在最低为75.44%，断裂伸长保留率最低为70.95%。按常规，当上述保留率低于50% 时则认为已老化，由此可见，燃气软管运行五年以上，断裂伸长率虽已开始下降，但还未老化。再如已运行滿7年的软管，经测定还在可使用范围内。

③.调查反映，“大来”牌燃气软管，公司提出的五年保质期是合理的、是安全的、是有科学依据的。在本次调査中，还反映有部分用户已使用10年以上，这次我们在无锡市太湖花园一用户，换下一根已使用11年的燃气管，其性能还在可用之列。

 

（二）.根据高聚物材料的时温等效原理，来预测燃气软管的寿命.

    高聚物的力学性能和常用的金属管材有很大区别，常温下，聚合物具有独特的高弹性，在不太大的作用力下，可以产生很大的形变，在去除外力后，形变经过一段时间后几乎可以恢复到原样。高聚物在不同温度或不同外力作用下都将显示一样的三种力学状态和两个转变温度：玻璃态、高弹态、粘流态，玻璃化转变温度和粘流温度。这证明温度和时间对高分子材料的影响具有等效性。也就是说升高温度和增加延长时间是等效的。国际公认的时一一温等效关系（阿仑乌斯方程和拉尔森一迈勒方程），即是由高温时管道强度（寿命），预测较低温度时的长期强度（寿命）。

    当前国际上对于塑料压力管长期耐温耐压性能测定的方法是：ISO9080：2003《用外推法对热塑性塑料管材长期靜压强度的测定》，我国相应的国家标准是GB/T18252—2000《塑料管道系统用外推法对热塑性塑料管材长期静压强度的测定》。因此，在这里我们参照上述标准，对“大来”牌燃气软管进行寿命预测。

    1.试验参数设定： 借鉴PE燃气管材使用寿命的推算方法，按照高分子管道长期强度(寿命)的预测原理，应用国际公认的时一温等效关系(阿仑尼乌斯方程和拉尔森一迈勒方程).

      ①.Te－外推时间极限.高温较短时间的实验数据向低温长时间方向外推允许达到的时间极限.

      ②.ke－外推时间因子.由温度差和材料类型决定，与高温实验所得较短时间破坏时相乘得到低温下外推时间极限的因子.对以聚氯乙烯为基础的改性材料Ke值见下表3.

                             聚氯乙烯基材料的Ke值    表3

 

       ③．设定试验温度原则：以聚氯乙烯为基的改性材料，其最高试验温度为其维卡软化点15℃以下，这里设定Tt＝50℃，压力为实际使用压力的4倍。

       ④．外推时间的温度确定为T＝25℃（平均温度）。

    2.试验步骤：

       ①．从合格成品中选定10根1米的燃气软管作试样。在燃气软管一端接上0-0.6的压力表，另一端接截止阀。

       ②．上述试验管编号分别为1-10号，其中5号为原始样，不作老化试验，仅作性能对比测定。其余9根分别充入水压2公斤。

       ③．把9根试验管全部放入401A的老化试验箱中进行加速老化试验，老化箱温度确定为50℃。

       ④．燃气软管老化试验中，保持温度和水压恒定，每天记录，连续试验时间隨机确定如下表4.

 

           燃气软管加速加化试验时间确定（天）                     表4

 

 

 

3.试验结果分析：

        ①。在50℃温度和2公斤水压下，连续试验37天-58天的加速老化试验，结果均未发现试验管泄漏、压力损失、管子发硬等现象。由此证明，还远未达到老化期限。

        ②。对老化试验满37天的五根管试验管，进行了气密性测试和内管拉伸强度及断裂伸长率测试，结果见下表5.

 

37天加速老化试验后性能测试                  表5

 

               注：以5号管作原始值，拉伸强度14.70MPa   断裂伸长率435.76 %。

 

由此可见，1、4、6、8、9号管经过了37天的加速外推寿命的老化试验，都未损坏，若按此进行计算： △T=设定试验温度—外推时间的温度=50-25=25℃， 查Ke表相对应值为50，因为37天仅为一年的十分之一，所以50×0.1=5(年).说明，经推算5年内远未老化.换言之该燃气软管的推算寿命最少在5年以上.

    ③.对老化试验滿44天的燃气软管，同样进行了气密性测试和拉伸强度和断裂伸长率试验，结果见表6.

       44天加速老化试验性能测试结果           表6

④。对老化试验滿51天和58天的燃气管进行了气密性测试和拉伸强度及断裂伸长率试验，结果见表7。

          51天和58天加速老化试验性能测试结果     表7

 

由表6和表7可见，燃气软管经过44天、51天、58天加速老化试验后，都未损坏。按外推试验方法计算，44天为六分之一年、51天为七分之一年、58天为八分之一年，所以它们的外推应远大于6年、7年、8年。

⑤。为了进一步了解燃气软管经过加速老化试验后，在耐洗涤剂性、耐高温食用油性、耐食用油性、耐食用醋性、耐皂液性等方面性能变化情况，进行了系列试验，方法参见公司企业标准Q/320206QQIF01-2012。详见表8。测试数据显示，都在标准的规定范围.

加速老化后燃气软管性能变化结果           表8

 

（三）．结论

1.通过对无锡、常州两市“大来”牌燃气软管实际应用五年以上的112用户，进行实际应用情况调査，反映运行中气密性好、能防老鼠咬、安装方便、用户满意。并随机抽取24户更换新管，对换下的老管进行性能测试，所得测试数据，反映常可继续使用，还远未到老化终点。最长的已有11年之久。

2.通过对“大来”牌燃气软管试用外推法对热塑性塑料管材长期静压液压强度的测定，数据显示模拟五年到八年，尚未老化，还能继续使用。

3.由此可知，生产单位提出的五年保质期是合理的、可行的、有科学依据的。

1.GB/T18252--2000《塑料管道系统用外推法对热塑性塑料管材长期静液压强度的测定》.

2.无锡市钱氏功能塑胶有限公司企业标准. Q/320206QQIF01-2012.

3.2010年7月《燃气信息港》重庆大学化工学院 何立文 PE燃气管材50年使用寿命可信吗？

4.GB50494--2009 城镇燃气技术规范.

5.GB50028--2006 城镇燃气设计规范.

6.JISK 6348-2006《燃气用橡胶软管》.

 

 

 (本文作者：钱维均 钱镭 邵丽青 无锡市钱氏功能塑胶有限公司)