第二节　塑料管道

塑料管道与金属、水泥等传统管道相比，具有质量轻、耐腐蚀、热导率低、绝缘性能好、内壁不结垢、流动阻力小、不生锈、易着色、易加工、不需涂装、施工安装和维修方便等优点，因此，工业发达国家早在20世纪30年代就开始生产应用，目前的发展速度很快，广泛应用于住宅建筑、市政工程、农业和工矿等各个领域。

在国外，塑料管道正不断替代金属或其他传统材料管道，发展十分迅速。1980～1990年的10年中，塑料管道的应用以每年8%的速度增大，是其他各类材料管道增长率的4倍。塑料管道已成为管道中的最大品种。美国已成为世界上塑料管道产量最大的国家。德国是开发应用塑料管道最早的国家，目前德国饮用水中PVC管道已达到50%以上。日本开发应用塑料管道始于20世纪50年代，但发展很快，目前成为世界第二塑料管道生产国。我国20世纪50年代后期开始生产PVC软管，20世纪60年代初开始生产PVC硬管、PE管和PP管。我国塑料管道发展迅速，已能生产排水管、雨水管、给水管、供水管、穿线管、复合塑料管、燃气管、化工管、发泡管和微滴灌管等多种塑料管道。

塑料管道通常由挤出成型方法生产。

一、聚乙烯燃气管材

聚乙烯（PE）燃气管国际上最早启用于20世纪60年代，我国于1997年开始使用聚乙烯燃气管，现在国际上欧、美、日等发达国家和地区已全部采用聚乙烯燃气管道。聚乙烯燃气管替代钢管用于燃气系统有明显优势。虽然从单位长度成本来说，整个聚乙烯燃气管比现有钢管系统高约10%，但聚乙烯燃气管与钢管相比，有工作寿命长（聚乙烯燃气管寿命可达50年，钢管寿命一般为10～20年）、施工快捷方便、维护费用低等优点，其综合成本大大低于钢管。

（一）聚乙烯燃气管材的特点

根据欧美各国以及日本对各种塑料管材的研究结果表明，适用于燃气输配系统的塑料管材以聚乙烯管材最宜，其中又以中密度聚乙烯管材最佳。目前使用燃气输配系统中的塑料基本是中密度聚乙烯管材，这种管材具有以下特点：

（1）优异的物理性能。中密度聚乙烯性能介于高、低密度聚乙烯两者之间，既保持了高密度聚乙烯的刚性、强度，也具有较好的柔性、耐蠕变性，而且较高密度聚乙烯更具有热熔连接性能优良的特点，有利于塑料管的安装。中密度聚乙烯的燃气管，其综合性能优于高密度聚乙烯管（见表2.3）。

（2）长久的使用价值。聚乙烯管寿命长，抗腐蚀，地埋管在-60～60℃范围内安全使用50年以上。

（3）良好的卫生性能。无结垢层，不滋生细菌。

（4）较大的输送流量。管壁平滑，能提高介质流速，增大流量，与相同的金属管道相比，可输送更多的流量，节省动力消耗。

（5）显著的经济效益。成本低，投资省，与金属管道相比，可减少工程投资三分之一（ϕ200mm以上大管成本略高些），可盘卷的小口径管材，可进一步降低工程造价。

（6）方便的施工性能。质量轻，密度仅为钢管的八分之一，易搬运，易弯曲，焊接工艺简单，土方量少，不需防腐处理，施工速度快捷。

（二）原料的选择及材料的基本性能

聚乙烯燃气管生产目前主要使用MDPE原料，在有关国际标准及GB15558.1标准中对于PE燃气管用料都有严格的性能指标要求（见表2.4），以保证管材在正常使用情况下的寿命为50年以上。

⑦PE100，SDR 11试验参数。

目前国际上使用量最大的聚乙烯燃气管材生产树脂的MRS值为8.0MPa（PE80级），其树脂共聚单体含量比较高，具有较高的长期静液压强度和耐环境应力开裂性能。而MRS值为10MPa（PE100级）的管材树脂具有双峰型分子分布、己烯共聚物，具有较高的密度和刚度，很强的蠕变抵抗能力，在提高长期静液压强度的同时，也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能，并具有良好的加工性，为提高管网输送压力、增大管道口径、扩大管道应用范围创造了条件。目前PE100的管材使用量，特别是在大口径管材上的用量，正在迅速上升。国家标准GB 15558. 1燃气管用聚乙烯（PE）专用料的分级见表2.5。

二、大口径输送矿浆聚乙烯管材

高密度聚乙烯（HDPE）管具有耐磨损、耐腐蚀、不需防腐保养、不结垢、耐大气老化、耐低温、使用寿命长、轻质、摩擦阻力小，以及输送能耗低、施工安装方便、维修量少等优点，特别适宜输送固液浆体物料。工业发达国家如美国从20世纪50年代起就开始研制矿用管道，并对其原材料和制备工艺制定了标准规范，到20世纪60年代后期已将所研制的HDPE管材应用于化工矿、铁矿、有色金属矿等的采矿及矿浆输送。我国20世纪80年代初开始应用HDPE管，HDPE管展现出较好的应用前景。

（一）原料的选择及材料的基本性能

矿用HDPE管材一般专用分子量较高的挤出级HDPE。如YZ6130（HDPE），扬子研究院生产。为防止在管材成型加工过程的热氧老化，常使用适量的抗氧剂，如AO-2或AO-4，使用适量的中色素炭黑母粒。

矿用管材专用料YZ6130的基本性能见表2.6。

（二）管材性能

根据HDPE管在长期应力作用下的蠕变曲线可判定管道的使用寿命，即在水温80℃、应力4MPa条件下对HDPE管进行水压试验，当破坏时间大于170 h，则可认为该管在20℃的使用寿命可达50年以上（HDPE的设计环向应力为5MPa，安全系数1.5以上）。根据试验结果，该工艺生产的HDPE矿用管在20℃的使用寿命可达50年以上。

三、PVC-U给水管材

由于PVC热稳定差，加工流动性差，材料脆性大，因此在配方中应加入稳定剂、润滑剂、改性剂及其他助剂，以保证其顺利加工，并使材料有足够的韧性。

根据PVC树脂的分类，一般选用SG-5型PVC生产PVC-U给水管材。为保证PVC-U在成型加工过程中具有良好的稳定性和润滑性，同时保证PVC-U管材的卫生性，一般选用热稳定性高的有机锡热稳定剂，禁止使用含铅稳定剂。润滑剂可选用硬脂酸盐类润滑剂、聚乙烯蜡、硬脂酸等。

为改善PVC-U管材耐冲击性，需要加入抗冲击改性剂进行改性，以提高PVC-U管材的耐冲击性。常用的改性剂有ACR、MBS、CPE等。CPE作为改性剂的改性效果主要取决于分子中的氯含量，以氯含量在32%～40%之间为好。ACR作为改性剂其增韧效果主要取决于共聚单体丙烯正丁酯的含量，其含量越大，增韧改性效果越好。MBS作为改性剂其增韧效果取决于橡胶丁二烯的含量，其含量越大，增韧效果越好，但与PVC树脂的相容性越差。

四、尼龙11管材

尼龙11管材是尼龙材料中化学和物理性能最稳定的。它与尼龙6、尼龙66和尼龙610相比，具有下列优点：较小的吸水率，在潮湿环境下能够保持良好的力学性能和尺寸稳定性；优异的耐磨性和介电性能；耐腐蚀性好，不受来自氧化燃料中过氧化物的影响；熔融温度低，加工温度范围宽；可在-40～120℃保持良好的柔性、良好的耐应力开裂和动态疲劳等。它广泛应用于车辆、船舶燃料输送管、真空和空调系统、振荡绝缘体和静电绝缘体等方面。例如根据汽车制造厂的要求，选用尼龙11制造汽车发动机用管材。

原料尼龙11为法国Aquitaine-Qrganico公司制造，其商品名为Rilsan，主要性能如表2.7所示。

五、PP-R管材

无规共聚聚丙烯管材简称PP-R管材，是继PP-H（均聚聚丙烯）、PP-B（嵌段共聚聚丙烯）管材之后的第三代新型聚丙烯管材。PP-R管材以其优异的耐冲击、耐腐蚀和耐高温性能、良好的耐压、保温和耐老化性能以及卫生无毒、安装方便、外表美观等特点，近年来成为替代镀锌钢管的主要产品之一。

（一）原料的选择及材料的基本性能

PP-R管材、管件都是采用乙烯含量为3%左右（质量分数）的无规共聚聚丙烯合成树脂，是无味、无毒、本色或着色的颗粒材料，密度为0.89～0.91g/cm3，相对分子质量较高，MFR在0.5g/min（230℃，2160g）以下，具有较高的熔体强度，有利于挤出管坯。高温下PP-R管比PP-B、PP-H管更好的稳定性，PP-R管抗冲击能高于PP-H管，与PP-B相当。目前被广泛应用于冷热水供给、地下供热和高低温取暖装备。不同牌号聚丙烯树脂性能比较见表2.8。

（二）PP-R管材特点及应用

PP-R管材除具有一般塑料管质量轻、强度好、耐腐蚀、使用寿命长等优点外，还具有以下特点：

（1）安全卫生。PP-R管材属聚烯烃类高分子材料，无毒，无味，无析出成分，卫生性能可靠。PP-R管材在原料生产、制品加工、使用及废弃全过程均不会对人体及环境造成不利影响，与PEX管材同被称为绿色建材。

（2）耐热保温。PP-R管材的维卡软化点为131℃，最高使用温度为95℃，长期使用温度为70℃，可满足建筑给排水设计设计规范中规定的热水系统的使用。其热导率仅为钢管的1/200，有相当好的保温性能。

（3）不生锈，耐磨损，不结垢。PP-R管材和管件不会被大多数化学物质腐蚀，可在很大温度范围内承受pH值在1～14的酸、碱溶液。

PP-R管材的主要应用领域：公用及民用建筑的冷热水输送；工业建筑和设施中的日常用水、油或腐蚀性液体的输送；城乡人、畜饮水工程及农业灌溉。