塑料管材及其在給水管道工程中的應用

随著(zhe)高分子材料技術的飛躍進步，塑料管材的開發利用也不斷深化。近二十年來，我國塑料管村的開發研制及生産推廣均取得重大成果。現今，已開發出可用於(yú)給水管道工程的塑料管材有 UPVC管， PE管、 PB管、 PEX管、PP—C管、 PP—R管以及金屬——塑料複合管。這些管樹材料性質不盡相同、生産工藝各有特點、主要應用範圍也各有差異，但應用於(yú)給水管道工程其重量輕、便於(yú)運輸及安裝、管道内壁光滑阻力系數小、防腐性能良好、對水質不構成二次污染卻都是共通的。

本文綜合有關資料，就目前市場上常用的用於(yú)給水管道工程的新型塑料管樹的材料性質、生産标準與生産工藝、應用範圍等作些介紹，供同行參(cān)考。

一、硬聚氨乙烯管(UPVC)管

硬聚氯乙烯管是國内目前塑料管材的主導産(chǎn)品。 UPVC給水管材管件1983年列入國家“七．五”科技攻關項目，經過十多年的技術開發和應用實踐，無論在産(chǎn)品的生産(chǎn)還是在實際工程應用方面，均積累瞭(le)大量的理論與實踐經驗

1、材S4性質及生産(chǎn)工藝 硬聚氯乙然屬熱塑性塑料，其制成品UPVC管材質較輕，密度爲1350(n1460k8／m3(鋼材爲7800kg／m3)，維卡軟化溫度86℃，抗拉、抗彎、抗壓縮強度較高，但抗沖(chōng)擊強度相對較低。

UPVC管普遍採用擠壓成型工藝，擠出機又分單螺杆、雙螺杆，就擠出工藝而言，雙螺稈擠出機要優於單螺稈擠出機。目前，國内生産 UPVC管道的有400餘生産廠家。

2、生産标準

目前國内 UPVC供水管的生産廠家，絕大部分是按國家标準生産管材，但仍有相當多的廠家受引進設備(bèi)限制或産品外銷，採(cǎi)用英标(BS)、日标(JIS)、德标(DIN)或IS0标準生産管材。對用戶來說，不同标準生産的管材，其内外徑及壁厚均不同，這是在選用時必須予以注意的。我國UPVC給水管設計、施工、驗收規程明文規定，選用管材必須是按中國國家标準生産的。

我國於(yú)1988年制訂瞭(le) UPVC給水管材國家标準GB10002．1—88，96年對标準進行瞭(le)修訂，頒布瞭(le)新的國家标準GB／T10002．1—1996，非等效採用瞭(le)IS04422：1990國際标準。管件标準GB10002．1—88現正予修訂。按目前的國家管材标準，管材口徑的直徑(外徑)20mm至直徑酗0mm共28個直徑規格，壓力等級0．6Mpaol1．6Mpa，共5個等級。

根據國内多家自來水公司的經驗，室外UPVC管道宜選用壓力等級1．0 Mpa的。UPVC給水管設計、施工、驗收規程規定的口徑分類爲20mm”630mm，並(bìng)對管材國标所規定的口徑分類作瞭(le)删減，以便於供水企業備品備料。

3、連接方式、配件

UPVC給水管的連接方式與配件一直是制約其在工程中應用的重要因素。經過10多年的應用實踐，管材連接技術與配件的開發(fā)研制均有長(zhǎng)足的發(fā)展與進步。

 目前，國内已可生産口徑大於(yú)等於(yú)63mm的柔性接口(R—R)管材，口徑在63mm以下的亦可採用柔性的活接頭方式予以連接。可以說，粘接接口(T—S)方式将逐漸被柔性接口方式所取代，這是大勢所趨。配件方面，90年代初手工制造配件的方式已基本淘汰，近幾年廠家己生産出採用粘接方式連接的三通、彎頭等，也有採用鋼塑配件替代的。99年4月，江蘇某廠已成功開發出柔性接口的全塑化三通、彎頭等配件，口徑100mm、150mm、200mm三種，基本滿足瞭(le)小區 UPVC給水管道工程的需求。

4、适用範圍

UPVC給水管主要适用於室外埋地供水管道，國内水司統計資料表明，選用口徑多在250mm及其以下。在建築給水(室内給水)方面UPVC管也有應用，但效果並(bìng)不理想。近年來，随著(zhe)聚丙烯、聚丁烯、交聯聚乙烯、鋁塑複合管的興起，UPVC管将會迅速談出建築給水工程領域。

二、聚乙烯管( PE管)

聚乙烯管在燃氣管道工程中使用多年，有成功的理論與實踐經驗。近幾年，在農村給水工程中亦有大量應用。國外大量應用於(yú)市政埋地給水管，國内有幾家企業已緻力於(yú)這方面的開發研究工作，‘總體說來尚處(chù)於(yú)起步階段。

1、材料性質及生産工藝

聚乙烯也是一種熱塑性塑料，可多次加工成型。密度是聚乙烯的重要性能指标之一，有高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)之分。密度越高，相對硬度、軟化溫度、抗拉強度越高，但脆性增加、柔韌性下降、抗開裂性能力下降。給水管道一般採(cǎi)用高密度聚乙烯，燃氣管道一般採(cǎi)用高密度和中密度聚乙烯。高密度聚乙烯密度950 kg／m’較 UPVC爲輕，軟化溫度120℃較 UPVC管爲高。其柔韌性、抗沖擊能力均高於(yú) UPVC管，連接方式優於(yú)UPVC管基本上可保證連接處不洩漏(屬本體連接)。此外，聚乙烯本身是一種無毒塑料。歐美國家 HDPE給水管的用量逐年增加，UPVC管的用量逐年下降。一般的看法是在給水管道工程中， HDPE管最終将取代 UPVC管。聚乙烯管村同 UPVC管材一樣，普遍採(cǎi)用擠壓成型生産工藝，管件採(cǎi)用注塑成型生産工藝。

四、交聯(lián)聚乙烯(PEX)管

交聯聚乙烯是在普通聚乙烯原料中加入有機矽烷接技材料，由線性分子結構改性成三維交聯網狀結構，改變(biàn)瞭(le)普通聚乙烯的分子結構，從而改變(biàn)瞭(le)其性能。

1、材料性質及生産工藝

   PEX與 PE管一樣，無毒、無味，耐壓、穩定性和持久性好，其獨特的耐溫性能(—70℃cn l10℃)，使其成爲室内冷熱水供應的推薦管材。PEX管的密度950 kg／m3。PEX管的生産工藝是以聚乙烯爲基體樹脂，以矽烷爲鍵橋材料，原材料通過精密計量系統，進入專門設計的反應擠出機，将矽烷的乙烯基與聚乙烯一步完成接枝和成型，構成三維立體分子網絡。這種一步法生産工藝是目前國際上廣泛採(cǎi)用的變(biàn)聯聚乙烯管材生産方式，國内引進的生産線也是一步法生産工藝。

2、生産标準

國内目前生産PEX管的廠家不多，其生産技術均是從國外引進的，採(cǎi)用的标準也是參照國際标準制訂自己的企業标準並(bìng)報地方政府批準。PEX管的口徑(外徑)現有16M、20mm、25mm、32mm、40mm、501m、63mm7種規格。

3、連接方式、配件

PEX管道之間的連接採(cǎi)用廠家配套提供的銅質連接件及緊固環，擯(bìn)卡箍式或卡套式方式連接。 PEX管道與其他金屬管道連接，採(cǎi)用專用的外螺紋卡箍式或卡套式連接配件。

4、适用範圍

PEX适用於(yú)室内冷熱水供應管道。系統工作壓力水於(yú)等於(yú)0．6Mpa，長期工作溫度小於(yú)等於(yú)75℃(建築給水排水規範要求)。上海市工程建設标準化辦公室於(yú)98年底發布瞭(le)推薦性地方應用标準“建築給水交聯聚乙烯(PEX)管道工程技術規程”，内容涉及PEX管的設計、施工、驗收三個方面。

五、聚丙烯共聚物 PP—R、 PP—C管

聚丙烯是無色、無味、無毒帶白色蠟狀顆粒材料，具有優良的耐熱性能及較高的強度，但熔融粘度低，存在低溫脆性缺陷，須對其進行改性以适用管道生産(chǎn)的需要。目前普遍採(cǎi)用的改性方法是使 PE與 PP(聚丙烯)在分子鏈級進行共聚，其産(chǎn)品稱爲聚丙烯共聚物，由其生産(chǎn)的管道在原料生産(chǎn)、加工、廢棄處理過程中不會對人體及環境造成損害，因而被稱爲綠色建樹。

     目前，國内市場(chǎng)上的PP管樹有PP—C、 PP—R兩種，均屬 PP與 PE的共聚物。兩者的區别是：① PP—C，其聚乙烯含量爲7(n ll地；②PP—R，聚乙烯含量爲3(n5％；②PP—C壁厚較同規格的 PP—R爲薄；④按目前德國的分類法， PP—C屬第二代(二型)， PP—R屬第三代(三型)；⑥ PP—R抗沖擊性能優於(yú) PP—C。 PP—C、 PP—R的物化性能，應用範圍基本相同，故下面僅介紹三型聚丙烯(PP—R)。

1、材料性質及生産工藝

PP—R無毒、衛生、可回收利用。 PP—R的維卡軟化溫度爲131℃，最高使用溫度爲95℃，長期使用溫度爲70℃，屬耐熱、保溫節能産(chǎn)品。其密度900k8／m：。PP—R管道採(cǎi)用擠壓成型工藝生産(chǎn)， PP—R管件採(cǎi)用注塑成型工藝生産(chǎn)。

2、生産标準

目前國内尚未制訂統一的國家管材标準。PP—R生産線多從德國引進， PP—C生産線多從韓國引進。生産廠家多是參照德國标準制訂自己的企業标準。PP—R生産規格從20mm至160mm多種管徑類别。

3、連接方式與配件

PP—R管材及配件之間採(cǎi)用熱熔連接。 PP—R與金屬管件連接時，採(cǎi)用帶(dài)金屬嵌件的聚丙烯管件作爲過渡，該管件與 PP—R採(cǎi)用熱熔連接，與金屬管採(cǎi)用絲扣連接。

4、适用範圍

PP—R管适用於(yú)建築物室内冷熱水供應系統，也廣泛适用於(yú)採暖系統。歐洲在建築物冷熱水供應系統中，使用 PP—R較爲普遍，己上升爲主導産品。吉林省建設廳、吉林省技術監督局於(yú)98年七月發布瞭(le)吉林省地方标準“改性聚丙烯(PP—C)地面輻射手暖、建築給水及熱水供應技術标準(試行)”。上海市工程建設标準化辦公室98年12月發布瞭(le)推薦性地方标準“建築給水聚丙烯管道(PP—R)工程技術規程”。

六、金屬塑料複台管

金屬塑料複(fù)合管很多，有鋼塑管、銅塑管、鋁塑管、鋼骨架塑料管等。鋁塑複(fù)合管是近幾年發(fā)展迅速的一種新型管樹，本文就鋁塑複(fù)合管作些介紹。

1.材料性質及生産工藝

鋁塑複合管是以鋁合金爲骨架，鋁管内外層都有一定厚度的塑料管。塑料管與鋁管間有一層膠合層(親和層)，使得鋁和塑料結合成一體不能剝(bō)離。目前用於(yú)鋁塑複合管的塑料幾乎均是 PE管， PE管又分 HDPE或 PEX。 HDPE或稱通用性鋁塑複合管，适用於(yú)水溫莖40℃； PEX稱内外交聯聚乙烯鋁塑複合管，适用於(yú)水溫75℃。

鋁塑複合管外屬聚乙烯厚度不小於(yú)0．4mm，内層聚乙烯不小於(yú)0．8mm(外層厚度的2倍)，鋁帶厚度0．2--0．25mm。膠合層所使用的粘接劑(熱熔膠)主要採(cǎi)用共聚改性聚乙烯或化學接枝聚乙烯。

鋁塑複合管具有良好的金屬特性和非金屬特性。鋁塑複合管的生産(chǎn)現有兩種工藝：共擠複合式、分步嵌合式。共擠複合式是内外塑(含熱熔膠)及鋁管一次擠壓成型，一般适用於(yú)口徑在32mm以下的管道分步複合式由擠内塑管。擠内膠一裹覆鋁管一擠外膠一擠外塑管分步進行

2.鋁塑複(fù)合管的主要特點(diǎn)及用途

複合管是以金屬管材爲基礎(chǔ) , 内、外焊接聚乙烯、交聯聚乙烯等非金屬材料成型，具有金屬管材和非金屬管材的優點。複合管大多是由工作層(céng)(要求耐水腐蝕)、支承層(céng)、保護層(céng)(要求耐腐蝕)組成。它的特點是重量輕、内壁光滑、阻力小、耐腐性能好;複合管材是管徑≥300mm以上給排水管道最理想的管材。它兼有金屬管材強度大,剛性好和非金屬管材耐腐蝕的優點。

複合管的連接宜採(cǎi)用冷加工方式,熱加工方式容易造成内襯塑料的伸縮、變形乃至熔化。一般有螺紋、卡套、卡箍等連接方式。由於(yú)複合管尚屬新型管材，我國還未有統一的設計、施工及驗收規範。設計及施工人員往往套用鍍鋅管的工藝來進行設計與施工.

3、複(fù)合管分類及其特點(diǎn)和用途

目前市場(chǎng)較普遍的有鋁塑複(fù)合管、銅塑複(fù)合管、鋼塑複(fù)合管、塗塑複(fù)合管、鋼骨架PE管等。

1、鋁塑複合管(PAP)：鋁塑複合管是通過擠出成型工藝而制造出的新型複合管材，它由聚乙烯層(或交聯聚乙烯)——粘合劑層——鋁層——粘合劑層聚乙烯層(或交聯聚乙烯)五層結構構成。其中鋁層分搭接焊、對接焊成型工藝。由於(yú)鋁塑複合管是夾有金屬管的塑料/金屬複合管，故集金屬管和塑料管兩者的優點於(yú)一身。内外兩層PE具有無毒、耐腐蝕、質輕、脆化溫度低等特點。PE經交聯後則使其耐熱性和機械強度等得到明顯提高。中間的鋁管除對PE起增強作用，使管材的耐壓強度大大提高外，還具有100%隔氧，徹底消除滲透;良好的隔磁和抗靜電性能;良好的塑性變形能力，使管材可以任意變形;加強管材的縱向散熱能力，增加瞭(le)管材的阻燃效果;熱膨脹系數低於(yú)PE，降低瞭(le)複合管的綜合熱膨脹系數，使管材尺寸穩定性提高等作用。從而使鋁塑複合管具有獨特的性能和應用範圍較廣的特點：

①耐壓強度高，耐溫性能好(PAP管工作溫度-40～60℃、XPAP管工作溫度-40～95℃)，衛生無毒，使用壽命長(zhǎng)，可應用於(yú)建築冷熱水管道。

②集剛柔一體，可迅速消除管道系統内的壓力沖(chōng)擊，不會産(chǎn)生水錘噪聲。

③採(cǎi)用嵌入夾緊式接頭連接，安裝方便;管材能自由彎曲，可減少管接頭、彎頭。可彎曲不反彈(dàn)，可随實際情況繞過梁柱等構件，減少大量彎頭，比鍍鋅鋼管節省人工50%。

④熱(rè)膨脹系數爲2.5×10?6m/m.K，僅(jǐn)爲聚氯乙烯管的1/8。

⑤阻燃性能遠遠優於(yú)聚氯乙烯管，耐腐蝕性好，可輸送各種腐蝕性液體、氣(qì)體。

2、鋼塑複合管：PVC襯裏鋼管。這是國外70年代發展的新型給水管材，因PVC等塑料管存在強度較低、耐壓不夠充分等弱點，在負荷較苛刻的場合應用就顯得勉強，此時就要求用金屬管。PVC襯裏鋼管就是基於(yú)這一點而得到發展的。在傳統的輸水鋼管内插入一根薄壁的PVC管，使兩者緊密結合，就成爲PVC襯裏鋼管管材。它兼有塑料管和鋼管的優點而避免瞭(le)它們的缺點。其連接方法也爲管螺紋，同原有的鍍鋅管系統完全相容，應用極爲方便。因此在日本、美國、歐洲均有很大發展，因其價格較傳統的銅管、不鏽鋼管低很多，特别在高層建築中得到肯定。

     PE粉末樹脂襯裏鋼管。這是國外70年代末、80年代初開發的新管材。其開發目标是同PVC襯裏鋼管有同樣的性能但經濟性能要更好。它是在輸水鋼管内壁融熔一層(céng)PE粉末樹脂而成的。近年來上海、四川、浙江一帶已有開發商将此種管材以低於(yú)鋁塑複合管的價格投入市場，是很有競争力的。按襯裏鋼管的特性可以認爲它是塑料管化的鋼管，也就是說襯裏鋼管是具有塑料管優點的鋼管。

      另外，值得一提的是最近四川已有開發商開發出一種擁有自己知識産權的給水用襯塑鋼管，它是由内壁帶凸型網狀花紋的鍍鋅焊接鋼管與無毒丙烯塑料管經機械複合成。除具有目前市場上的鋼塑複合管的一切優點外，還因其内層鋼管具有經特殊工藝加工成的凸型網狀花紋，大大地增強瞭(le)複合的可靠性、較好地解決瞭(le)内外層不同材料間的熱膨脹的一緻性問題，且採用卡環式快裝接著(zhe)連接，安裝便捷，可靠性高，在鋼塑管中獨樹一幟。

3、鋼骨架 PE 管：鋼骨架PE管是以優質低碳鋼絲爲增強相，高密度聚乙烯爲基體，通過對鋼絲點焊成網與塑料擠出填注同步進行，在生産(chǎn)線上連續拉膜成型的新型雙面防腐壓力管道。管徑爲Φ50～Φ500，法蘭連結，主要用於(yú)市政、化工和油田管網，價格較貴。

4、塗塑鋼管：塗塑鋼管是在鋼管内壁融溶一層(céng)厚度爲0.5～1.0mm的聚乙烯(PE)樹脂、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、環氧(EP)粉末、無毒聚丙烯(PP)或無毒聚氯乙烯(PVC)等有機物而構成的鋼塑複合型管材，它不但具有鋼管的高強度、易連接、耐水流沖擊等優點，還克服瞭(le)鋼管遇水易腐蝕、污染、結垢及塑料管強度不高、消防性能差等缺點，設計壽命可達 50 年。管材主要缺點是安裝時不得進行彎曲，熱加工和電焊切割等作業時，切割面應用生産廠家配有的無毒常溫固化膠塗刷。主要規格有Φ15—Φ100。