塑料管材制造和應用的動向及其討論
塑料管材的發(fā)展，早期是與戰(zhàn)爭息息相關(guān)的。一次大戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗后，面臨著國民經(jīng)濟的恢復，又遇到了國際禁運，鋼管奇缺，不得已的情況下，科學家們發(fā)明了PVC管，1938年至今，應用已逾70余年。二次大戰(zhàn)日本戰(zhàn)敗后，步德國的后塵，1952年，由久保田(株)和積水化學(株)相繼投產(chǎn)了PVC管，應用至今，50余年來，仍是日本第一大塑料管材品種。我國經(jīng)八年抗戰(zhàn)、三年解放戰(zhàn)爭和抗美援朝戰(zhàn)爭，滿目瘡痍，百廢待興，1957年由天津的現(xiàn)代化工廠研制成功PVC管，1958年由原北京塑料廠率先投產(chǎn)，并參加了當年在萊比錫舉辦的國際博覽會。
由戰(zhàn)爭催生的塑料管材，隨著石油化工技術(shù)的飛速進步，塑料管材的制造和應用，發(fā)生了地覆天翻的變化。它已不再是鋼材等傳統(tǒng)材料的代用品，一躍成為許多領(lǐng)域中的不可替代的新型材料。塑料管材的發(fā)展來勢迅猛，當全世界塑料管材總產(chǎn)量達到100萬噸的時候，歐洲鋼鐵界曾驚呼，鋼鐵管材丟失了500萬噸的市場。而今中美兩大塑料管材制造國的塑料管材總產(chǎn)量已超過1000萬噸，相當于5000萬噸以上鋼管的總長度，無異于是“狼來了”。但是，說歸說，喊歸喊，這是事實，也是市場規(guī)律，說和喊都是徒勞，塑 料管材的發(fā)展勢不可擋。70余年過去了，塑料管材的發(fā)展方興未艾，奪目的光環(huán)照亮了管材人腳下的路，新材料、新技術(shù)、新工藝也包括新的認知層出不窮。
1 PPS管
PPS管，中文名稱為“聚苯硫醚管”，它的強度很高，耐熱十分優(yōu)秀，抗蠕變能力極 強，它可以長期在200℃下工作，美國在重點發(fā)展這一管材品種。在熱水，低壓蒸汽的輸送 中，由于PPS的導熱系數(shù)小，系統(tǒng)的保溫可大大簡化，輸送熱損小，應用前景廣闊，日本已大量制造PPS管件，并用于超薄地暖系統(tǒng)中，估計其成本不會很高，在我國制造PPS管件的條件已基本成熟。
2 PEX管
PEX管,中文名稱為“交聯(lián)聚乙烯管”，它的耐熱性、抗蠕變能力優(yōu)越，耐磨性能與超高 分子量聚乙烯(UHMWPE)相近，甚至略高。這將對擴大PEX管應用領(lǐng)域非常有利，如火力發(fā)電廠粉煤灰的輸送，礦井抽排水管道，都需要管材的耐磨性能要好，這本來都是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管的傳統(tǒng)領(lǐng)地;又如城市非開挖敷設管道技術(shù)的推廣，要求管材表面耐摩擦性能要好，此時PEX的優(yōu)勢超過了已知的其它塑 料材料。
交聯(lián)是聚乙烯改性的一種非常成功的重要手段， PEX的品種較多，過氧化物交聯(lián)聚乙 烯、硅烷/水解交聯(lián)聚乙烯、電子射線交聯(lián)聚乙烯、偶氮交聯(lián)聚乙烯、是大家所熟知的，而此外還有紅外交聯(lián)聚乙烯、紫外交聯(lián)聚乙烯、微波交聯(lián)聚乙烯、離子交聯(lián)聚乙烯、產(chǎn)水交聯(lián)聚乙烯等五花八門的品種，其中紅外交聯(lián)聚乙烯(PE-Xa)在歐洲已商品化，dn20管材的擠出速度可達30m/min，是我國目前PE-Xa管擠出速度的10倍(單機雙線)，在線測定交聯(lián)度，并反饋和自動調(diào)整配方;產(chǎn)水交聯(lián)聚乙烯(PE-Xb)作為我國863計劃項目，已取得可喜的進展，它不需溫水或低壓蒸汽，在自然環(huán)境中，它可自動交聯(lián)，工序少、工藝流程短、節(jié)能效果明顯。一般認為，目前的PE-Xa管、PE-Xb管、PE-Xc管是不可焊接的，而離子交聯(lián)聚乙烯管可焊性較好，這十分難得。
歐洲是PE-Xa管材的發(fā)源地，歐洲市場上的PE-Xa管價格高于PE-Xc管和PE-Xb管，不僅僅是因為歐洲的人工成本高的緣故，其中一個重要指標便是管材內(nèi)過氧化物殘留量極低，不僅僅保證了水質(zhì)少受污染，還使管材的使用壽命有保證。歐洲的PE-Xa管材配方中添加了助交聯(lián)劑，交聯(lián)劑的配比只相當于中國和韓國的二分之一，并且在管材制造過程中，過氧化物分解完全。而我國和韓國的PE-Xa管配方中，不含助交聯(lián)劑，過氧化物添加量較大，分解如不完全，過氧化物殘留量就會很大，管材的使用壽命就缺乏保證。如PE-Xa管的加工溫度較低，過氧化物可能難完全分解，可能存在安全隱患。
PE-Xb管生產(chǎn)過程中，容易產(chǎn)生“凝膠塊”，長期以來，人們稱其為“交聯(lián)塊”，一些 學術(shù)文章中稱其為“預交聯(lián)(產(chǎn)物)”，或者“過早交聯(lián)(產(chǎn)物)”;不言而喻，不論那一種 說法，給人的印象就是“不該交聯(lián)而交聯(lián)了的聚乙烯”，軍星公司與天津石化研究院合作，在南開大學和天津科技大學的配合下，對這一產(chǎn)物進行了解析，我們的結(jié)論是“這種凝膠塊是硅烷水解成硅醇后的縮合產(chǎn)物，其中不含聚乙烯成分”。這就為解決PE-Xb管材生產(chǎn)過程中的實際問題提供了科學依據(jù)。
3 PP管
PP管，中文名稱為“聚丙烯管”，在PP的大家族里，在建筑領(lǐng)域中，應用較多的是PP-R 管，它的綜合性能較好，但是抗蠕變能力、低溫韌性較差，人們從改變其結(jié)晶形態(tài)入手，在 PP-R中加入成核劑，使其α晶型變成β晶型，低溫韌性大大提高，抗蠕變能力可以說僅次于PEX，縮寫為“PP-RCT”，已被納入DIN8077和DIN8078中，并被標注為IV型聚丙烯(IVPP);預料PP管材在建筑領(lǐng)域中，特別是生活冷熱水系統(tǒng)中，其地位會有所提升。作為資料，把PEX、PP-R、PE-RCT三種塑料管材的等應變?nèi)渥兦�圖列下供業(yè)內(nèi)同行參考。從圖上可以看出，PEX管的等應變?nèi)渥兦�上沒有拐點，且曲線斜率很小，這就是它抗蠕變能力強的最有力的證明;PE-RCT管的等應變?nèi)渥兦�與PEX管的等應變?nèi)渥兦�極為相近，力學性能甚至略高，而PP-R管的等應變?nèi)渥兦�則相差甚遠，不僅斜率很大，并且在70℃的曲線上就開始出現(xiàn)了拐點。
地暖管的改進
經(jīng)過6-7年的努力，地暖管材市場的規(guī)范度得到相對提高，回想一下2000年前后，我國的地暖管材市場何其混亂，一些假冒偽劣的塑料管退出了舞臺。目前地暖管材市場上的管材品種以PE-Xa管為主，PE-RT管次之，少量PE-Xb管、PE-Xc管，這一態(tài)勢基本與國際看齊。地暖管改進的余地不是很大，但仍然可以改進，如地暖管的透光性、地暖管的阻氧性，在各相關(guān)標準中都是有所規(guī)定的，甚至地暖管的導熱性，雖然標準并未對此有何提法，但都有改進的動向。但需要解釋的是，此處所說地暖管的阻氧性，并非市售外包覆阻氧層的阻氧管，而是塑料材料經(jīng)改性后，其自身所具有的阻氧性在DIN4726規(guī)定范圍內(nèi)的阻氧管。
塑料管材的發(fā)展，早期是與戰(zhàn)爭息息相關(guān)的。一次大戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗后，面臨著國民經(jīng)濟的恢復，又遇到了國際禁運，鋼管奇缺，不得已的情況下，科學家們發(fā)明了PVC管，1938年至今，應用已逾70余年。二次大戰(zhàn)日本戰(zhàn)敗后，步德國的后塵，1952年，由久保田(株)和積水化學(株)相繼投產(chǎn)了PVC管，應用至今，50余年來，仍是日本第一大塑料管材品種。我國經(jīng)八年抗戰(zhàn)、三年解放戰(zhàn)爭和抗美援朝戰(zhàn)爭，滿目瘡痍，百廢待興，1957年由天津的現(xiàn)代化工廠研制成功PVC管，1958年由原北京塑料廠率先投產(chǎn)，并參加了當年在萊比錫舉辦的國際博覽會。
由戰(zhàn)爭催生的塑料管材，隨著石油化工技術(shù)的飛速進步，塑料管材的制造和應用，發(fā)生了地覆天翻的變化。它已不再是鋼材等傳統(tǒng)材料的代用品，一躍成為許多領(lǐng)域中的不可替代的新型材料。塑料管材的發(fā)展來勢迅猛，當全世界塑料管材總產(chǎn)量達到100萬噸的時候，歐洲鋼鐵界曾驚呼，鋼鐵管材丟失了500萬噸的市場。而今中美兩大塑料管材制造國的塑料管材總產(chǎn)量已超過1000萬噸，相當于5000萬噸以上鋼管的總長度，無異于是“狼來了”。但是，說歸說，喊歸喊，這是事實，也是市場規(guī)律，說和喊都是徒勞，塑 料管材的發(fā)展勢不可擋。70余年過去了，塑料管材的發(fā)展方興未艾，奪目的光環(huán)照亮了管材人腳下的路，新材料、新技術(shù)、新工藝也包括新的認知層出不窮。
1 PPS管
PPS管，中文名稱為“聚苯硫醚管”，它的強度很高，耐熱十分優(yōu)秀，抗蠕變能力極 強，它可以長期在200℃下工作，美國在重點發(fā)展這一管材品種。在熱水，低壓蒸汽的輸送 中，由于PPS的導熱系數(shù)小，系統(tǒng)的保溫可大大簡化，輸送熱損小，應用前景廣闊，日本已大量制造PPS管件，并用于超薄地暖系統(tǒng)中，估計其成本不會很高，在我國制造PPS管件的條件已基本成熟。
2 PEX管
PEX管,中文名稱為“交聯(lián)聚乙烯管”，它的耐熱性、抗蠕變能力優(yōu)越，耐磨性能與超高 分子量聚乙烯(UHMWPE)相近，甚至略高。這將對擴大PEX管應用領(lǐng)域非常有利，如火力發(fā)電廠粉煤灰的輸送，礦井抽排水管道，都需要管材的耐磨性能要好，這本來都是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管的傳統(tǒng)領(lǐng)地;又如城市非開挖敷設管道技術(shù)的推廣，要求管材表面耐摩擦性能要好，此時PEX的優(yōu)勢超過了已知的其它塑 料材料。
交聯(lián)是聚乙烯改性的一種非常成功的重要手段， PEX的品種較多，過氧化物交聯(lián)聚乙 烯、硅烷/水解交聯(lián)聚乙烯、電子射線交聯(lián)聚乙烯、偶氮交聯(lián)聚乙烯、是大家所熟知的，而此外還有紅外交聯(lián)聚乙烯、紫外交聯(lián)聚乙烯、微波交聯(lián)聚乙烯、離子交聯(lián)聚乙烯、產(chǎn)水交聯(lián)聚乙烯等五花八門的品種，其中紅外交聯(lián)聚乙烯(PE-Xa)在歐洲已商品化，dn20管材的擠出速度可達30m/min，是我國目前PE-Xa管擠出速度的10倍(單機雙線)，在線測定交聯(lián)度，并反饋和自動調(diào)整配方;產(chǎn)水交聯(lián)聚乙烯(PE-Xb)作為我國863計劃項目，已取得可喜的進展，它不需溫水或低壓蒸汽，在自然環(huán)境中，它可自動交聯(lián)，工序少、工藝流程短、節(jié)能效果明顯。一般認為，目前的PE-Xa管、PE-Xb管、PE-Xc管是不可焊接的，而離子交聯(lián)聚乙烯管可焊性較好，這十分難得。
歐洲是PE-Xa管材的發(fā)源地，歐洲市場上的PE-Xa管價格高于PE-Xc管和PE-Xb管，不僅僅是因為歐洲的人工成本高的緣故，其中一個重要指標便是管材內(nèi)過氧化物殘留量極低，不僅僅保證了水質(zhì)少受污染，還使管材的使用壽命有保證。歐洲的PE-Xa管材配方中添加了助交聯(lián)劑，交聯(lián)劑的配比只相當于中國和韓國的二分之一，并且在管材制造過程中，過氧化物分解完全。而我國和韓國的PE-Xa管配方中，不含助交聯(lián)劑，過氧化物添加量較大，分解如不完全，過氧化物殘留量就會很大，管材的使用壽命就缺乏保證。如PE-Xa管的加工溫度較低，過氧化物可能難完全分解，可能存在安全隱患。
PE-Xb管生產(chǎn)過程中，容易產(chǎn)生“凝膠塊”，長期以來，人們稱其為“交聯(lián)塊”，一些 學術(shù)文章中稱其為“預交聯(lián)(產(chǎn)物)”，或者“過早交聯(lián)(產(chǎn)物)”;不言而喻，不論那一種 說法，給人的印象就是“不該交聯(lián)而交聯(lián)了的聚乙烯”，軍星公司與天津石化研究院合作，在南開大學和天津科技大學的配合下，對這一產(chǎn)物進行了解析，我們的結(jié)論是“這種凝膠塊是硅烷水解成硅醇后的縮合產(chǎn)物，其中不含聚乙烯成分”。這就為解決PE-Xb管材生產(chǎn)過程中的實際問題提供了科學依據(jù)。
3 PP管
PP管，中文名稱為“聚丙烯管”，在PP的大家族里，在建筑領(lǐng)域中，應用較多的是PP-R 管，它的綜合性能較好，但是抗蠕變能力、低溫韌性較差，人們從改變其結(jié)晶形態(tài)入手，在 PP-R中加入成核劑，使其α晶型變成β晶型，低溫韌性大大提高，抗蠕變能力可以說僅次于PEX，縮寫為“PP-RCT”，已被納入DIN8077和DIN8078中，并被標注為IV型聚丙烯(IVPP);預料PP管材在建筑領(lǐng)域中，特別是生活冷熱水系統(tǒng)中，其地位會有所提升。作為資料，把PEX、PP-R、PE-RCT三種塑料管材的等應變?nèi)渥兦�圖列下供業(yè)內(nèi)同行參考。從圖上可以看出，PEX管的等應變?nèi)渥兦�上沒有拐點，且曲線斜率很小，這就是它抗蠕變能力強的最有力的證明;PE-RCT管的等應變?nèi)渥兦�與PEX管的等應變?nèi)渥兦�極為相近，力學性能甚至略高，而PP-R管的等應變?nèi)渥兦�則相差甚遠，不僅斜率很大，并且在70℃的曲線上就開始出現(xiàn)了拐點。
地暖管的改進
經(jīng)過6-7年的努力，地暖管材市場的規(guī)范度得到相對提高，回想一下2000年前后，我國的地暖管材市場何其混亂，一些假冒偽劣的塑料管退出了舞臺。目前地暖管材市場上的管材品種以PE-Xa管為主，PE-RT管次之，少量PE-Xb管、PE-Xc管，這一態(tài)勢基本與國際看齊。地暖管改進的余地不是很大，但仍然可以改進，如地暖管的透光性、地暖管的阻氧性，在各相關(guān)標準中都是有所規(guī)定的，甚至地暖管的導熱性，雖然標準并未對此有何提法，但都有改進的動向。但需要解釋的是，此處所說地暖管的阻氧性，并非市售外包覆阻氧層的阻氧管，而是塑料材料經(jīng)改性后，其自身所具有的阻氧性在DIN4726規(guī)定范圍內(nèi)的阻氧管。
