天津軍星管業(yè)集團(tuán)有限公司     于東明   秦嵐

    塑料管材的發(fā)展，早期是與戰(zhàn)爭(zhēng)息息相關(guān)的。一次大戰(zhàn)德國(guó)戰(zhàn)敗后，面臨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)，又遇到了國(guó)際禁運(yùn)，鋼管奇缺，不得已的情況下，科學(xué)家們發(fā)明了PVC管，1938年至今，應(yīng)用已逾70余年。二次大戰(zhàn)日本戰(zhàn)敗后，步德國(guó)的后塵，1952年，由久保田（株）和積水化學(xué)（株）相繼投產(chǎn)了PVC管，應(yīng)用至今，50余年來(lái)，仍是日本第一大塑料管材品種。我國(guó)經(jīng)八年抗戰(zhàn)、三年解放戰(zhàn)爭(zhēng)和抗美援朝戰(zhàn)爭(zhēng)，滿目瘡痍，百?gòu)U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(dāng)年在萊比錫舉辦的國(guó)際博覽會(huì)。

    由戰(zhàn)爭(zhēng)催生的塑料管材，隨著石油化工技術(shù)的飛速進(jìn)步，塑料管材的制造和應(yīng)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(lái)勢(shì)迅猛，當(dāng)全世界塑料管材總產(chǎn)量達(dá)到100萬(wàn)噸的時(shí)候，歐洲鋼鐵界曾驚呼，鋼鐵管材丟失了500萬(wàn)噸的市場(chǎng)。而今中美兩大塑料管材制造國(guó)的塑料管材總產(chǎn)量已超過(guò)1000萬(wàn)噸，相當(dāng)于5000萬(wàn)噸以上鋼管的總長(zhǎng)度，無(wú)異于是“狼來(lái)了”。但是，說(shuō)歸說(shuō)，喊歸喊，這是事實(shí)，也是市場(chǎng)規(guī)律，說(shuō)和喊都是徒勞，塑 料管材的發(fā)展勢(shì)不可擋。

    70余年過(guò)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(rèn)知層出不窮。

1 PPS管

    PPS管，中文名稱為“聚苯硫醚管”，它的強(qiáng)度很高，耐熱十分優(yōu)秀，抗蠕變能力極 強(qiáng)，它可以長(zhǎng)期在200℃下工作，美國(guó)在重點(diǎn)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(dǎo)熱系數(shù)小，系統(tǒng)的保溫可大大簡(jiǎn)化，輸送熱損小，應(yīng)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(jì)其成本不會(huì)很高，在我國(guó)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(duì)擴(kuò)大PEX管應(yīng)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(lái)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(shè)管道技術(shù)的推廣，要求管材表面耐摩擦性能要好，此時(shí)PEX的優(yōu)勢(shì)超過(guò)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(guò)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(dá)30m/min，是我國(guó)目前PE-Xa管擠出速度的10倍（單機(jī)雙線），在線測(cè)定交聯(lián)度，并反饋和自動(dòng)調(diào)整配方；產(chǎn)水交聯(lián)聚乙烯（PE-Xb）作為我國(guó)863計(jì)劃項(xiàng)目，已取得可喜的進(jìn)展，它不需溫水或低壓蒸汽，在自然環(huán)境中，它可自動(dòng)交聯(lián)，工序少、工藝流程短、節(jié)能效果明顯。一般認(rèn)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(chǎng)上的PE-Xa管價(jià)格高于PE-Xc管和PE-Xb管，不僅僅是因?yàn)闅W洲的人工成本高的緣故，其中一個(gè)重要指標(biāo)便是管材內(nèi)過(guò)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(dāng)于中國(guó)和韓國(guó)的二分之一，并且在管材制造過(guò)程中，過(guò)氧化物分解完全。而我國(guó)和韓國(guó)的PE-Xa管配方中，不含助交聯(lián)劑，過(guò)氧化物添加量較大，分解如不完全，過(guò)氧化物殘留量就會(huì)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(guò)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(guò)程中，容易產(chǎn)生“凝膠塊”，長(zhǎng)期以來(lái)，人們稱其為“交聯(lián)塊”，一些 學(xué)術(shù)文章中稱其為“預(yù)交聯(lián)（產(chǎn)物）”，或者“過(guò)早交聯(lián)（產(chǎn)物）”；不言而喻，不論那一種 說(shuō)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(xué)和天津科技大學(xué)的配合下，對(duì)這一產(chǎn)物進(jìn)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(guò)程中的實(shí)際問題提供了科學(xué)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(yīng)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(shuō)僅次于PEX，縮寫為“PP-RCT”，已被納入DIN8077和DIN8078中，并被標(biāo)注為IV型聚丙烯（IVPP）；預(yù)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(huì)有所提升。作為資料，把PEX、PP-R、PE-RCT三種塑料管材的等應(yīng)變?nèi)渥兦�線圖列下供業(yè)內(nèi)同行參考。從圖上可以看出，PEX管的等應(yīng)變?nèi)渥兦�線上沒有拐點(diǎn)，且曲線斜率很小，這就是它抗蠕變能力強(qiáng)的最有力的證明；PE-RCT管的等應(yīng)變?nèi)渥兦�線與PEX管的等應(yīng)變?nèi)渥兦�線極為相近，力學(xué)性能甚至略高，而PP-R管的等應(yīng)變?nèi)渥兦�線則相差甚遠(yuǎn)，不僅斜率很大，并且在70℃的曲線上就開始出現(xiàn)了拐點(diǎn)。

4 PB-1管

    PB-1管，中文名稱為“聚丁烯-1管”，它的耐熱性，力學(xué)性能較好，但抗劃痕能力極差，產(chǎn)量上不去，成本自然就高，其應(yīng)用每況愈下。軍星對(duì)PB-1管做了大量深層次的研究，希望能拉它一把，并已取得了一些進(jìn)展。眾所周知，聚丁烯-1制品下機(jī)后需在室溫下靜置5-7天，待其結(jié)晶完成后，方可作為制品使用。在這5-7天中，不僅其晶粒尺寸長(zhǎng)大了，而且晶型也由II型變成了I型，制品幾何尺寸和制品性能也在這5-7天變定，如圖5-圖11分別是從第一天到第七天獲得的偏光顯微鏡照片。從圖上可以看出，7個(gè)試樣晶粒之間堆砌緊密，相互擁擠，有明顯的“黑十字消光”現(xiàn)象，說(shuō)明PB-1結(jié)晶形成的晶型是球晶。剛開始形成大量的晶粒，晶粒之間緊密碓切，相互擁擠，單位面積晶粒數(shù)目多，晶型相對(duì)不完善，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)晶型逐漸完善，晶粒明顯變大，到第六天時(shí)，球晶尺寸已達(dá)到約150um。

5 導(dǎo)熱塑料管

    塑料管的導(dǎo)熱系數(shù)小，在有的應(yīng)用場(chǎng)合是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如熱媒的輸送，可以減少熱能的損失，上述的PPS管做熱水或蒸汽的輸送管道，管材的導(dǎo)熱系數(shù)越小越好。但有的應(yīng)用場(chǎng)合管材的導(dǎo)熱系數(shù)小就變成了缺點(diǎn)，如地源熱泵所用的地埋管，它的主要功能是熱交換，此時(shí)就需要管材的導(dǎo)熱系數(shù)越大越好；導(dǎo)熱系數(shù)高的塑料如聚乙炔價(jià)格是目前市場(chǎng)難以接受，比較成熟的技術(shù)是對(duì)普通塑料進(jìn)行填充改性，在導(dǎo)熱系數(shù)小的合成樹脂中，添加導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，其導(dǎo)熱系數(shù)提高到與井壁土壤導(dǎo)熱系數(shù)相近即可；雖然難度很大，但對(duì)提高地源熱泵的工作效率將是十分顯著的，符合節(jié)能減排的國(guó)策。

6 地暖管的改進(jìn)

    經(jīng)過(guò)6-7年的努力，地暖管材市場(chǎng)的規(guī)范度得到相對(duì)提高，回想一下2000年前后，我國(guó)的地暖管材市場(chǎng)何其混亂，一些假冒偽劣的塑料管退出了舞臺(tái)。目前地暖管材市場(chǎng)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(shì)基本與國(guó)際看齊。地暖管改進(jìn)的余地不是很大，但仍然可以改進(jìn)，如地暖管的透光性、地暖管的阻氧性，在各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都是有所規(guī)定的，甚至地暖管的導(dǎo)熱性，雖然標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)此有何提法，但都有改進(jìn)的動(dòng)向。但需要解釋的是，此處所說(shuō)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。