PE管材詳細講解

PE管材詳細講解

1應(yīng)用范圍

20世紀90年代以來我國的合成樹脂工業(yè)蓬勃開展，產(chǎn)量和消費一直保持著良好的增長勢頭。連美國、日本、德國、韓國之后，居世界第五位。但是，塑料管道所需的各種專用樹脂尚有較大缺口，在我國雖然PE和PP樹脂產(chǎn)量很大，但適合做管材的樹脂不多，尤其是適合做城市供水、城市燃氣輸送用的PE管專用料和建筑冷熱水用的PP-R專用料更少，還需進口一定數(shù)量的塑料管道專用樹脂。

2管道開展

我國塑料管道開展很快，質(zhì)量在不斷提高。其中聚乙烯PE管由于其自身獨特的優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用于建筑給水，建筑排水，埋地排水管，建筑采暖、輸氣管，電工與電訊愛護套管、工業(yè)用管、農(nóng)業(yè)用管等。其主要應(yīng)用于城市供水、城市燃氣供給及農(nóng)田灌溉等領(lǐng)域。

3特性效益

我們以附件表格中?常見給〔冷〕水管道特性的比擬》來進行分析

耐腐蝕性

〔1〕聚乙烯具有優(yōu)良的耐腐蝕性、較好的衛(wèi)生性能和較長的使用壽命

聚乙烯為無惰性材料，除少量強氧化劑外，可耐多種化學藥品侵蝕，且不易滋生細菌。眾所周知鋼管、鑄鐵管被塑料管所取代的原因不僅是因為塑料管材比其輸水能耗低、生活能耗低、重量輕、水流阻力小、安裝簡便迅速、造價低、壽命長、具有保溫功能等，還因為塑料管耐腐蝕、不易滋生微生物等性能優(yōu)于鋼管及鑄鐵管。

聚乙烯管材的使用壽命為50年以上，這一點不僅已為國際規(guī)范和國外的一些先進規(guī)范所確認，而且已經(jīng)被實踐所證明。

聚乙烯能夠推廣應(yīng)用的另一個原因是因為聚氯乙烯日益受到環(huán)境愛護方面的壓力。首先是聚氯乙烯本身的衛(wèi)生性能問題：眾所周知，在正規(guī)生產(chǎn)和嚴格控制下生產(chǎn)聚氯乙烯管是可以保證衛(wèi)生性能的，答應(yīng)應(yīng)用在飲用水領(lǐng)域。但是還是有人擔憂在控制不嚴的地方可能會發(fā)生問題：如聚氯乙烯樹脂中氯乙烯單體的超標，在給水用聚氯乙烯管的配方中誤用了有毒的助劑。把不保證無毒的排水用聚氯乙烯管和管件誤用到了給水管和管件等。其次是聚氯乙烯管的回收問題：聚氯乙烯和聚乙烯一樣是熱塑性塑料，從理論上講都是可以利用的，但是各國的證明，舊塑料制品能回收再生的比例有限，主要的處理方式是燃燒回收能源，聚氯乙烯因為含氯，在燃燒時控制不好就可能產(chǎn)生有害物質(zhì)，而聚乙烯僅含碳氫，燃燒后生成水和二氧化碳。

柔韌性和耐刮痕

〔2〕聚乙烯具有獨特的柔韌性和優(yōu)良的耐刮痕的能力

聚乙烯管道系統(tǒng)的撓性有著巨大的技術(shù)經(jīng)濟價值。聚乙烯的撓性是一個重要的性質(zhì)，它極大的提高了該材料對于管線項目的價值。良好的撓性使聚乙烯管可以盤卷，以較長的長度進行供給，防止了大量的接頭和管件。示例在全國城市改水示范單位——南通自來水公司在一戶一表改造當選材時便充沛利用了PE小口徑管材可盤卷的特性，從水表至用戶一根管材到底，中間無須管接頭，既節(jié)約了本錢，又提高了工效。PE小口徑管的這種特性已得到全國各城市有水表出戶項目的自來水公司的認可，成為其改水作業(yè)的首選產(chǎn)品。同時，撓性和重量輕及具有優(yōu)良的耐刮痕能力，使之可采用多種可減輕對環(huán)境和社會生活的影響且費用經(jīng)濟的安裝辦法，如免開挖施工技術(shù)。免開挖施工技術(shù)是指利用各種巖土鉆掘的技術(shù)伎倆，在地表不開溝〔槽〕的條件下鋪設(shè)、更換或修復各種地下管線的施工技術(shù)。多種免開挖施工技術(shù)非常合適采用聚乙烯管材，如鋪設(shè)新管線的水平定向鉆進和導向鉆進法，原位更換舊管線的脹管法及修復舊管線的穿插更新內(nèi)襯法及各種改良的內(nèi)襯法〔折疊變形法、熱拔法和冷軋法〕。

PE獨特的柔韌性還使其能夠有效的抵制地下運動和端載荷。從外表上看，強度和剛性方面，塑料埋地管不及水泥管及金屬管道，但從實際應(yīng)用看，塑料埋地管是屬于“柔性管〞，在正確設(shè)計和鋪設(shè)施工下塑料埋地管是和周圍土壤共同承受負載的。所以塑料埋地管不需要到達“鋼性管〞一樣的強度和剛性就可以滿足埋地使用中的力學性能的要求。同時，聚乙烯的壓力松弛特性可有效地通過形變而耗費應(yīng)力，其實際軸向應(yīng)力水平遠比理論計算值低，而且其斷裂伸長率一般都大于500%，彎曲半徑可以小到管直徑的20～25倍，是一種高韌性材料，對地基不均勻沉降的適應(yīng)能力非常強，這些特點使其成為抵御地震、地基沉降以及溫差伸縮的最為優(yōu)秀的管道。示例在1995年日本神戶大地震中，PE給水管及燃氣管就是唯一幸免的管道系統(tǒng)。

耐低溫

〔3〕聚乙烯具有非常突出的耐低溫性能

PE管的低溫脆化點為-70℃，優(yōu)于其他管道。在冬季野外施工時聚氯乙烯〔PVC-U〕管容易脆裂，我國北京地區(qū)鋪設(shè)聚氯乙烯〔PVC-U〕埋地給水管試點項目中總結(jié)的一條經(jīng)驗是溫度在零度下列就不合適進行聚氯乙烯〔PVC-U〕管的鋪設(shè)施工了。還有一個明顯的佐證，為改良PP的韌性和低溫耐沖擊性能，可將乙烯與丙烯單體共聚制成無規(guī)共聚聚丙烯〔PP-R〕，其一般采用iPP的工藝路線和辦法，使丙烯和乙烯的混合氣體進行共聚合，得到主鏈中無規(guī)那么地分布著丙烯和乙烯段的共聚物〔即PP-R管材料〕，PP-R管材料中的乙烯含量大多在3%左右。但改善后的PP-R耐低溫性能仍不盡人意，其脆化點約為-15℃，遠高于聚乙烯管的脆化點溫度-70℃。

裂紋增長斷裂韌性

〔4〕聚乙烯具有良好的快速裂紋增長斷裂韌性

發(fā)生快速裂紋增長破壞時，裂紋可以100～45m/s速度快速擴展幾百米至十幾公里，造成長距離管路損壞，發(fā)生大規(guī)模泄漏事故，以及后續(xù)的焚燒爆炸〔輸天然氣〕或洪水〔輸水〕事故。這種事故發(fā)生概率不大，一旦發(fā)生，危害極大。對塑料壓力管的持續(xù)開展來講，避免發(fā)生快速裂紋增長破壞要求的重要性已經(jīng)超過了對長期壽命強度性能的要求。其原因為：在同一SDR〔管材直徑與其厚度之比〕時，計算的長期壽命—長期強度與增大管徑無關(guān)〔實際上大口徑管可能比小口徑管平安〕，但快速裂紋增長危險隨管徑增大而增加。在現(xiàn)有大品種塑實驗辦法料管中，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯管等，到達一定管徑時，由避免快速裂紋增長破壞所決定的許用壓力，總是比由長期強度問題所決定的許用壓力低。也就是說，按避免快速裂紋增長破壞的要求決定了許用壓力后，長期壽命〔如20℃，50年〕要求可自行得到滿足；快速裂紋增長斷裂韌性差的材料將遭到淘汰，不論它的長期強度性能好或壞。如聚氯乙烯〔PVC-U〕燃氣管已經(jīng)根本上全部被聚乙烯〔PE〕燃氣管所取代。歐洲聚氯乙烯〔PVC-U〕給水管被聚乙烯〔PE〕管取代的趨勢已經(jīng)明朗。

我國尚未建立監(jiān)控快速裂紋增長破壞的試驗裝置。我國的塑料壓力管規(guī)范都未波及這一問題，這說明我國的塑料壓力管水平比世界一般水平至少落后一個開展階段。

聚乙烯管道安裝

〔5〕聚乙烯管道安裝連接方便、可靠

聚乙烯管可以用比擬方便的熱熔對接、承插辦法得到可靠的、內(nèi)外表與原管材接近的牢固連接〔連接處有不大的熔接凸起環(huán)〕，或采用專門的電熔管件連接聚乙烯管。對于小口徑管材還可以采用我們公司生產(chǎn)的卡壓式連接，連接方便可靠〔此種產(chǎn)品是我們公司引進的專利技術(shù)，廣泛應(yīng)用于我國許多水司的一戶一表項目〕。聚乙烯管的熔接接頭可以承受軸向負荷而不發(fā)生泄露和脫開。

4PE管材驗收、寄存、搬運和運輸

1、一般規(guī)定

①管材、管件應(yīng)具有質(zhì)量檢驗部門的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗報告和生產(chǎn)廠的合格證。

②管材寄存、搬運和運輸時，應(yīng)用非金屬繩捆扎，管材端頭應(yīng)封堵。

③管材、管件寄存、搬運和運輸時，不得拋摔和劇裂撞擊。

④管材、管件寄存、搬運和運輸時，不得曝曬和雨淋;不得與油類、酸、咸等其它化學物質(zhì)接觸。

⑤管材、管件從生產(chǎn)到使用之間的寄存期不宜超過一年。

2、材料驗收

①接收管材、管件必須進行驗收。先驗收產(chǎn)品使用表明書、產(chǎn)品合格證、質(zhì)量保證書和各項性能檢驗驗收報告等有關(guān)資料。

②驗收管材、管件時，應(yīng)在同一批中抽樣，并按現(xiàn)行國家規(guī)范?給水用(PE)聚乙烯材》進行規(guī)格尺寸和外觀性能檢查，必要時宜進行全面測試。

3、寄存

①管材、管件應(yīng)該寄存在通風良好、溫度不超過40℃的庫房或簡易的棚內(nèi)。

②管材應(yīng)水平堆放在平整的撐持物或地面上。堆放的高度不宜超過1.5米，當管材捆扎成1mx1m的方捆，并且兩側(cè)加撐持愛護時，堆放高度可適當提高，但不宜超過3m,管件應(yīng)逐層疊放整齊，應(yīng)確保不倒塌，并且便于拿取和管理。

③管材、管件在戶外臨時堆放時，應(yīng)有遮蓋物。

④管材寄存時，應(yīng)將不同直徑和不同壁厚的管材分別堆放。

4、搬運

①管材搬運時，必須用非金屬繩吊裝。

②管材、管件搬運時，應(yīng)小心輕放，排列整齊。不得拋摔和沿地拖曳。

③寒冷天氣搬運管材、管件時，嚴禁激烈撞擊。

5、運輸

①車輛運輸管材時，應(yīng)放在平車底上，船運時，應(yīng)放置在平坦的船艙內(nèi)。運輸時，直管全長應(yīng)設(shè)有撐持，盤管應(yīng)疊放整齊。直管和盤管均應(yīng)捆扎、固定，防止相互碰撞，堆放觸不應(yīng)有可能損傷管材的尖凸物。

②管件運輸時，應(yīng)按箱逐層疊放整齊，并固定牢靠。

③管材、管件在運輸途中，應(yīng)有遮蓋物，防止曝曬和雨淋。

5使用材料

ABS〔丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物〕

未增塑的聚氯乙烯〔UPVC〕

CPVC〔后氯化聚氯乙烯〕

PP〔聚丙烯〕

PE〔聚乙烯〕，也稱為LDPE，MDPE和HDPE〔低，中，和高密度〕

6連接技術(shù)

開展到今天，聚乙烯的連接技術(shù)已經(jīng)非常成熟可靠。統(tǒng)計數(shù)字說明，聚乙烯管的漏損率不到十萬分之二，遠遠低于球墨鑄鐵管的2-3%，大幅度提高了管道的平安性和經(jīng)濟效益，這也是燃氣管道較多的使用聚乙烯管的非常重要的原因。

7國家規(guī)范

本規(guī)范與ISO4427：1996的主要差別為：1．本規(guī)范僅包含PE63、PE80、PE100材料制造的管材，不包含PE32、PE42材料制造的管材；2.本規(guī)范增加了定義一章；3．對管材的性能要求，增加了

本規(guī)范與ISO4427：1996的主要差別為：

1．本規(guī)范僅包含PE63、PE80、PE100材料制造的管材，不包含PE32、PE42材料制造的管材；

2.本規(guī)范增加了定義一章；

3．對管材的性能要求，增加了"斷裂伸長率"工程；

4．增加了"檢驗規(guī)那么"一章；

本規(guī)范與GB/T13663－1992的差別為：

GB/T13663－1992?給水用高密度聚乙烯〔HDPE〕管材》未采用國際規(guī)范制定。

自本規(guī)范實施之日起，同時代替GB/T13663－1992

本規(guī)范的附錄A為提示的附錄。

本規(guī)范由國家輕工業(yè)局提出。

本規(guī)范由全國塑料制品規(guī)范化技術(shù)委員會歸口。

范圍

準規(guī)定了用聚乙烯樹脂為主要原料的材料，經(jīng)擠出成型的給水用聚乙烯管材〔下列簡稱"管材"〕的產(chǎn)品規(guī)格、技術(shù)要求、試驗辦法、檢驗規(guī)那么、標志、包裝、運輸、貯存。本規(guī)范還規(guī)定了原料的根本性能要求，包括分類體系。

本規(guī)范適用于用PE63、PE80和PE100材料〔見4．1〕制造的給水用管材。管材公稱壓力為0.32MPa～1.6MPa，公稱外徑為16mm～1000mm。

本規(guī)范規(guī)定的管材適用于溫度不超過40C，一般用途的壓力輸水，以及飲用水的輸送。

引用規(guī)范

以下規(guī)范所包含的條文，通過在本規(guī)范中引用而構(gòu)成為本規(guī)范的條文。本規(guī)范出版時，所示版本均為有效。所有規(guī)范都會被修訂，使用本規(guī)范的各方應(yīng)探討使用以下規(guī)范最新版本的可能性。

GB/T2918一1998塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗的規(guī)范環(huán)境〔idtISO291：1997〕

GB/T3681-1983塑料自然氣候曝露試驗辦法

GB/T3682-1983熱塑性塑料熔體流動速率試驗辦法

GB/T6ill－1985長期恒定內(nèi)壓下熱塑性塑料管材耐破壞時間的測定辦法〔eqvISO/DP1167：1978〕

GB/T6671．2一1986聚乙烯〔PE〕管材縱向回縮率的測定〔idtISO2506：1981〕

GB/T8804．2一1988熱塑性塑料管材拉伸性能試驗辦法聚乙烯管材〔eqvISO/DIS3504-2〕

GB/T8806一1988塑料管材尺寸測量辦法〔eqv1974〕

GB/T13021～1991聚乙烯管材和管件炭黑含量的測定熱失重法〔neq1986

GB/T17219－1998生活飲用水輸配水設(shè)備及防護材料的平安性評價規(guī)范

GB/T17391－1998聚乙烯管材與管件熱穩(wěn)定性試驗辦法〔eqv1991〕

GB/T18251－2000聚烯烴管材、管件和混配料中顏料及炭黑分散的測定辦法

GB/T18252-2000塑料管道系統(tǒng)用外推法對熱塑性塑料管材長期靜液壓強度的測定

定義、符號和縮略語

本規(guī)范采用以下定義、符號和縮略語。

3.1定義

3.1.1幾何定義

3.1.1.1公稱外徑dn：規(guī)定的外徑，單位為毫米。

3.1.1.2平均外徑dem：管材外圓周長的測量值除以3.142〔圓周率〕所得的值，精確到0.1mm，小數(shù)點后第二位非零數(shù)字進位。

3.1.1.3最小平均外徑dem,min：本規(guī)范規(guī)定的平均外徑的最小值，它等于公稱外徑dn,單位為毫米。

3.1.1.4最大平均外徑dem,max：本規(guī)范規(guī)定的平均外徑的最大值。

3.1.1.5任一點外徑dey:通過管材任一點橫斷面測量的外徑，精確到0.1mm,小數(shù)點后第二位非零數(shù)字進位。

3.1.1.6不圓度：在管材同一橫斷面處測量的最大外徑和最小外徑的差值。

3.1.1.7公稱壁厚en：管材壁厚的規(guī)定值，單位為毫米，相當于任一點的最小壁厚ey,min。

3.1.1.8任一點的壁厚ey：任一點上管材壁厚的測量值，精確到0．lmm，小數(shù)點后第二位非零數(shù)字進位。

3.1.1.9最小壁厚ey,min：本規(guī)范規(guī)定的管材圓周上任一點壁厚的最小值。

3.1.1.10最大壁厚ey，max：根據(jù)最小壁厚〔ey，min〕的公差確定的管材圓周上任一點壁厚的最大值。

3.1.1.11規(guī)范尺寸比〔SDR〕：管材的公稱外徑與公稱壁厚的比值。SDR=dn/en

3.1.2與材料有關(guān)的定義

3.1.2.1混配料：以聚乙烯根底樹脂參加必要的抗氧劑、紫外線穩(wěn)定劑和顏料制造而成的粒料。

3.1.2.2σlpl1):與20℃、50年、概率預(yù)測97.5%相應(yīng)的靜液壓強度，單位為兆帕。

3.1.2.3最小要求強度〔MRS〕：σlpl圓整到優(yōu)先數(shù)R10或R20系列中的下一個較小的值。

3.1.2.4設(shè)計應(yīng)力σs：在規(guī)定應(yīng)用條件下的允許應(yīng)力，MRS除以系數(shù)C，圓整到優(yōu)先數(shù)R20系列中下一個較小的值，即：σs=（MRS）/C………………〔1〕

3.1.2.5總使用〔設(shè)計〕系數(shù)C：一個數(shù)值大于1的總系數(shù)，它考慮了未在預(yù)測下限中體現(xiàn)出的使用條件和管道系統(tǒng)中配件等組成局部的性質(zhì)。

3.1.3與使用條件有關(guān)的定義

3.1.3.1公稱壓力〔PN〕：本規(guī)范中公稱壓力PN相當于管材在20℃時的最大工作壓力，單位為兆帕。

3.1.3.2最大工作壓力〔MOP〕：管道系統(tǒng)中允許連續(xù)使用的流體的最大有效壓力，單位為兆帕。

3.2符號

C：總使用〔設(shè)計〕系數(shù)；

dem:平均外徑；

dem,max:最大平均外徑；

dem,mix:最小平均外徑；

dn:公稱外徑；

ey:任一點壁厚；

ey,min：最小壁厚；

ey,max：最大壁厚；

ft：溫度對壓力的折減系數(shù)；

ty：管材任一點的壁厚公差；

σlpl：與20℃、50年、概率預(yù)測97.5%相應(yīng)的靜液壓強度；

σs：設(shè)計應(yīng)力；

3.3縮略語

MFR：熔體流動速率；

MOP：最大工作壓力；

MRS：最小要求強度；

PE：聚乙烯；

PN：公稱壓力；

SDR：規(guī)范尺寸比。

材料

4.1命名

本規(guī)范中的聚乙烯管材料按如下步驟進行命名：

4.1.1按照GB/T18252確定材料的與20℃、50年、預(yù)測概率97.5%相應(yīng)的靜液壓強度σlpl。

4.1.2按照表1，依據(jù)σlpl換算出最小要求強度〔MRS〕，將MRS乘以10得到材料的分級數(shù)。

4.1.3按照表1，根據(jù)材料類型〔PE〕和分級數(shù)對材料進行命名。

表1材料的命名

表1材料的命名

σlpl,Mpa MRS,Mpa 材料分級數(shù) 材料的命名

6.30～7.99 6.3 63 PE63

8.00～9.99 8.0 80 PE80

10.00～11.19 10.0 100 PE100

4.2使用混配料生產(chǎn)聚乙烯管材，混配料為藍色或黑色，根本性能應(yīng)合乎表,2要求。藍色管用材料應(yīng)能保證使用該材料制造的管材的耐候性合乎表12的要求。對于PE63級材料，也可采用管材級根底樹脂加母料的辦法生產(chǎn)聚乙烯管材，對材料性能的要求自管材上取樣進行測試。

按本規(guī)范生產(chǎn)管材時生產(chǎn)的潔凈回用料，只要能生產(chǎn)出合乎本規(guī)范的管材時，可摻入新料中回用。

表2材料的根本性能要求

序號 工程 要求

1 炭黑含量1〕，〔質(zhì)量〕% 2.5±0.5

2 炭黑分散1〕 ≤等級3

3 顏色分散2〕 ≤等級3

4 氧化誘導時間〔200〕， ≥20

5 熔體流動速度3〕〔5，190〕， 與產(chǎn)品標稱值的偏差不應(yīng)超過±25%

注：1僅適用于黑色管材料2僅適用于藍色管材料3僅適用于混配料

5、產(chǎn)品規(guī)格

5.1本規(guī)范的管材按照冀望使用壽命50年設(shè)計。

5.2輸送20℃的水，C最小可采用Cmin=1.25.由式〔1〕得到的不同等級材料的設(shè)計應(yīng)力的最大允許值，見表3。

表3不同等級材料設(shè)計應(yīng)力的最大允許值

材料的等級 設(shè)計應(yīng)力的最大允許值σ,Mpa

PE63 5

PE80 6.3

PE100 8

5.3管材的公稱壓力〔PN〕與設(shè)計應(yīng)力σs、規(guī)范尺寸比〔SDR〕之間的關(guān)系為：PN=2σs/〔SDR－1〕………….〔2〕

式中：PN與σs的單位均為兆帕。

5.4使用PE63、PE100等級材料制造的管材，按照選定的公稱壓力，采用表3中的設(shè)計應(yīng)力而確定的公稱外徑和壁厚