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新一代聚乙烯PE100性能与应用

目前的市政管材市场,塑料管道正在稳步发展,塑料管材在给水、供气、排污应用等方面已逐步代替了传统的铸铁管和水泥管,PE、PP-R、UPVC在市场上都占有一席之地,其中PE管更是一支独秀。PE的柔韧性一直被认为是用作管材的重要特性之一,与其它材料相比,PE的柔韧性可赋予PE管材更多的优点,如管材连接更容易、安装更迅捷、受地震影响更小、更易于加内衬等。近年来,鉴于PE优越的物理性能,PE越来越广泛地应用于压力管(如给水管、供气管),非压力管(如电缆保护管等)。此外,PE的耐腐蚀性、重量轻等优点也是代替传统管材的一个重要原因。
 1 新一代聚乙烯材料PEl00的出现
  从50年代起,高密度聚乙烯(PE63和PE80)和随后的中密度聚乙烯(PE80)制成的管子已被用于输送天然气、水、污水和其他多种流体。随着高性能PE的开发,材料性能不断改善,新型的聚乙烯在机械性能方面有显著的提高,为管道制造提供了新一代材料。80年代后期PEl00由苏威聚烯烃欧洲公司首创问世,PEl00代表了抗环境应力开裂与刚性之间联系统一的里程碑。
 2 PEl00的性能特点
  PEl00是指在20℃条件下,聚乙烯管材在50年后仍能保持10MPa最小必须强度。PE是一种热塑性塑料,它的性能取决于短支链的分布、分子量及其分布和半晶体结构。分子量是决定聚合物与耐久性有关的性能的主要因素,如长期强度、韧性、塑性和疲劳性。分子量及其分布在流变性能乃至管材挤出加工性方面起着重要的作用,分子量和短支链决定管材的机械性能。它的短期属性如硬度可由材料的晶态来解释;而长期属性如抗环境应力开裂,取决于非晶形态中长分子链的牵连程度。就在管材上的应用而言,劲度和耐应力开裂性是最重要的性能指标,在材料的设计中要求这两种性能达到平衡。PEl00具有双峰分子量分布,两个聚乙烯分子,一个非常短,而另一个则相当长,高分子量链段获得双峰分布并联接更多的分子,这种结构给出了树脂极好的物理性能,同时保留了较好的工艺性,从而达到抗蠕变性、耐龟裂性和良好加工性的完美组合。
 3 PEl00的应用性能
  聚乙烯100树脂在50年后能保持10MPa的最低强度,较PE80和之前的树脂耐压强提高,气体和液体可加高压输送。使用PEl00可以增强给水和天然气管网输送能力,PEl00有效的抗裂缝快速与慢速增长能力,保证管子在极高的压强下的安全可靠性。
  有很多用户担心PE管道的慢速裂纹增生,即管道的裂口在较长的一段时间内缓慢地增长。根据裂纹的生成机理,管壁开裂的初始值和增长变化取决于内部压力,管内残余应力,安装应力和地点选择等因素综合结果。一旦发生开裂现象,它会缓慢增长,增长的速度取决于促使开裂的力和管道材料抗开裂性的能力。由于开裂情况的发生而导致管壁易碎的原因,可以解释为:联接微晶体的联接分子发生解体,分子结构处于混乱状态。而PEl00含有相当高数量的联结分子,可以提供很好的耐开裂性。表1为使用压力性能比较,使用PEl00的效果见表2。

表1 使用压力性能比较

名称 MRS SDR17/17.6(水/气) SDR11(水/气)
PE80 8.0 8/2 12.5/4
PE100 10.0 10/6 16/10

表2 使用PE63,PE80和PEl00三种材料效果比较
名称 PE63 PE80 PE100 比较
管壁厚度(mm) 14.6 11.8 9.5 PE100/PE80
管材重量(kg/m) 6.8 5.6 4.6 节约材料22%
内径(mm) 132 136 140 增加截面积6%

  此外,对于制造大口径的给水和排水管(包括屋面的排水),使用壁更薄的管子有特殊的好处。一方面可节省材料(10bar输水网络可节约1/3),另一方面,可扩大管子横截面的面积。在修复管道时,当管路使用插入管敷设法进行修复时,原先管子的横截面直径减少了,降低了它的输送能力。然而,这样的损失可以通过使用PEl00降低衬里厚度的方式来避免。
 4 聚乙烯PEl00的应用前景
  PEl00具有聚乙烯所有的优良性能,而其在机械性能方面明显提高,这使得PEl00具有许多特殊优点,自PE100问世以来,其系列产品很快地在世界各地被广泛应用。PEl00(苏威系列部件)在欧洲众多天然气公司和水资源公司得到认可和实际应用。在国内已有部分油田用来作为输油用管,并且在旧管网穿插更新工程中作为内衬管对旧管道进行修复,例如河南油田采油厂的输油管道内衬改造。在深圳市龙岗南澳镇东冲海水养殖厂海水引用工程、福田区中心区市民中心消防水池引水和东翼广场引水工程等项目,也使用新一代聚乙烯PEl00材料。
  我国城市燃气气源将很快地由人工煤制气、液化石油气向天然气为主发展,很多城市都面临气源转换、城市输配管网的扩建改建的问题,其中管材的选用更是重要一环,我们深信,PEl00的出现将为广大用户选择输气管材提供丁更大的空间。

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