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1、详细介绍给水管网工程常用管材一聚乙烯管（PE）一、聚乙烯管的发展史20世纪 20 年代德国科学家揭示了聚合物的奥秘，为高分子材料科学奠定了 基础。1931年在第二次世界大战战争中开发了聚氯乙烯（PVC）, 1933年英国ICI 公司最先发明聚乙烯（PE）等塑料，聚乙烯是由乙烯合成的高分子材料，是一种 生态环保的碳氢化合物,开始研究在燃气、给水管网中应用, 1940 年后一些公 司批量使用塑料管道后，生产行业才认识到塑料管道发展的潜力巨大，由于其独 特的性质和特性，并克服了金属管道的缺点，从此揭开了塑料管在城市市政管网 中的地位。聚乙烯管的使用已有近半个世纪的历史。最初是水管，后来发展到燃气领域
2、； 中、高密度聚乙烯较低密度聚乙烯增强了刚度和承压能力，因此是聚乙烯压力管 的主导材料，到目前为止，商业化的已有三代产品。第一代聚乙烯管材，树脂共聚单体含量相当低，为提高性能，不得不通过提 高分子量来补偿。该种类型的第一个产品于上世纪 50年代后期在欧洲首先商业 化,这类树脂具有所谓的PE63级材料的性能，最小要求强度（MRS）通常为6.3MPa， 因而通常认为这类树脂是PE63及PE63以下等级，第一代树脂是高密度聚乙烯。第二代树脂即为目前的PE80材料，是在第一代树脂基础之上，考虑到20C 时长期静液压强度（MRS）的要求，提高了共聚单体含量，极大地改进了聚乙烯 管材级树脂的耐环境应力开裂
3、ESCR性能。同时可以稍微降低分子量，继而提高 了树脂的流动性，以利于加工。第二代树脂是MDPE或HDPE，它的主要缺点是如 果进一步提高ESCR性能，就会较大地损失材料的耐压能力，从而降低使用该材 料挤出管子的压力等级。另一方面，如果想进一步提高压力等级，则增大了 20C 时在 50 年（要求寿命）前发生脆性破坏的可能性。第三代树脂即为PE100，出现在80年代末，PE100具有双峰型分子量分布， 这使得第三代聚乙烯管树脂具有较高的密度或刚度， 20C， 50年的蠕变抵抗能 力高；同时又保持了较好的ESCR性能。对于未加改性的聚乙烯来说，有研究者认为PE140等级为理论极限。PE125 等级
4、可通过交联聚乙烯获得；有试验研究表明，双轴取向的聚乙烯管材可以达到 PE250 等级。从聚乙烯管的发展阶段而言，1940年前为塑料（聚合物）的发现阶段；1940 1954年为材料的评价与实验阶段；1954至今为聚乙烯管道应用的普及阶段。 普及阶段也是聚乙烯管开发的成熟期，连接方式的定型、管件的深入开发、机具 的开发，并形成自动化生产线的大批量生产，减少了人的因素，产品质量的不断 上升，成本不断下降， 聚乙烯管作为压力管道已成功的使用了 50年，已为众多 国家在输水、输送燃气的管道中得到应用。国内从上世纪六十年代起步开发聚乙烯管材，当时的材料相当于现在的 PE32、PE63，dnW 110mm，
5、主要应用于农业给水、灌溉方面。上世纪九十年代初，给水用聚乙烯（PE）管材GB/T 13663 1992标准 的发布，部分城市开始试用聚乙烯管，原料以PE32、PE63为主。1997年以建设部、化学工业部、中国轻工业总会、国家建材局、中国石油 总公司联合下发“建科（1997）154号”文件，关于印发国家化学建材推广应用 “九五”计划和2010年发展规划纲要等化学建材文件的通知； 印发了加速化 学建材推广应用和限制淘汰落后产品的规定。2000年给水用聚乙烯(PE)管材GB/T13663 2000标准的发布，推动了 聚乙烯给水管材的生产与应用，据前年资料统计，国内有制管企业150余家，年 生产能力达
6、50万t生产规模在1万t/a以上的企业有10余家。二、国内聚乙烯给水管生产的相关问题(1) 进一步推广聚乙烯给水管材的时机成熟(1.1) 自从国家质量技术监督局2000年11月21日发布给水用聚乙烯(PE) 管材国家标准(GB/T13663-2000)以后，推动了聚乙烯给水管材的生产与应用， 为了适应管材供货半径的合理化，大型专业制管企业，先后在多座兴建了分公司。(1.2) 目前国内使用的原料日趋多元化，主要来自欧洲、韩国、东南亚和中 东。欧洲：北欧化工、BP、阿托菲纳、苏威等；韩国：三星石化、大林、现代石化、大韩油化、 LG； 东南亚和中东的工厂：美国菲利蒲斯公司在新加坡的工厂(卡塔尔的工厂
7、正 在筹建中)、北欧化工厂在阿联酋的工厂、BP马来西亚的工厂。生产聚乙烯给水管的主要原料为石脑油，目前它的价格变化仍然大，待欧洲 及美国厂家在中东的聚乙烯装置投产后、其低廉的价格可能会对国内原料供应格 局造成较大的影响。另外上海金山石化PE100的原料开发已处于论证鉴定阶段， 聚乙烯混配料的价格将会有一定幅度的下降。(1.3) 尽管与聚乙烯给水管材相配套的管件国标尚未发布，近五年各制管企 业在管材型式、品种、规格上做了大量工作，电熔管件、注塑管件、对接制管件 及钢塑转換管件，均形成了系列化产品，品种多、规格全。与此同时，江苏江阴 大伟塑料制品有限公司研制、开发了承插柔性连接(非锁紧型及锁紧型)
8、管件， 包括活络连接管件，丰富了聚乙烯管的组装形式，更有利于聚乙烯给水管在不同 环境的推广使用。(1.4) 建设部于今年5月8日发布了埋地聚乙烯给水管道工程技术规程 行业标准(CJJ101-2004)，它必将对推广聚乙烯给水管的应用，提供了技术支 持。(1.5) 近五年来，各城市的供水企业对推广应用新型管材，合理改造原有 管网，改善管网水质，提高供水的安全可*性，给予了极大的关注和人力、财力 的支持。这将使聚乙烯给水管在旧管非开挖改造及新型居住区的管道敷设碰上极 好的机遇。(2) 聚乙烯管材、管件质量的关键是原料(2. 1)按照给水用聚乙烯(PE)管材国家标准(GB/T13663-2000)的
9、规 定，PE80、PE100的聚乙烯给水管材应使用混配专用料生产。(2.2) 按照建设部行业标准埋地聚乙烯给水管道工程技术规程 (CJJ101-2004)的强制性条文规定，埋地聚乙烯给水管道系统应选用最小要求强度(MRS)不小于8.0MPa的聚乙烯混配专用料生产的管材和管件。(2.3) 大多数企业的生产线或库房内存在白料与色母料，他们抱怨用户一再 压价，引起白加黑自配料无法堵绝。但这些企业却一致赞同用混配专用料，是确 保制管质量的重要措施。用作水管的PE材料须加入2.5%的碳黑，以保证管材的 老化速度在管材寿命设计范围内；碳黑的分散度要达到W3级，以其均匀性来消 除不平衡的应力点。然而目前韩国
10、材料是混配料及本色料并存；欧洲提供的材料 均为混配料，即为出厂成品粒料已完成了碳黑及其它添加剂的共混造粒，没有本 色料,这样就充分维护了其品牌的质量声誉。因为制管企业自行采取本色料加黑 色母料的做法存在以下隐患及不稳定因素：A. 碳黑品种选用难达合理程度；B. 碳黑加入量难达到标准要求；C. 碳黑分散度达不到标准要求；D. 色母的基料选用的随意性大。因此白加黑的做法对管材的寿命、应力开裂性能、卫生安全性均会产生 严重的质量隐患。据悉聚乙烯 PE100、PE80 的混配料国产化的速度正在加快，不久的将来会推 向市场，当然积极试用国产化的原料是义不容辞的责任，但全面选用国产料还应 有一段路程，因此
11、建议近期生产聚乙烯给水管材、管件的原料仍应使用欧洲品牌 的、获得国际权威实验室颁发了原料等级认证证书的混配专用料。(3) 完备的检验体系是确保产品质量的重要环节(3.1) 按照给水用聚乙烯(PE)管材国家标准(GB/T13663-2000)的 规定，每批原料应检验：炭黑含量；炭黑分散等级；氧化诱导时间(200C)min； 熔体流动速率(5kg, 190C)。另外，有些制管企业还按prEN12201： 2002欧洲 标准对原料作密度、挥发份含量、含水量、拉伸强度、耐慢速裂纹增长(SCG)、 耐快速裂纹扩展(RCP)进行检验。(3.2) 按照给水用聚乙烯(PE)管材国家标准(GB/T13663-2
12、000)的 规定，管材出厂前应对颜色、外观、尺寸、80C静液压强度(165h)、断裂伸长率、 氧化诱导时间的检验；管材型式检验还包括20C静液压强度(100h)、80C静 液压强度(1000h)、纵向回缩率、卫生性能的内容。对于蓝色管材还需对耐 候性做专门的检验。(3.3) 以德国巴顿菲尔全自动聚乙烯管材生产线为代表的过程控制，是确保 制管质量的关键。全自动原料烘干设备可对原料进行充分的水分烘干，并自动上 料补料；“蓓达镭射”能自动检测管材的壁厚、自动对进料进行均匀的控制，使 管壁厚度精确无误，确保管材的受压均衡。(4) 回用料问题(4. 1)按照给水用聚乙烯(PE)管材国家标准(GB/T13
13、663-2000)的规 定，按本标准生产管材时产生的洁净回用料，只要能生产出符合本标准的管材时， 可掺入新料中回用。(4.2) 也就是允许添加洁净的回用料应是本次生产产生的洁净回用料。不可 将PE100和PE80级料混用；若是同等级但熔融指数相差太大也不能混用。从设 备及工艺的角度讲回用料用量5%新料为好；标准规定管子的熔融指数不应超过 原料的25 %，从这个角度讲回用料的量也不能加的太多。(4.3) 有些企业的回用料含杂质较明显，控制均匀添加的措施不严谨，应改善。并应将掺加回用料情况填表归档，向相关用户通报。(5) 多类型的连接方式，有助于管材在不同场合的应用 热熔连接、电熔连接、法兰连接、
14、钢塑过渡连接是聚乙烯管早先开发应用的连接方式，在欧洲某两家公司2000年推出了聚乙烯管非熔接连接的技术趋向及 系列产品。与此同时，国内亦独立自主地提出这一思路，经几年的攻关，参照 ISO14236-2000给水系统聚乙烯压力管材用机械连接管件的技术要求，成功 地推出了聚乙烯给水管道工程承插连接这一技术，推出了系列产品，在国家行业 标准CJJ/T98-2003建筑给水聚乙烯管道工程技术规程和国家行业标准CJJ101-2004埋地聚乙烯给水管道工程技术规程中，列入了这种新型的连接 形式，有助于管材在不同场合的应用。参照建设部行业标准埋地聚乙烯给水管道工程技术规程(CJJ101-2004) 的(3.
15、3.1)条文规定，各种连接方式的适用场合如表 12。表12序号连接 方式适用管径范围适用的环境1热熔 连接1.1热熔 对接dn63mm管路单一，管件少，障碍少，应有温度补偿措施，适 宜非开挖工程，工程集中且量大，需电源、昂贵的热 熔设备，环境条件要求严，施工速度慢，异形管受力 方向的部位需筑支墩，待专业队伍施工，需专业电工 参与。1.2热熔 承插 连接dn32-dn110mm入户支管，水表节点，室内管道，应有温度补偿措施, 需电源、热熔设备，异形管受力方向的部位需固定， 待专业队伍施工，需专业电工参与。1.3热熔 鞍型 连接dn63-dn315mm热熔对接工程中，引接小口径分支管的方式之一，需 电源、热熔设备，应砼全包，待专业队伍施工，需专 业电工参与。2电熔 连接2.1电熔 承插 连接dn32-dn315mm配水管道，室内管道，应有温度补偿措施，需电源、 电熔设备，相对工程造价咼，待专业队伍施工，需专 业电工参与。2.2电熔 鞍型 连接dn63-dn315mm配水管道停水，不停水引接分支管，组装质量可*，应 砼全包，需电源、电熔设备，待专业队伍施工，需专 业电工参与。3机械 连接3.1承插 柔性 连接3.1.1非锁 紧型dn90-dn315mm配水管道，小区配水支管，适应不同环境条件，施工 速度快，不存在温度补偿问题，异形管
