PE管材與傳統的金屬管和其它塑料管相比,具有密度低、強度與質量比高、脆給溫度化低、韌性好、耐腐蝕絕緣性能好、易著色、易于施工和安裝等特點、廣泛應用于市政和建筑給排水、燃氣、供熱采暖、電線電纜穿線、農用節水灌溉和工業排污、礦山礦物輸送等領域。與鋼管相比,成本可降12%左右,工作時間長,可達成50a(鋼管一般為20a),而且維護費用低。在發達地區,PE管是城際埋地燃氣管道中的占有量已達90%以上,在供水管所占市場份額達60%,并且國外在PE管材方面憶經建立起了成熟的標準的施工規范。在我國,鍍鋅管逐步被禁用后,PE管在建筑供水等領域很有競爭優勢,在燃氣、工業供排水、通訊、農業灌溉等領域PE管材也呈迅速增長的態勢,但有些領域的管材標準和規范還未跟上,在一定程度上影響了PE管材的應用和發展。
PE管材的分類方法很多,種類也很多。按用途分,可分為建筑和市政給排水管室外燃氣管、農用灌溉管、穿線管(電線、電纜及光纜)、排污管等。表1列出了幾種常見用途的PE管材。按管材品質和結構分,PE管材可分為普通PE管、鋁塑復合管、鋼塑復合管、鋼塑復合管、加筋(筋為金屬絲,網等)管單/雙壁波紋管、螺旋管、光纜用硅芯管等。按原材料密度分,可分為高密度管、低密度管以及中密度管(中密度管因用途與高密度管相同,常視為高密度管的一種)。
1 PE管的用途
種類 市政給水 市政排水 建筑給水 建筑排水 室水燃氣 熱水采暖 礦物輸送 穿線管 農用灌溉 排水管
HDPE(含雙峰) / —— / —— / / —— / / /
MDPE —— —— / —— / —— —— —— ——
UHMWPE —— / —— —— —— —— / —— —— /
LDPE/LLDPE —— —— —— —— —— —— —— ——
PE-X —— —— / —— —— / —— / / /
注:/-可以使用,—-不使用。
近幾年,單純用密度已無法準確反映PE作為管材的本質性能,目前上通行的分類方法是根據PE管的長期靜液壓強度對管材及其原料進行了嚴格的分類,分為PE32、PE40、PE63、PE80和PE100五個等級,PE80和PE100級的中高密度PE管材能夠用于輸送燃氣,而PE63以下的PE管主要用于熱水管和排污、灌溉管等。2000年韓國三星推出了更高標準的PE管材PE112,在強度和耐用性上被認為是目前好的。熱水管和采暖管一般采用交聯PE管(PE-X)或復合管,成本較高,國外已經開發成功了HDPE耐熱管,其使用溫度在120攝氏度左右。近幾年開發的超高相對分子質量PE(UHMWPE)管可用于許多特殊領域,預計將有較好的發展。目前我國各類PE管基本都有一定的市場份額,也都有一批企業在生產,但上規模、上檔次的廠家并不多.
目前國內專用管材料市場基本是進口料的天下,如燃氣管材料,國內管材加工企業多用于飛利浦的TR18、BP的PC2040、SOLVAY的TUB101和北歐化工的ME2418等,而國產管料還沒有通過權威部門的燃氣專用料質量認證。就產PE80的質量要求,可以滿足燃氣管材的質量要求。
2 目前國內使用主要管材料的性能指標
牌號 2480/2400 6100M TR480 PH150 TUB101 PC2040 TR418 ME2148
生產公司 齊魯石化 揚子等 金菲石化 韓國現代 SOLVAY BP PHILIPS 北歐化工
密度/kg 942/939 >951 944 938 949 940 950 939~949
熔體流動速率/g.(10min)-1 0.09/0.15 0.1~0.2 0.11 0.13 0.15 0.2 0.1 0.2
屈服強度/MPa >20/>30 >18 22 >19 22 >30 >30 19
斷裂伸長率/% >400/>800 >400 >500 >800 >500 >500 >600
維卡軟化點/攝氏度 110/120 127 119 - -
沖擊脆化溫度/攝氏度 <-90/<-180 <-90 <-90 <-90 <-118 <-118 <-70
ESCR(F50)/h >1000/>1500 >1000 >1000 >1500 >1000 >1000 >1000 >5000
聚合類型 丁烯/已烯 丁烯 丁烯/已烯 丁烯 雙峰 已烯 已烯 雙峰
相對分子質量分布 寬 〈70 寬 中
主要用途 夾克管、水管、燃氣管等 水管、工程管等 水管、燃氣管、工程管等 夾克管、水管等 燃氣管、水管等 燃氣管、水管等 燃氣管、水管等 燃氣管、水管等
目前國內應用情況 A/D A A A A A A A
注:A-大量應用,D-正在開發
眾所周知,已烯共聚、雙峰HDPE及MDPE管材料性能優良,耐環境應力開裂、加工和制品性能均好于丁烯共聚產品,目前已經成為PE管材專用料的主導方向,國內企業也應當盡快開發,并且日投放市場。此外,UHMWPE作為一種新型管材料,市場前景看好。由于其相對分子質量大(一般150萬以上,普通PE在2萬~30萬),熔融粘度高,難于加工,過去主要用于板材生產;近幾年隨著設備水平的提高,開始廣泛用于管材生產。也正是由于UHMWPE樹脂的特殊性能,使它具有普通PE和工程塑料無法比擬的特殊性,如耐磨、耐沖擊、自潤滑、耐腐蝕、耐低溫、吸收沖擊性等綜合性能,因此可廣泛用于工業及民用一些特殊領域,如用開面粉加工、礦業和化工等企業的固體顆粒、粉末、固液混合物、液體氣等介持質輸送。目前國內UHMWPE產量不足20kt(大都采用淤漿法生產)其中,北京助劑二廠的年產量大,達10kt多,上海合成樹脂科研所年產量2kt左右,其它企業的產量加起來不足3kt,齊魯石化通過幾的努力于去處開發成功了低壓氣相法生產UHMWPE工藝,并試產了一批產品,市場反應良好,產品供不應求,今后將根據市場需求情況增加產量。國內目前UHMWPE市場份額在40kt左右,其中用于管材生產的不足10kt。
“以塑代鋼”已成為我國管道工業21世紀發展的必然趨勢。目前,HDPE管材的發展應用如日中天,方興未艾。預計2005年,在新建、改建、擴建工程中,塑料管道采用的比例分別為:建筑排水管道70%,建筑給水和熱水供應管道60%,電線護套管80%,建筑雨水排水管道50%,城市供水管道(DN400mm以下)50%,村鎮供水管道60% ,城市排水管道20%,城市燃氣管道(中低壓管)50%。2000年塑料管道需求量為1000kt多,2005年將達到2000kt,2010年將達到3000~4000kt;其中PE管材的比例將從2000年的36%提高到2005年的45%和2010年的60%。而HDPE管材在PE管材中占的比例相當大,且性能價格比優于其它塑料管材。因此,預計隨著國內經濟的發展和各類工程質量要求的不斷提高,HDPE管材市場潛力應用將日益廣闊。
2.1 燃氣管
我國從1982年開始使用HDPE燃氣管,目前國內燃氣管的生產能力超過120kt/a,由于設計標準、應用習慣以及應用技術等方面的原因,HDPE燃氣管材的實際需求量僅為50kt/a,占整個燃氣管材市場的14%左右,存在著較大的差距。美國HDPE管道占燃氣輸送管的比例為90%,歐洲為60%~70%。隨著燃氣管的應用技術的完善和人們對HDPE燃氣管材優越性的認識,HDPE燃氣管市場潛力很大。今后我國能源結構向天然氣轉變,西氣東輸工程,建設跨越的天然氣輸送管網。2005年將有148個城市利用天然氣,天然氣利用量將達到每年200億立方米。估計需改造和新建的城市管網約19*104km(不包括天然氣輸干管和戶內管道),除去現有城市管道4.6*104km,需新鋪設的管道長度約14.4*104km。按其管道規格,分配情況大致為:管徑200mm-400mm的管道約4.3*104km,管徑80mm-200mm管道約8.7*104km,其它1.4*104km。其中如果有50%采用HDPE管,預計到2005年HDPE管材需求量達80kt以上。目前用于燃氣管的HDPE基本全部為進口料,主要有FINA公司的3802、BP公司的PC2040Y(黃色)、MD20YW(黃色)、MD20BK(黑色)、北歐化工的ME2421(黃色)、ME2418(黑色)、NESTE公司的2490等。隨著燃氣管向大口徑、高壓力的方向發展,對材料提出了更高的要求,如SOLVAY公司的EltexTUB120O 為中密度雙峰分布PE,還有美國FINA公司的PE3344N、PE3814N,這些產品具有抑制快速裂紋擴展的能力,特別適宜生產大口徑燃氣管。
2.2 室內外給水管
根據建設部關《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》的要求,各地建委開始積極推廣塑料給水管,以替代材質差、強度低、腐蝕嚴重、影響水質的灰鑄鐵管和鍍鋅管等,以提高供水水質及可靠性,減少給耗,減少漏耗和藥耗。這為塑料管材發展提供了良好的契機,也為擴大塑料管材的應用領域提供了發展空間。而HDPE管材耐腐蝕,無結垢層,不滋生、材質,衛生,水質優異;具有良好的強度、剛度和彈性、韌性,能有效承受要求的內壓力和外載荷,且管接頭強度高。供水可靠;超低摩阻,輸水能力不隨時間變化,節約能源,電耗;鋪設在腐蝕性的土壤中、地震多發地區和經常結冰的地區、山地和沼澤地區,肯有更大的競爭力和技術經濟效益。目前,城鎮的供水、海水淡化等工程,越來越多地采用HDPE管材。2001年我國HDPE給水管材處需求量為70kt左右,今后隨著我國城市自來水普及率的不斷提高,城市供熱、制冷工程的快速發展和城市建設的日益規范,對優質HDPE給水管材的需求量將會越來越大。預計到2005年,我國城市和農村室內外給水管鋪設將達到4*104km,其中40%應用塑料管材,再加上用襯管法舊管線的用量,這個領域的塑料管材市場需求量在30kt,其中PE管材140kt。
2.3 用于金屬管道包覆管(夾克管)
HDPE包覆管與傳統的材料相比,具有保溫好、使用時間長、防腐好、施工方便、節能降耗等優點,廣泛應用于集中供熱、采暖、制冷和防腐工程。據預測,今后這一領域的年消費增長速度為8%,2005年國內需求量達40kt~60kt。
2.4 農田節水灌溉管
我國水資源短缺,可利用水資源總量為2.8億立方米,人均占有量僅為1800立方米,僅為平均水平的1/4。每處用水總量在5000億立方米,其中農業用水占用80%左右,而農用水浪費現象嚴重。我國的西部地區大開發戰略的實施,“十五”期間將新增節水灌溉面積1.5億畝,其中噴灌7900萬畝、滴灌1000萬畝、管道輸水1400萬畝,完成這項工作需要各類管材、管件、噴頭等1000kt多,增加投資1000多億元其中一部分將采用PE材料,預計到2005年和2010年該領域的PE管市場份額將分別達80kt和200kt。
2.5 排水、排污管
排水、排污管是PE管應用較多的領域。排水、排污管是塑料管應用大的領域。我國原來多用聚氯乙烯管。近年來PE管的使用量迅速增加,國內埋地HDPE排水管和排污管的工作剛剛起步,但隨著對環境保護的重視,這一領域市場潛力很大。預計到2005年,該領域的HDPE管需求可達30kt~50kt。
2.6 電線電纜穿線管及光纜護套管
目前,通迅電纜(光纜)的護套管主要采用PE管而穿線管部分采用PE管。我國有不少企業生產護套用雙壁波紋管,年產量在50kt左右,其中約30%是HDPE雙壁波紋管,而光纜護套中被稱為“硅芯管”的HDPE的新產品,在通迅建設中已大量應用。目前國內只有上海金菲生產用于硅芯管HDPE樹脂,產量10kt多。隨著我國通迅工業的發展,對硅芯管需求量急劇增加,從1997年上海家生產硅芯管,現在已有5、6家10kt級生產企業,總能力約達100kt。一條新建高速公路一般要預埋20條硅芯管,估計我國每年僅為此配套的硅芯管市場在超過20kt,預計2005年通迅領域PE管的市場有40kt~50kt。