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——塑料复合管。这些管树材料性质不尽相同、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(n1460k8／m3(钢材为7800kg／m3)，维卡软化温度86℃，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IS0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GB10002．1—88，96年对标准进行了修订，颁布了新的国家标准GB／T10002．1—1996，非等效采用了IS04422：1990国际标准。管件标准GB10002．1—88现正予修订。按目前的国家管材标准，管材口径的直径(外径)20mm至直径酗0mm共28个直径规格，压力等级0．6Mpaol1．6Mpa，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1．0 Mpa的。UPVC给水管设计、施工、验收规程规定的口径分类为20mm”630mm，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—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，江苏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100mm、150mm、200mm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，国内水司统计资料表明，选用口径多在250mm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、材料性质及生产工艺

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。给水管道一般采用高密度聚乙烯，燃气管道一般采用高密度和中密度聚乙烯。高密度聚乙烯密度950 kg／m’较 UPVC为轻，软化温度120℃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。

四、交联聚乙烯(PEX)管

交联聚乙烯是在普通聚乙烯原料中加入有机硅烷接技材料，由线性分子结构改性成三维交联网状结构，改变了普通聚乙烯的分子结构，从而改变了其性能。

1、材料性质及生产工艺

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(—70℃cn l10℃)，使其成为室内冷热水供应的推荐管材。PEX管的密度950 kg／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，原材料通过精密计量系统，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艺。

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，摈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应管道。系统工作压力水于等于0．6Mpa，长期工作温度小于等于75℃(建筑给水排水规范要求)。上海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 PP—R、 PP—C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，须对其进行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)在分子链级进行共聚，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PP—C、 PP—R两种，均属 PP与 PE的共聚物。两者的区别是：① PP—C，其聚乙烯含量为7(n ll地；②PP—R，聚乙烯含量为3(n5％；②PP—C壁厚较同规格的 PP—R为薄；④按目前德国的分类法， PP—C属第二代(二型)， PP—R属第三代(三型)；⑥ PP—R抗冲击性能优于 PP—C。 PP—C、 PP—R的物化性能，应用范围基本相同，故下面仅介绍三型聚丙烯(PP—R)。

1、材料性质及生产工艺

PP—R无毒、卫生、可回收利用。 PP—R的维卡软化温度为131℃，最高使用温度为95℃，长期使用温度为70℃，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20mm至160mm 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 PP—R采用热熔连接，与金属管采用丝扣连接。

4、适用范围

PP—R管适用于建筑物室内冷热水供应系统，也广泛适用于采暖系统。欧洲在建筑物冷热水供应系统中，使用 PP—R较为普遍，己上升为主导产品。吉林省建设厅、吉林省技术监督局于98年七月发布了吉林省地方标准“改性聚丙烯(PP—C)地面辐射手暖、建筑给水及热水供应技术标准(试行)”。上海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(PP—R)工程技术规程”。

六、金属塑料复台管

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。

1.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40℃； PEX称内外交联聚乙烯铝塑复合管，适用于水温75℃。

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0．2--0．25mm。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进行

2.铝塑复合管的主要特点及用途

复合管是以金属管材为基础 , 内、外焊接聚乙烯、交联聚乙烯等非金属材料成型，具有金属管材和非金属管材的优点。复合管大多是由工作层(要求耐水腐蚀)、支承层、保护层(要求耐腐蚀)组成。它的特点是重量轻、内壁光滑、阻力小、耐腐性能好;复合管材是管径≥300mm以上给排水管道最理想的管材。它兼有金属管材强度大,刚性好和非金属管材耐腐蚀的优点。

复合管的连接宜采用冷加工方式,热加工方式容易造成内衬塑料的伸缩、变形乃至熔化。一般有螺纹、卡套、卡箍等连接方式。由于复合管尚属新型管材，我国还未有统一的设计、施工及验收规范。设计及施工人员往往套用镀锌管的工艺来进行设计与施工.

3、复合管分类及其特点和用途

目前市场较普遍的有铝塑复合管、铜塑复合管、钢塑复合管、涂塑复合管、钢骨架PE管等。

1、铝塑复合管(PAP)：铝塑复合管是通过挤出成型工艺而制造出的新型复合管材，它由聚乙烯层(或交联聚乙烯)——粘合剂层——铝层——粘合剂层聚乙烯层(或交联聚乙烯)五层结构构成。其中铝层分搭接焊、对接焊成型工艺。由于铝塑复合管是夹有金属管的塑料/金属复合管，故集金属管和塑料管两者的优点于一身。内外两层PE具有无毒、耐腐蚀、质轻、脆化温度低等特点。PE经交联后则使其耐热性和机械强度等得到明显提高。中间的铝管除对PE起增强作用，使管材的耐压强度大大提高外，还具有100%隔氧，彻底消除渗透;良好的隔磁和抗静电性能;良好的塑性变形能力，使管材可以任意变形;加强管材的纵向散热能力，增加了管材的阻燃效果;热膨胀系数低于PE，降低了复合管的综合热膨胀系数，使管材尺寸稳定性提高等作用。从而使铝塑复合管具有独特的性能和应用范围较广的特点：

①耐压强度高，耐温性能好(PAP管工作温度-40～60℃、XPAP管工作温度-40～95℃)，卫生无毒，使用寿命长，可应用于建筑冷热水管道。

②集刚柔一体，可迅速消除管道系统内的压力冲击，不会产生水锤噪声。

③采用嵌入夹紧式接头连接，安装方便;管材能自由弯曲，可减少管接头、弯头。可弯曲不反弹，可随实际情况绕过梁柱等构件，减少大量弯头，比镀锌钢管节省人工50%。

④热膨胀系数为2.5×10?6m/m.K，仅为聚氯乙烯管的1/8。

⑤阻燃性能远远优于聚氯乙烯管，耐腐蚀性好，可输送各种腐蚀性液体、气体。

2、钢塑复合管：PVC衬里钢管。这是国外70年代发展的新型给水管材，因PVC等塑料管存在强度较低、耐压不够充分等弱点，在负荷较苛刻的场合应用就显得勉强，此时就要求用金属管。PVC衬里钢管就是基于这一点而得到发展的。在传统的输水钢管内插入一根薄壁的PVC管，使两者紧密结合，就成为PVC衬里钢管管材。它兼有塑料管和钢管的优点而避免了它们的缺点。其连接方法也为管螺纹，同原有的镀锌管系统完全相容，应用极为方便。因此在日本、美国、欧洲均有很大发展，因其价格较传统的铜管、不锈钢管低很多，特别在高层建筑中得到肯定。

PE粉末树脂衬里钢管。这是国外70年代末、80年代初开发的新管材。其开发目标是同PVC衬里钢管有同样的性能但经济性能要更好。它是在输水钢管内壁融熔一层PE粉末树脂而成的。近年来上海、四川、浙江一带已有开发商将此种管材以低于铝塑复合管的价格投入市场，是很有竞争力的。按衬里钢管的特性可以认为它是塑料管化的钢管，也就是说衬里钢管是具有塑料管优点的钢管。

另外，值得一提的是最近四川已有开发商开发出一种拥有自己知识产权的给水用衬塑钢管，它是由内壁带凸型网状花纹的镀锌焊接钢管与无毒丙烯塑料管经机械复合成。除具有目前市场上的钢塑复合管的一切优点外，还因其内层钢管具有经特殊工艺加工成的凸型网状花纹，大大地增强了复合的可靠性、较好地解决了内外层不同材料间的热膨胀的一致性问题，且采用卡环式快装接着连接，安装便捷，可靠性高，在钢塑管中独树一帜。

3、钢骨架 PE 管：钢骨架PE管是以优质低碳钢丝为增强相，高密度聚乙烯为基体，通过对钢丝点焊成网与塑料挤出填注同步进行，在生产线上连续拉膜成型的新型双面防腐压力管道。管径为Φ50～Φ500，法兰连结，主要用于市政、化工和油田管网，价格较贵。

4、涂塑钢管：涂塑钢管是在钢管内壁融溶一层厚度为0.5～1.0mm的聚乙烯(PE)树脂、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、环氧(EP)粉末、无毒聚丙烯(PP)或无毒聚氯乙烯(PVC)等有机物而构成的钢塑复合型管材，它不但具有钢管的高强度、易连接、耐水流冲击等优点，还克服了钢管遇水易腐蚀、污染、结垢及塑料管强度不高、消防性能差等缺点，设计寿命可达 50 年。管材主要缺点是安装时不得进行弯曲，热加工和电焊切割等作业时，切割面应用生产厂家配有的无毒常温固化胶涂刷。主要规格有Φ15—Φ100。