新型塑料管材及其在给水管道工程中的应用.docx

新型塑料管材及其在给水管道工程中的应用随着高分子材料技术的飞跃进步，塑料管材的开发利用也不断深化。近二十年来，我国塑料管村的开发研制及生产推广均取得重大成果。现今，已开发出可用于给水管道工程的塑料管材有UPVC管，PE管、PB管、PEX管、PP-C管、PP-R管以及金属一一塑料复合管。这些管树材料性质不尽一样、生产工艺各有特点、主要应用范围也各有差异，但应用于给水管道工程其重量轻、便于运输及安装、管道内壁光滑阻力系数小、防腐性能良好、对水质不构成二次污染却都是共通的。本文综合有关资料，就目前市场上常用的用于给水管道工程的新型塑料管树的材料性质、生产标准与生产工艺、应用范围等作些介绍，供同行参考。一、硬聚氨乙烯管(UPVC)管硬聚氯乙烯管是国内目前塑料管材的主导产品。UPVC给水管材管件1983年列入国家“七。五”科技攻关项目，经过十多年的技术开发和应用实践，无论在产品的生产还是在实际工程应用方面，均积累了大量的理论与实践经验。1、材S4性质及生产工艺硬聚氯乙然属热塑性塑料，其制成品UPVC管材质较轻，密度为1350(nl460k8m3(钢材为7800kg/m3),维卡软化温度86c5C,抗拉、抗弯、抗压缩强度较高，但抗冲击强度相对较低。UPVC管普遍采用挤压成型工艺，挤出机又分单螺杆、双螺杆，就挤出工艺而言，双螺秆挤出机要优于单螺秆挤出机。目前，国内生产UPVC管道的有400余生产厂家。2、生产标准目前国内UPVC供水管的生产厂家，绝大部分是按国家标准生产管材，但仍有相当多的厂家受引进设备限制或产品外销，采用英标(BS).日标(JIS).德标(DIN)或ISO标准生产管材。对用户来说，不同标准生产的管材，其内外径及壁厚均不同，这是在选用时必须予以注意的。我国UPVC给水管设计、施工、验收规程明文规定，选用管材必须是按中国国家标准生产的。我国于1988年制订了UPVC给水管材国家标准GB10002.188,96年对标准开展了修订，公布了新的国家标准GB/T10002.11996,非等效采用了IS04422：1990国际标准。管件标准GBlOOO2.188现正予修订。按目前的国家管材标准，管材口径的直径(外径)2OnlnI至直径酗Omm共28个直径规格，压力等级0.6MPaoI1.6Mpa,共5个等级。根据国内多家自来水公司的经验，室外UPVC管道宜选用压力等级1.OMPa的。UPVC给水管设计、施工、验收规程规定的口径分类为20mm“63Onmb并对管材国标所规定的口径分类作了删减，以便于供水企业备品备料。3、连接方式、配件UPVC给水管的连接方式与配件一直是制约其在工程中应用的重要因素。经过10多年的应用实践，管材连接技术与配件的开发研制均有长足的发展与进步。目前，国内已可生产口径大于等于63mm的柔性接口(R一R)管材，口径在63mm以下的亦可采用柔性的活接头方式予以连接。可以说，粘接接口(T-S)方式将逐渐被柔性接口方式所取代，这是大势所趋。配件方面，90年代初手工制造配件的方式已基本淘汰，近几年厂家己生产出采用粘接方式连接的三通、弯头等，也有采用钢塑配件替代的。99年4月，#某厂已成功开发出柔性接口的全塑化三通、弯头等配件，口径Ioomn1、150mm.20Omm三种，基本满足了小区UPVC给水管道工程的需求。4、适用范围UPVC给水管主要适用于室外埋地供水管道，国内水司统计资料说明，选用口径多在25OnInI及其以下。在建筑给水(室内给水)方面UPVC管也有应用，但效果并不理想。近年来，随着聚丙烯、聚丁烯、交联聚乙烯、铝塑复合管的兴起，UPVC管将会迅速谈出建筑给水工程领域。二、聚乙烯管(PE管)聚乙烯管在燃气管道工程中使用多年，有成功的理论与实践经验。近几年，在农村给水工程中亦有大量应用。国外大量应用于市政埋地给水管，国内有几家企业已致力于这方面的开发研究工作，'总体说来尚处于起步阶段。1、材94性质及生产工艺聚乙烯也是一种热塑性塑料，可多次加工成型。密度是聚乙烯的重要性能指标之一，有一度聚乙烯(HDPE),中密度聚乙烯(MDPE).低密度聚乙烯(1.DPE)之分。密度越高，相对硬度、软化温度、抗拉强度越高，但脆性增加、柔韧性下降、抗开裂性能力下降。给水管道一般采用一度聚乙烯，燃气管道一般采用度和中密度聚乙烯。度聚乙烯密度950kg'较UPVC为轻，软化温度120。C较UPVC管为高。其柔韧性、抗冲击能力均高于UPVC管，连接方式优于UPVC管基本上可保证连接处不泄漏(属本体连接)。此外，聚乙烯本身是一种无毒塑料。欧美国家HDPE给水管的用量逐年增加，UPVC管的用量逐年下降。一般的看法是在给水管道工程中，HDPE管最终将取代UPVC管。聚乙烯管村同UPVC管材一样，普遍采用挤压成型生产工艺，管件采用注塑成型生产工艺。目前，国内生产聚乙烯管村的厂家约10多家左右，就技术条件与生产能力而言，#亚大塑料制品公司、#胜利塑胶公司届龙头企业。2、生产标准我国于92年公布了给水用度聚乙烯(HDPE)管材的国家标准GB/T136631366492,现正予以修订，修订稿已呈报国家技术监视局。现行国家标准，口径以16mm至315m共18个级别，压力等级O25Mpaool.OMpa共4个等级。3、连接方式、配件聚乙烯在温度19(Cn24(TC之间将被熔化，利用这一特性，将管材(或管件)两熔化的部份充分接触，并保持适当压力，冷却后两者便可牢固地融为一体。因此，PE管的连接方式与UPVC管不同，通常采用电热熔连接及热熔对接两种方式。电热熔连接是将所需连接的两端插入埋有电热丝的套管中，将电热丝通电，将要连接的管材、管件加热至熔化温度，固定直至接口冷却，从而形成严密牢固的接头。热熔对接连接是将与管轴垂直的两对应端而与加热板接触至熔化温度，将两熔化口压紧连接。热熔对接连接适用于口径大于90mm的管道。PE管道与金属管道连接时，可以采用钢塑过渡接头。PE管道生产厂家已开发出各种规格的注塑管件，特殊管件也可采用焊接的方式手工制造。4、适用范围PE管适用于室外埋地供水管道，也有用于室内供水管道的。总体来讲，至现阶段工程应用实践不多。与UPVC管相比，现尚无完善的设计、施工、验收规程可供遵守，这也是推广应用PE供水管所面临的一大问题。实际上，除UPVC给水管外，现有的其他各种塑料供水管材均无完善的设计、施工、验收规程，除UPVC、PE管外，甚至无管材国家标准。与UPVC管早期的开发应用类似，各种塑料管材厂家的不懈努力也将推动供水管材领域的技术进步、推动行业的发展。PE管可应用于旧管翻新，国外已广泛应用，国内也开始试点应用。三、聚丁烯管道（阳管）聚丁烯也是一种热塑性塑料，由其生产出的PB管道，是目前世界上最先进的冷热水、暖气管材之一。1.材料性质及生产工艺聚丁烯无味、无毒、耐高温性能良好，材质柔韧同时又具有良好的抗拉、抗压强度，软化温度12UC。PB管的密度为930kg/m:,与PE管相近。2、生产标准目前国内生产PB管材的厂家不多。#、已引进生产线生产PB管。我国目前尚未制订PB管材的国家标准，生产企业的企业标准一般等效采用所引进生产线所在国的国家标准，如#某厂就是按BS7291英国标准生产的。PB管的口径（外径）国内现有Iomm、15mm、22mm、28mm四种规格，国外有口径至IlOnlnI的PB管。PB管的承压能力与管道的壁厚有关，与通过的介质一水的温度有关，特别是介质的温度订货时应向厂家说明。3、连接方式、配件PB管可采用机械夹紧式（插入式）连接或热融连接。生产厂家己开发出多种型式的配件，基本可满足工程应用的需要。4、适用范围如前所述，PB管适用于建筑室内冷热水供给系统。现既无管村国家标准亦无设计施工验收国家标准。四、交联聚乙烯（PEX）管交联聚乙烯是在普通聚乙烯原料中参加有机硅烷接技材料，由线性分子构造改性成三维交联网状构造，改变了普通聚乙烯的分子构造，从而改变了其性能。1、材94性质及生产工艺PEX与PE管一样，无毒、无味，耐压、稳定性和持久性好，其独特的耐温性能（一70。CCnIl（TC）,使其成为室内冷热水供给的推荐管材。PEX管的密度950kg/m3.PEX管的生产工艺是以聚乙烯为基体树脂，以硅烷为键桥材料，原材料通过精细计量系统，进入专门设计的反应挤出机，将硅烷的乙烯基与聚乙烯一步完成接枝和成型，构成三维立体分子网络。这种一步法生产工艺是目前国际上广泛采用的变联聚乙烯管材生产方式，国内引进的生产线也是一步法生产工共2、生产标准国内目前生产PEX管的厂家不多，其生产技术均是从国外引进的，采用的标准也是参照国际标准制订自己的企业标准并报地方政府批准。PEX管的口径（外径）现有16M.20mm、25mm、32mm、40mm、501m、63mm7种规格。3、连接方式、配件PEX管道之间的连接采用厂家配套提供的铜质连接件及紧固环，排卡箍式或卡套式方式连接。PEX管道与其他金属管道连接，采用专用的外螺纹卡箍式或卡套式连接配件。4、适用范围PEX适用于室内冷热水供给管道。系统工作压力水于等于06Mpa,长期工作温度小于等于75（建筑给水排水规范要求）。#市工程建设标准化办公室于98年底发布了推荐性地方应用标准“建筑给水交联聚乙烯（PEX）管道工程技术规程”，内容涉及PEX管的设计、施工、验收三个方面。五、聚丙烯共聚物PPR、PPC管聚丙烯是无色、无味、无毒带白色蜡状颗粒材料，具有优良的耐热性能及较高的强度，但熔融粘度低，存在低温脆性缺陷，须对其开展改性以适用管道生产的需要。目前普遍采用的改性方法是使PE与PP（聚丙烯）在分子链级开展共聚，其产品称为聚丙烯共聚物，由其生产的管道在原料生产、加工、废弃处理过程中不会对人体及环境造成损害，因而被称为绿色建树。目前，国内市场上的PP管树有PPC、PPR两种，均属PP与PE的共聚物。两者的区别是：PPC,其聚乙烯含量为7（nil地；PPR,聚乙烯含量为3（n5%;PP一C壁厚较同规格的PPR为薄；按目前德国的分类法，PPC属第二代（二型），PPR属第三代（三型）；PP-R抗冲击性能优于PPC.PP-C.PP-R的物化性能，应用范围基本一样，故下面仅介绍三型聚丙烯（PPR）。1、材94性质及生产工艺PP-R无毒、卫生、可回收利用。PP-R的维卡软化温度为13UC,最高使用温度为95C,长期使用温度为7（TC,属耐热、保温节能产品。其密度900k8/m：。PP-R管道采用挤压成型工艺生产，PP-R管件采用注塑成型工艺生产。2、生产标准目前国内尚未制订统一的国家管材标准。PP-R生产线多从德国引进，PP-C生产线多从韩国引进。生产厂家多是参照德国标准制订自己的企业标准。PP-R生产规格从20至95mm多种管径类别。3、连接方式与配件PP-R管材及配件之间采用热熔连接。PP-R与金属管件连接时，采用带金属嵌件的聚丙烯管件作为过渡，该管件与PPR采用热熔连接，与金属管采用丝扣连接。4、适用范围ppR管适用于建筑物室内冷热水供给系统，也广泛适用于采暖系统。欧洲在建筑物冷热水供给系统中，使用PP一R较为普遍，己上升为主导产品。省建设厅、省技术监视局于98年七月发布了省地方标准“改性聚丙烯（PP-C）地面辐射手暖、建筑给水及热水供给技术标准（试行）"。#市工程建设标准化办公室98年12月发布了推荐性地方标准“建筑给水聚丙烯管道（PPR）工程技术规程”。六、金属塑94复台管金属塑料复合管很多，有钢塑管、铜塑管、铝塑管、钢骨架塑料管等。铝塑复合管是近几年发展迅速的一种新型管树，本文就铝塑复合管作些介绍。材料性质及生产工艺铝塑复合管是以铝合金为骨架，铝管内外层都有一定厚度的塑料管。塑料管与铝管间有一层胶合层（亲和层），使得铝和塑料结合成一体不能剥离。目前用于铝塑复合管的塑料几乎均是PE管，PE管又分HDPE或PEX.HDPE或称通用性铝塑复合管，适用于水温茎4（TC;PEX称内外交联聚乙烯铝塑复合管，适用于水温茎75o铝塑复合管外属聚乙烯厚度不小于0.4mm,内层聚乙烯不小于0.8mm（外层厚度的2倍）,铝带厚度0.2oo0.25mm.胶合层所使用的粘接剂（热熔胶）主要采用共聚改性聚乙烯或化学接枝聚乙烯。铝塑复合管具有良好的金属特性和非金属特性。铝塑复合管的生产现有两种工艺：共挤复合式、分步嵌合式。共挤复合式是内外塑（含热熔胶）及铝管一次挤压成型，一般适用于口径在32mm以下的管道C分步复合式由挤内塑管。挤内胶一裹覆铝管一挤外胶一挤外塑管分步工艺构成，适用于口径在32mm以上的管道。国内现已开发出类同予共挤复合式的铝塑复合管成套生产设备。2、生产标准目前，铝塑复合管尚无中国国家标准。目前的情况是生产厂家参照国外标准制订自己的企业标准开展生产。铝塑复合管现行规格口径大都在IOOmm以下（外径），其规格代号与其他塑料管略有不同，如规格“2025”系指管道内径20mm、管道外径25mm、管道壁厚2.5m.3、连接方式与配件铝塑复合管材成品可盘卷包装。管材与管件的连接须采用厂家提供的专用连接件。不同厂家提供的专用连接件其连接方式与原理不尽一样。4、适用范围铝塑复合管适用于建筑物冷热水供给系统，如前述，通用型铝塑复合管适用于冷水供给、内外交联聚乙烯铝塑复合管适用于热水供给。国家尚未制订该类管材的设计、施工、验收规格。近年来，#、#等地的管材生产厂家配合相关设计研究单位向地方政府提交了铝塑管道的工程技术规程。七、其他塑料管材目前，塑料管材的新品种不断出现。以下对近几年陆续推出的其他塑料管材作些简要介绍。1、玻璃钢管（FRP管）玻璃钢管属热固性塑料管，1950年在美国研究成功，1955年逐渐在市政给水工程中使用。玻璃钢管目前有两种工艺生产：离心浇注成型法（HoBAS）和纤维缠绕法（VEROOo国内目前生产玻璃钢管的厂家较多，如#北辰、#（引进HoBAS设备与技术）、#中意（VeroC）等。玻璃钢管重量轻（约为钢管的1/2,承压能力高、内壁光滑、耐腐蚀、施工安装方便，但价格高于钢管（约1.5倍）。据报道，英国、意大利大口径供水管道使用玻璃钢管的占40%,瑞典、挪威占50%,日本占25%。国内#已使用玻璃钢管60km以上（口径600900mm）,使用玻璃钢管近20km（口径621800mm）,输港原水管道2200mm也是采用的玻璃钢管。2、耐冲击UPVC管（Hl3P）耐冲击UPVC管是将已有的UPVC管通过物理和化学处理,形成具有度硬质中心层和耐冲击内外硬质属的三层构造，用以改善普通UPVC管抗低温冲击强度低的缺陷，实验证实这种三层构造的管道比铸铁给水管有更高的耐冲击强度和拉伸强度。HI3P管由韩国GO1.EE株式会社开发，现己引进国内。口径规格以16mm至400mm.3、钢骨架塑复合管以钢丝为增强体，塑料（一度聚乙烯HDPE）为基体，采用钢丝点焊成网和挤出塑料真空填注同步开展，在生产线上连续拉膜成型。钢骨架塑料复合管克服了钢管耐压不耐腐、塑料管耐腐不耐压、钢塑管易脱层等缺陷。#华创天元公司生产的钢骨架塑料复合管，口径以50mm至500mm4、衬塑铝台金管#凯撤铝业公司生产的衬塑铝合金管由铝合金外层及聚丙烯内层经机械加工复合而成。其性能与铝塑复合管类似。八、各类塑料管材的比较1、各类塑料管道的主要性能比较2.各类塑料管材价格比较九、卫生标准备类塑料管材所选用的原材料，除UPVC须控制VCM的含量外，其他均是无毒的。但其制成品的卫生性能如何？如何评价？这也是用户较为关心的问题。一般而言，目前的塑料管材对饮用水水质是无负面影响的。为安全起见，用户在选购管树时应要求厂家提供相关的检测报告。国家技术监视局、卫生部于1998年10月公布了国家标准GB/T17219lg98生活饮用输配水设备及防护材料的安全性评价标准。标准所涉及的卫生要求如下：1、凡与饮用水接触的输配水设备和防护材料不得污染水质，管网未梢水质必须符GB574985的要求。2、饮用水输配水设备和防护材料必须接规定要求做浸泡试验，检测结果必须符合标准所规定的要求。3、须开展致突变试验，结果应为阴性。4、生产饮用水输配水设备和防护材料的原料需使用食品级。参考资料：1、吴国贞塑料管材中国轻工出版社会19962、方涓瑜供燃气（给水）用聚乙烯管道建筑工业出版社19973、罗河胜实用聚丙烯#科技出版社19974、罗河胜实用聚乙烯#科技出版社19975、全国化学建材协调组、建设部科技司全国塑料管道推广应用研讨会论文集1999年6、何维华供水管网的管材述评市自来水公司19987、相关国家标准与规范8、各管材厂家提供的样本资料及技术资料。