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一、中国塑料管道行业现状
我国塑料管道在上世纪九十年代进入快车道,管道产量按吨位计,从八十年代末不到20万元到2000年突破200万吨,远远高出发达国家平均4.2%的年增长速度。
同样我国塑料管道生产厂家的数量增长迅速,据不完全统计,目前中国大陆生产塑料管道厂家超过一千家,数量多规模小类似前几年整合前的汽车制造厂商,年产超5万吨以上规模的厂家更少,行业内较知名的有福建亚通新材料科技股份有限公司(中国塑料管道专业委员会理事长单位)华亚塑胶有限公司(台塑控股),湖北凯乐新材料科技股份有限公司河北宝硕管材有限公司等,但与国际上塑料管道大型公司如GeorgFischer,Uponor,Pipelife,Wavin相比,无论从规模和装备,都存在相当大的差距。
在应用领域,塑料管道基本上与国际接轨,它涵盖建筑物内给排水建筑物外埋地给排水燃气管电工电力通讯类保护套管工业用管医用管农业林业输水节水喷灌等领域,初步统计情况见表1。
二、中国塑料管道的发展趋势
随着技术进步与国家开放力度加大,在塑料管道方面,我国与发达国家交流合作进一步加强,差距也在逐步缩小,目前有以下趋势值得关注:
1、塑料管道大型化
上世纪九十年代,以UPVC管为例,外径大于500毫米属于大管之列,由于结构壁管材的出现,现在有一种与传统生产形式完全不同的螺旋缠绕管,这种管可以离开工厂在施工现场生产,可生产至直径1800毫米甚至更大的塑料管材。结构为方型双重壁管,据报道,管材直径最大可达3000毫米,这是塑料管道的重大突破。亚通公司生产大口径螺旋缠绕管在现场卷绕,管材长度可按客户需要确定,一次最长可生产20米,管材因运输而提高成本的问题得到根本解决。在国外,加拿大CORMA公司制造的设备生产PE双壁波纹管直径达1800毫米。
螺旋缠绕管特殊的结构特性,使其特别适用于水利和农业灌溉市政排污等。螺旋缠绕管主要性能特点见表2。
2、塑料管道使用领域扩大
埋地燃气管道在十几年前几乎全部使用金属材料,这些年塑料管道在燃气支干线大量使用而且规格朝大型化发展,直径250毫米已是常用规格。城市供水淘汰铸铁管,改用塑料管,由于塑料原料性能改进,北欧化工(瑞典和芬兰)Solvay(苏威比利时)ATOFINA(比利时)BP(英国)韩国三星大林等可生产PE80PE100,管道质量有了保证,近年双峰合成技术的突破,使得PE管道材料性能更佳,加工容易,ISO标准中规定PE供水管道大直径达1000毫米。
建筑供热及地板采暖也是增长较快的领域,无规共聚聚丙烯PP-R及交联聚乙烯PE-X拉动供热及采暖管道领域的应用,新材料的性能与传统材料相比有了很大提高,如传统PE与改性后的PE-X溶胀性能差异就很显著,见图1所示。
3、复合管道优势明显
传统金属管道明显缺点是抗腐蚀性差,而塑料管道耐腐蚀性好是它的优点,但塑料材料刚性差,线膨胀系数大,表皮刮伤引起破裂等制约塑料管道应用。针对这种状况,塑料复合管道应运而生,它既保留金属材料的刚性耐刮耐碰线膨胀系数较低等优点,又融合了塑料材料耐腐蚀水流性好重量轻施工方便等优点。最近市场上推出的一种超薄壁钢塑复合管,外层采用不锈钢,内层为塑料(PVCPEPP),中间层采用具有良好粘接性的热熔胶经特殊工艺复合而成,耐压性能经上海市技术监督局机电产品检测中心测定,冷水管系统耐压性能可达6.72MPa,热水管系统达到4.2MPa,大大超过我国塑料管耐压最大为1.6MPa的标准,且管道系统能有效防止发生火灾时火势通过管道贯穿部位蔓延,高层建筑应用可省略防火套管或阻火圈的安装应用,使系统更加经济实用。
4、新技术推动材料更加完善
在聚乙烯管材专用料生产技术方面,双峰聚乙烯应用将不断扩大。双峰分子量分布的材料为产品提供了优良的物理机械性能,同时改善机械加工性能。国际上通用的是以混配料为主,混配料能很好保证添加剂的分散度,国内聚乙烯管材专用基础树脂(PE80PE100)并不多,目前主要靠进口。
无规共聚聚丙烯树脂(PP-R),它的综合性能超越均聚聚丙烯(PP-H)和嵌段共聚聚丙烯(PP-B),PP-R管材是80年代末90年代初由欧洲国家开发应用的新型塑料管道产品,PP-R原料属聚烯烃,其分子中仅有碳氢元素,无毒性,卫生性能可靠,PP-R在原料生产制品加工使用及废弃全过程均不会对人体及环境造成不利影响,被称为绿色建筑材料,该产品不但可用于冷热水系统,且可用于纯净水饮用系统。
PP-R国内专用料的研究与开发已经起步,扬子石化在2000年4月已成功转换到大工业化装置上生产。国产PP-R材料大部分未通过长期静液压强度(110OC,1.9MPa,8760h)的论证,因此厂家在使用方面心存疑虑。
5、材料改性加工方法改进
每种单纯的塑料原材料均有其明显的优势及弱点,如聚乙烯原料其柔顺性卫生性好,但其环刚度阻燃性差,聚氯乙烯原材料刚性阻燃性好,但加工不易,低温脆性差,塑料材料的弱点可通过材料改性克服。
经过添加抗冲剂的硬聚氯乙烯(PVC-U)塑料管道具备良好的低温抗冲击性能,亚通公司与福州大学共同研制具有国内首创领先水平的纳米级蒙脱土(用插层技术生产)与UPVC树脂共混,经过特殊工艺生产的UPVC给排水管材,UPVC型材无论成本产品物理机械性能均有很大提高。
塑料共挤技术实现多种材料性能的综合,用三层共挤技术生产的芯层发泡管,内外为实壁层,中间为密度仅0.7gcm3的发泡层。这种特殊结构巧妙地利用了材料力学中的"工型"结构原理,使其具备普通实壁管优点同时,还在隔声隔热防震抗冲质轻价廉施工等方面具有显著的特点,被广泛用于工程及民用建筑排水工业防护输送液体农业排灌及电力通讯电缆导管等领域,是一种具有良好前景的新型塑料管材。
三、发展对策与建议
1、原材料方面
塑料管道工业的高速发展,很大程度依赖材料性能的改进。国内塑料管材专用料无论从生产规模还是产品质量都与国际先进水平有相当距离,燃气给水承压管材料工程塑料管材专用料国内还不能满足,大部分需国外进口,一定程度上延缓了塑料管道的推广。我国基础树脂生产单位应尽快更新设备装置,投入资金人力研制管材专用料,建立专用料等级确认,以适应塑料管道发展需要。
2、标准及规范方面
产品发展快,相应产品标准滞后。我国主要是消化吸收国际标准,但跟进速度慢。产品应用设计施工验收规范滞后更加严重,产品已经生产多年,而设计部门对新产品认识不足,不敢设计使用。新产品安装过程没有施工规范,安装后没有验收规范,这给新产品进入市场设置严重障碍,相关部门应尽快完善此方面标准及相关规范。
3、设备模具方面
中国塑料机械模具制造在九十年代中后期也进入高速发展时期,现在我国塑料机械从"测绘仿制"过渡到"参考设计",但还是缺乏创新。设备模具是硬件,材料配方要通过设备才能成型,而评价设备关键指标是产量,目前国外先进设备的产量是国内相同设备的2倍左右。
模具方面更是弱项,基础研究不足。模具设计方面国内传统上是靠经验,很少研究新型材料性能对模具结构性能的影响。而直接进口国外设备成本很高,从订货到交货过程时间长,故尽快提升塑料设备模具制造水平是当务之急。
4、管道厂家研发投入
管道生产应用是个系统工程,而我国在此方面研究刚起步,许多应用都是照搬国外现成经验,没有开发自有独特的研究领域,管道生产应用牵涉许多领域,它包含材料配方机械流体施工安装等。
国外管道生产企业一般按年销售收入的5%投入研究开发产品,而我国管道生产厂平均投入研究开发产品费用不到年销售收入1%。因此,我国管道生产制造厂商应重视研发投入,同时应当加强基础研究及产品试验,积累原始试验数据及材料特性,指导生产设计安装,确保从开发至安装到验收整个过程有充分理论依据,避免走弯路或少走弯路。