国产塑料给水管的生产技术概况

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国产塑料给水管的生产技术概况 　　介绍了硬聚氯乙烯、交联聚乙烯、铝塑共挤复合、ABS、共聚聚丙烯、聚丁烯-1等六种材质类型的塑料给水管在国内的生产技术概况。 ) j6 h% I* o& q/ Z　　关键词：塑料给水管　技术概况 Domestic Production Technology Survey of Plastic Water-pipes He Haijun (Xiangtan City Greatwall Social Welfare Factory,Hunan Province,411100) 　　Domestic production technology survey of plastic water-pipes of six types of materials are introduced,such as PVC-U，XLPE，coextruded allumium-plastics,ABS,PP and PB-1. 　　Keywords;plastic water-pipe,technology survey 　　我国已确立了大力开发、推广应用化学建材的战略方针，化学建材已成为继钢、木、水泥之后的第四大类建筑材料，日益被人们所认可，用途和用量均在不断扩大。化学建材品种主要有塑料给、排水管，塑料穿线槽、管，塑料门窗，塑料装饰材料，合成防水材料等，其中以塑料给水管的生产开发为新的热点。 . }7 w9 D. q' K, `; `" n　　塑料给水管具有很多优点，主要有：质地坚实而有韧性，外表美观；抗内压强度高；适用温度范围宽，隔热保温性能优良；耐化学腐蚀性好，不生锈；管内壁表面张力低，可有效防止水垢形成；管内壁光滑、水流动阻力小，供水节能在50%左右，水通流噪音低；质量轻，只有钢管的1/6～1/7，搬运方便，安装简便轻松，安装施工强度不到金属管的一半，可提高施工效率，工程经济性优于镀锌管；再者在生产制造过程及运输、施工、使用中节能为80%左右，故综合造价低于镀锌管。 - r4 {: V! G. L% S# U　　目前，国产塑料给水管有硬聚氯乙烯(PVC-U)、交联聚乙烯(XLPE)、交联聚乙烯/铝/交联聚乙烯复合管、ABS、共聚聚丙烯(PP)及聚丁烯-1(PB-1)等六种材质类型。 1　硬聚氯乙烯给水管 　　硬聚氯乙烯(PVC-U)管在国外已大量用作给水管道，在西欧、美国、日本等国家的给水管道中PVC-U管占20%～50%。PVC-U给水管除具有塑料给水管的共同优点外，与PE、PP给水管相比，在阻燃性、耐老化性与价格方面占有优势。我国PVC-U给水管的生产、应用起步较晚，“七*五”期间，有关部门曾进行过PVC-U给水管工程试点研究，此后国内有不少厂家开始生产开发PVC-U 给水管，目前以台塑集团华亚塑胶有限公司、福建亚通塑胶有限公司等规模较大，并且管件配套齐全。 　　PVC-U给水管生产的技术关键为：解决PVC-U管的耐压强度及卫生性能。换言之，就是要采用氯乙烯单体(VCM)残留量低的卫生级PVC树脂粉，同时需采用无毒或低毒(低铅含量)热稳定体系，并保证PVC-U管的强度、卫生性能等一系列指标符合《GB/T 10002-96 给水用硬聚氯乙烯管材及管件》的要求。过去国产的PVC树脂绝大部分VCM含量较高，有的高达100～1000PPM。由于VCM被确认为致癌物质，发达国家在60年代就已限制VCM含量过高的PVC树脂出厂，我国也逐步认同了这一作法。这从我国PVC树脂的几个新旧标准的交替变化中可以看出，在《PVC树脂》HGB 2160-62版本及HG 2-775-74版本中，没有提及对VCM残留量的要求，并且在1981年1月1日实施的《食品用塑料制品及原材料卫生管理办法》中甚至规定：PVC树脂不得用于制作接触食品的食具、容器、生产管道、运输带及包装材料。在《GB5761-86悬浮法PVC树脂》中，对各型号一级品(分A、B两档)要求VCM残留量应不大于10PPM；到GB 5761-93，则要求各型号优等品、一等品VCM残留量应分别不大于8PPM、10PPM。此外，还颁布了《4803-84 食品包装用PVC树脂卫生标准》、《GB 4615-84 PVC树脂中残留VCM含量测定方法》、《GB 5009.67-85 食品包装用PVC成型品卫生标准的分析方法》等标准。自此国产PVC树脂中VCM含量控制有了技术规范，食品包装用卫生级PVC树脂中VCM残留量被规定为应不大于5PPM，这就使PVC树脂的安全、卫生性能有了充分保障，使之也能用作食品包装材料了。现已有多家树脂厂能生产食品包装用卫生级PVC树脂，如芜湖化工厂、株洲化工厂等。目前，在PVC-U给水管生产中实际使用的无毒或低毒(低铅含量)热稳定体系主要有：(1)铅盐和Ca/Zn液体复合稳定剂并用的协效稳定体系；(2)以稀土稳定剂为主体辅以铅盐的复合稳定体系；(3)有机锡或有机锑与硬脂酸钙并用的协同稳定体系。由于铅类稳定剂效能高、成本低，故一般不会简单找到其代用品，加之铅类稳定剂可抽出性极小，在保证水质卫生标准的前提下，国内多数厂家采取配合使用铅类稳定剂的体系，只是严格控制其用量而已。值得一提的是：采用双螺杆挤出机可减少热稳定剂(包括含铅稳定剂)等助剂的用量。但今后的发展趋势是：铅类稳定剂将逐渐被取代，PVC-U给水管的卫生性能将会更高。 ( [% [! j" ^% z! [4 w/ a! a　　PVC-U给水管采用胶粘承插连接、弹性密封圈承插连接及法兰连接，与金属管及用水器连接处采用铜嵌件塑料管件螺纹连接。 4 Z7 r2 Z8 m; ^　　PVC-U给水管在安装使用初期，为“洗净”初期扩散而来可能超过饮用水标准的铅及VCM等有害物质，必须进行管道冲洗及打压试水工作。由于铅类稳定剂可抽出性极小及VCM残留量极微，经过几天后，由管壁扩散的铅及VCM浓度将会迅速下降到国家饮用水标准限量内并长期持续卫生合格状态。 2　交联聚乙烯给水管 　　PVC-U管材虽然具有阻燃性好，耐腐蚀性强，使用寿命长等优点，但也存在耐温等级低(长期使用温度不能超过65℃)，卫生性稍差(有低微毒性)等缺点，故PVC-U给水管仅限于在常温下输送饮用水。 　　由于交联聚乙烯(XLPE)管材具有完全无毒的卫生性及良好的综合物理机械性能，可用作输送包括饮用水和热水在内的各类流体。 　　聚乙烯的交联，是使PE的线型大分子结构转变为空间网状结构，从而显著改善性能。有资料表明：交联的LDPE与未交联LDPE相比，维卡软化点由87℃提高到94℃，在120℃下热老化168小时后拉伸强度保持率为98%，伸长率保持率为81%，而未交联的LDPE在此条件下已经熔化，无从检测了；交联的LDPE在活性环境中1000小时只有20%的试样产生破裂，而未交联的普通LDPE试样仅4小时就全部破裂；介电强度由39kV/mm提高到41kV/mm；氧指数由17.5%提高到28%(凝胶含量为65%)；管材爆破应力明显提高，室温下高于4MPa，95℃下仍可达2MPa。蠕变/破裂试验表明， 在80℃和2MPa应力下， HDPE 管的使用寿命仅 30小时； 而交联 HDPE 管材可以在－75℃～110℃范围内使用，在95℃及2MPa应力下使用寿命可达50年，热强度达到225℃无滴落。故交联的PE耐热性能及热强度、耐热老化性、耐环境应力开裂性、抗撕裂性及抗缺口开裂性、抗蠕变性、电绝缘性、阻燃性、阻隔性等都得到了较大的提高。 5 z' B0 W' l) \) z8 a4 n6 i9 k　　目前，工业上应用的聚乙烯交联工艺主要有三种：(1)辐射交联；(2)过氧化物交联;(3)硅烷交联。辐射交联工艺和过氧化物交联工艺由于投资大，工艺复杂，应用受到限制，而硅烷交联工艺具有原料经济、设备简单、耗能低等优越性，故应用较为普遍。 　　汕头经济特区(澄海)金徽有限公司在国内首家引进瑞士诺基亚公司一步法硅烷交联PE管生产设备、技术、配方，按德国工业标准DIN16892/3生产XLPE管材，同时管件配套齐全。XLPE给水管采用夹紧式金属接头或卡环式金属接头连接，它们均可以与现行各类标准给水设备相连接。夹紧式金属管件连接是将管件的螺帽和C型开口套环先后套在管表上，再将管件本体内芯的全长整个压入管子内腔(管件内芯上装有O型橡胶密封圈)，然后拉回C型开口套环和螺帽，用扳手将螺帽拧固在管件本体的外螺纹上即可。卡环式金属接头连接是将卡环套在管表上，再将管子套入特制的管件中，然后用专用管钳夹紧卡环即实现了安全可靠连接。 3　铝塑复合管 　　铝塑复合管是以聚乙烯(PE)或交联聚乙烯(XLPE)为内外层，中间芯层夹一焊接铝管，在铝管的内外表面涂覆胶粘剂与塑料层粘接，通过复合共挤工艺成型的管材。简言之，它是一种具有五层结构的复合管材。 - p# C* c' y% J( k　　铝塑复合管有两种类型：(1)采用普通HDPE的铝塑复合管(HDPE/al/HDPE)，它只能用于低温水输送；(2)采用XLPE的铝塑复合管(XLPE/al/XLPE), 其各项机械理化性能都有很大提高(详见“交联聚乙烯给水管”一节)，管材的耐热温度从HDPE/al/HDPE管的65℃～75℃提高到90℃～110℃，且气密性强，耐爆破应力大，使用寿命长，它可用于冷、热水等流体的输送。 　　铝塑复合管除具有塑料给水管的共同优点外，其特优之处在于可在－75℃～110℃条件下长期使用，95℃时其爆破应力仍可达8MPa。内芯铝层除对PE起加强作用，使管的耐压强度大大提高外，还具有以下七个作用和特点：(1)100%隔绝氧气，彻底消除渗透；(2)降低管的综合热膨胀系数，使管的尺寸稳定；(3)加强管的纵向散热能力，增加管的阻燃效果；(4)具有抗静电性，可用来输送燃气及油料；(5)弯曲时吸收管的反弹能量，使管可任意成形；(6)用作通讯线路的屏蔽，可防各种音频、磁场干扰；(7)用金属探测器可探测出管的安装埋设位置。 　　铝塑复合管技术的关键主要在铝片焊接、共挤模头及PE交联三项。目前我国有四家企业引进了铝塑复合管生产线，它们分别是佛山日丰企业有限公司、上海爱深化学建材有限公司、上海奉骏塑料金属制品有限公司、安徽宿州百通集团公司。青岛化工学院、潍坊塑料机械厂等已于最近研制成功了铝塑复合管成套生产线。硅烷交联聚乙烯原料也已实现国产化。 # Q+ V6 n3 _2 `. U5 w　　铝塑复合管采用夹紧式金属接头连接。 4　ABS给水管 　　ABS树脂是以苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS)或聚苯乙烯(PS)为连接相，丁二烯衍生橡胶(BS，BA，PB)为分散相的两相体系聚合物，不单纯是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组分的共聚物或混合物。丙烯腈组分使ABS具有良好的耐化学腐蚀性、热稳定性及表面硬度；丁二烯组分使ABS具有韧性和抗冲击性；苯乙烯组分则赋予ABS刚性和良好的加工性与染色性。由于三组分各显其能，故ABS塑料具有优良的综合性能，主要特性为：无毒、无嗅，不透水，冲击强度很高，抗蠕变性、耐磨性良好。一般ABS热变形温度为93℃，耐热级可达115℃，ABS制品使用温度范围为－40℃～100℃。由于ABS塑料的综合性能好，加工容易，收缩率小而价格相对低廉，日益得到广泛应用，近年来美国着力开发了ABS管和ABS发泡管。 　　ABS塑料的一个重大缺陷在于耐气候性较差，易产生变硬、发脆老化现象，这是由其分子中丁二烯所含双键结构在紫外线作用下，易受氧化降解所决定的。为改进此缺陷，可采用：(1)添加复配抗氧剂、ZnS和紫外线吸收剂；(2)在(1)基础上再进行表面涂层MoS、MnCl2处理；(3)共混耐候树脂改性，即合金化技术，如ABS/MBS,ABS/ASA等；(4)单体共聚改性；以上技术方案，均可不同程度地提高ABS的耐候性能。单体共聚改性是在主链上接枝不含双键的弹性体，目前主要有AES、ASA、ACS三种树脂。AES树脂是将AS接枝到“乙烯-丙烯-二烯烃”三元共聚乙丙橡胶(EPDM)的共聚物，其耐候性可提高4～8倍，其它性能也很优越。ASA(丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯共聚物)树脂是将丙烯酸酯(ACR)分散于AS中的接枝共聚物，它具有与ABS树脂基本相仿的综合性能，耐候性比ABS提高10倍左右，能用于制作室外器材。ACS(丙烯腈/氯化聚乙烯/苯乙烯共聚物)树脂是将AS接枝到氯化聚乙烯(CPE)主链上的三元共聚物，其耐候性、阻燃性和耐酸碱腐蚀性优于ABS，且其耐候性比ASA还好，也能用于制作室外器材。合金化技术比较简便易行，如ABS/MBS合金，是在ABS中直接配混一定数量的MBS(甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物)，耐候性就能得到很大改善，而ABS本身的性能改变不大。在泥土覆盖或室内使用的情况下，ABS塑料的性能变化缓慢。 ! ]3 S9 |- k: Z5 _1 ]: X　　浙江乐清天乐塑胶公司开发了ABS室内给水管及管件，主要采用胶粘承插连接；湘潭市开发了改性ABS给水管及管件，由于这种改性ABS塑料综合机械性能优良，冲击强度很高，达到400J/m以上，是国内通用ABS的两倍，故可以采用轻型管螺纹铰板直接在管材两端铰丝，管件上的螺纹经注塑一次成型，因此管路系统全部采用塑料螺纹连接，故改性ABS给水管及管件在管道连接方式上实现了与传统镀锌管的兼容，也不改变传统施工安装方式，可折卸性好，安装、维修方便，这种全塑螺纹连接的改性ABS给水管具有较好的价格性能比。 5　共聚聚丙烯给水管 　　聚丙烯(PP)具有密度小，力学均衡性好，耐化学腐蚀性强，易成型加工，热变形温度高及价廉等突出优点，其主要缺点是低温易脆断，具有较大的“冷脆性”。目前，共聚改性、共混改性技术已能十分完美地解决“冷脆性”问题。共混改性，即合金化技术具有投资少，见效快，性能设计自由度大等特点；而共聚改性更适合于大规模工业化生产。PP的共聚改性已经历了从丙烯均聚到丙乙无规共聚、丙乙嵌段共聚的过程。我国的石化企业已开发生产了一些牌号的共聚聚丙烯(PP-C)树脂，但总的来说，牌号不多，品种较少，涉及到PP给水管的是盘锦乙烯工业公司开发的嵌段丙乙共聚管材、管件料P340及P340-1，它们都具有很高的冲击强度，P340-1丙乙共聚树脂中乙烯含量为13%。共聚丙烯的增韧效果不仅远高于均聚丙烯，而且具有较好的低温冲击韧性，这就使PP得到了更加广泛的应用。 　　无规共聚丙烯(PP-R，又称三型聚丙烯)是主链上无规则地分布着丙烯及其它共聚单体链段的共聚物，其韧性和冲击强度高，脆化温度低。PP-R系列给水管目前由上海建筑材料厂生产，该厂系引进德国技术和设备，按照德国标准DIN 8077、DIN 8078生产。PP-R管长期使用温度为95℃，短期使用温度可达120℃，在温度为60℃及工作应力为1.2MPa的长期连续使用状态下，寿命可达50年以上。 % C! E. U+ C1 D& W/ O3 r+ C　　PP-R给水管采用热熔承插连接方式，不允许在管材和管件上直接铰丝。管件和热熔施工机具由管材生产厂配套，与金属管及用水器连接处采用带金属嵌件的塑料管件。熔接施工应严格按技术规程操作，手持式熔接工具适用于小口径管及管路系统最后连接，台车式熔接机适用于大口径管预装配连接。在加热和插接过程中不能转动管材和管件，应直线插入。正常熔接应当在结合面处形成一段均匀牢固的熔接面。 6　聚丁烯-1给水管 　　聚丁烯-1(PB-1)塑料的外观及化学性能类似于PE与PP，但具有较高强度，突出的耐蠕变性和耐环境应力开裂性，耐热性很好，热变形温度较高，脆化温度低，能在－30℃～100℃范围内长期使用。PB-1是一种多晶型等规聚合物，共有三种晶型，在熔融加工过程中随温度变化呈现Ⅰ型(三角晶系)、Ⅱ型(四方晶系)两种结晶形态的转变，其中Ⅰ型是稳定的晶体，在－25℃～88℃范围内有良好的机械性能。稳定的Ⅰ型PB-1既有PE的冲击性能又有高于PP的 耐环境应力开裂性，能够长期承受高达其屈服强度90%的应力，因此应在Ⅰ型状态下使用PB-1。初成型的PB-1处于不稳定的Ⅱ型四方晶系状态，制品很软，有可挠性，挤出的管应松散成卷，让其在10天室温贮存期内，由Ⅱ型晶型逐渐转变为Ⅰ型晶型，与此同时将出现密度增高，强度增强，收缩2%等变化。 表1　六种材质塑料给水管的特点

材质项目	产品标准	管径系列/mm	适用范围	连接方式	卫生 性能
PVC-U	GB/T10002.1-96	Φ20～Φ1000	45℃以下， 1 H  N( Z1 d; ?; v$ `* @＜0.6；＜1.6MPa	承插及法兰连接为主	稍差
XLPE	DIN 16892/3	Φ20～Φ63	95℃以下， 5 p# X6 Z8 R. |3 ]0 Q＜2.0；＜4.0MPa	夹紧式、卡环式接头连接	好
HDPE/al/HDPE	ASTM F1282-92	Φ10～Φ50?	60℃以下， ＜3.5；＜7.0MPa	夹紧式接头连接	好
XLPE/al/XLPE	ASTM F1281-91	Φ10～Φ50?	95℃以下， ＜3.5；＜7.0MPa	夹紧式接头连接	好
普通ABS	企标	Φ20～Φ50	60℃以下， 2 Y% U7 }$ ]% z% Y/ G＜0.6；＜1.0MPa	胶粘承插连接	好
改性ABS	企标	Φ20～Φ160	60℃以下， 1 w. g8 J) C8 p" X% n) i＜1.17MPa	全塑螺纹连接、法兰连接	好
PP-R	DIN 8077，8078	Φ20～Φ75	60℃以下， 2 A; }( \6 ]4 t# @* ^2 i* \. e＜1.0；＜3.2MPa	热熔承插连接	好
PB-1	DIN 169 68	Φ20～Φ32	90℃以下	不详	好

注： (1)管径系列尺寸：带?者为内径，其余为外径。 　　(2)XLPE管产品标准还有EN［155W1-023］，BS7291，DIN 8075，ASTM F876。 + X5 W" ?$ }, v) K　　(3)PB-1管产品标准还有ASTM D3309，BS 7291.2。 　　PB-1的最大用途就是制作管道，尤其适合制作薄壁小口径受压管道。PB-1管材具有质韧、耐磨损、耐高温、无毒、冲击性优良等特点，特别适用于饮用水、热水输送。 " K0 n8 f0 D" p8 W. f  x　　目前，只有德、日、美等国生产PB-1树脂，武汉瀚宇聚丁烯管材有限公司已合资生产PB-1系列给水管。 表2　给水管价格参考比较表

材　质	管径/mm	价格 6 n0 I( c7 @4 A1 j8 W3 J/ e元/m
PVC-U	Φ15	4.5
	Φ20	5.6
	Φ25	8.7
XLPE	Φ15	6.0～9.7
	Φ20	7.9～12.8
	Φ25	13.7～20.3
改性ABS	Φ15	6.1
	Φ20	7.7
	Φ25	10.6
PB-1	Φ15	8.3
	Φ20	14.1
	Φ25	24.2
PP-R	Φ15	缺
	Φ20	缺
	Φ25	缺
镀锌管	Φ15	6.0
	Φ20	7.8
	Φ25	12.8
不锈钢管	Φ15	11.3
	Φ20	17.5
	Φ25	33.5
HDPE/al/HDPE	Φ12/16	16.1
	Φ14/18	19.4
	Φ20/25	27.6
XLPE/al/XLPE	Φ12/16	19.1
	Φ14/18	22.0
	Φ20/25	—

注：铝塑复合管管径表示为：内径/外径(mm)； 其它管管径为公差直径(内径)，Φ15,Φ20,Φ25mm 分别相当于1/2英寸，3/4英寸和1英寸。 结束语 　　前述六种材质类型的塑料给水管其特点、价格各有差异，对比如表1、表2。 ' c+ s8 N, ^" r- w+ W5 K8 k　　塑料给水管作为一种新兴的产品和产业，受到了国家有关部门的高度重视。原建设部、化工部、中国轻工总会等五部委联合制订了《国家化学建材推广应用“九*五”计划和2010年发展规划纲要》，要求加速推广应用包括塑料给水管在内的各种化学建材，并限制、淘汰落后建材产品。上海市已从1998年10月1日起及长沙市将从1999年4月1日起，要求在该市新建、改建、扩建的多层住宅和多层公共建筑中推广使用塑料给水管，严令禁止设计、使用镀锌给水钢管；香港、广州、深圳等地也采取了类似决策。这些城市在加快塑料给水管等化学建材推广应用方面，走在了全国的前列。我们充分相信，塑料给水管必将具有广阔的应用前景和巨大的市场容量。 作者单位:湘潭市长城社会福利工厂，411100