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HDPE双壁波纹管应用发展
    1 塑料管道的发展概述我国国民经济持续稳定的高速增长,为城镇基础设施建设提供了良好的宏观环境和广阔空间。
    一方面,随着我国对于环境保护的日益重视(混凝土下水管和钢筋混凝土下水管很容易泄漏、造成污染的问题引起了注意),特别是在2000年11月国务院发出《关于加快城市供水、排水、节水和水污染防治工作通知》(国发 [2001]36号)之后,从中央到地方各级政府出台了一系列节水、治污、保护环境的政策法规。供水、节水、排水及污水治理将成为今后城市市政建设的重点,为大口径塑料管的推广应用提供了市场发展空间。
    2001年11月建设部在北京召开 “21世纪国际城市治理及资源化发展战略研讨会”,对今后十年我国节水及污水资源化总体工作作了战略布置。未来10年国家用于污水治理的总投资将超过3000亿元,“三峡工程环境治理”,“南水北调治污规划”, “三河三湖流域治污工程”,“环渤海碧海蓝天工程”及“北京-青岛迎奥运环境治理工程”等都已列入国务院已批准或即将实施的计划中,国家宏观经济发展规划也将把市政排水、排污工程提到议事日程。由于塑料排水管 道在应用于市政排水排污工程中所表现出的技术经济指标上的优势,建设部管道结构委员会已于2001年下半年开始制订大口径塑料排水管道的行业标准和设计,施工技术规范以及工程验收规程。
    近年来已经有一批企业如:伟星建材、宝石克拉、大连东高、安徽国风等从国外引进了不同品种的塑料埋地排水管生产线和技术,并且产品已经成功投放市场。与此同时,国内各种塑料埋地排水管生产线和技术的开发也日趋成熟。根据北京塑料工业协会2005年的统计,国内各种塑料埋地排水管生产企业已经达到100家,拥有各种生产线200多条,年生产能力达到30 万吨。随着塑料埋地排水管道专用料、管材制造设备和生产技术的发展,塑料埋地排水管取代传统的水泥排水管将成为必然的趋势。为进一步推动塑料管道产业的发展,国家出台了《国家化学建材产业 “十五”计划和2010年发展规划纲要》和相关政策性文件。在《纲要》中明确提出:到2010年,建筑排水管道 80%采用塑料管,建筑雨水排水管道 70%采用塑料管,城市排水管道30% 采用塑料管,建筑给水、热水供应和供暖管道80%采用塑料管,城市供 水管道(DN400mm以下)70%采用塑料管,村镇供水管道70%采用塑料管,城市燃气管道(中低压管)60%采用塑料管,建筑电线穿线护套管 90%采用塑料管。
    此外,在建设部第 27号和第218号公告以及相关指导性文件都将塑料管道作为一种新型建筑材料进行重点推广应用,为塑料管道在建设行业的推广应用起到了促进作用。排水、排污管是塑料管道应用较多的领域。在欧洲,排水、排污管是塑料管应用最大的领域,要占整个塑料管道产量的50%左右。我国塑料排水、排污管原来多用聚氯乙烯管,近年来随着PE管道技术的迅速发展, 国内埋地HDPE排水和排污管也迅速发展起来,另外随着国家对环境保护的日益重视,以及国内经济的发展和各类工程质量要求的不断提高, HDPE管材市场的巨大潜力正逐步被开发。2000年以来国内引进的 HDPE管材生产线超过了数百条,其中大口径HDPE管材主要用于排水管和排污管。
     2 HDPE塑钢缠绕管在国内的发展在排水管和排污管市场,最初使 用的塑料管道是实壁管道,但是近年来塑料结构壁管的发展很快,由于结构壁管可以节省原料,降低成本,因此结构壁管已经成为大口径排水排污管道的主流产品。
    在我国用于排水和排污管道的结构壁管中,首先发展的是U-PVC双壁波纹管和环状肋管。90年代中期上海氯碱总厂引进了加拿大CORMA 的U-PVC环状肋管生产线,安徽国风引进了德国尤尼克U-PVC双壁波纹管生产线,以后大连三垒首先开发成功国产的U-PVC双壁波纹管生产线,后来又有不少塑料机械设备厂也开发成功国产生产线。从这两种 U-PVC结构壁管以后的发展状况来看,双壁波纹管逐渐占了上风。主要的原因是生产双壁波纹管比生产环状肋管要容易一些,还有一个重要的原因就是在同样直径条件下,达到同样的环刚度,双壁波纹管比环状肋管节省原料。
    U-PVC结构壁管由于原料加工性能的限制,我国最初只能生产直径 500以下的管材,后来上海公元引进的生产线可以生产直径600的管材。理论上U-PVC双壁波纹管还可以生产更大直径的,国内报道,杭州波达试生产了800的U-PVC双壁波纹管。应该讲U-PVC双壁波纹管可以向大直径做,关键是原材料的改性, 使之有较好的流动性,又不能增加太多的成本。HDPE的加工性能比较好,因此用HDPE可以生产出直径比较大的双壁波纹管,国产生产线可以生产到直径800~1200,进口生产线中已经有多条线可以生产到直径 1200,在国外HDPE双壁波纹管已经可以生产到直径1600。 U-PVC双壁波纹管有刚度好、价格低等优点,但是也有低温抗冲击性能差的缺点,特别在我国北方,冬季施工时非常容易破损。近年来由于市场竞争激烈,U-PVC双壁波纹管的配方性能越来越差,以致在堆放和运输中也时常发生破损,影响了 U-PVC结构壁管市场的进一步开发。而HDPE塑钢缠绕管在低温韧性上有明显的优势。
    HDPE塑钢缠绕管有缠绕管和HDPE双壁波纹管。在我国首先发展的是克拉缠绕管。德国KRAH公司开发的这种缠绕管称为“KPS管”, 在世界范围已经有27条生产线在生产,我国已经进口了6条生产线,分别在石家庄、兖州、南安各2条。 KRAH管由于是在热状态下缠绕熔接成型,并且有聚丙烯小管加强,因此性能不错,连接采用电熔焊接也是比较可靠的。但是由于这种管材进口生产线价格昂贵,并且与双壁波纹管相比用料较多,因此管道价格偏高, 市场一直被限制在直径1200以上国内双壁波纹管尚不能生产的范围。
    “KRAH管”生产线在国内石家庄宝石克拉和天津东方克拉已经仿制成功,但还没有销售的报道。有报道大连施德普机械设备公司也开发了类似的生产线,同样也还没有销售的报道。因此克拉缠绕管的生产量在国内始终不大。
    另一种缠绕管就是HDPE塑钢缠绕管,这种管材在我国的发展始于韩国的技术。2000年我国的杭州韩益,山东迅达,沈阳宇邦等企业引进了10条韩国中空壁缠绕管生产线。由于投资较小,生产过程简单,又可以生产直径2000或者更大的缠绕管, 因此很快在我国形成了大口径中空壁缠绕管热。有20多个设备生产企业开发了HDPE中空壁缠绕管生产线, 并形成了相当的销售数量。但是这一股热潮没有持续很久,很快就被 HDPE双壁波纹管取代,主要的原因是国内HDPE双壁波纹管生产线开发成功,并且迅速形成批量的生产能力,设备的价格也能够为国内企业接受。另一方面在产品经济技术指标上,双壁波纹管占有明显的优势。因此HDPE双壁波纹管逐渐成为国内塑料埋地排水管的主流产品,从而迅速发展起来。中空壁缠绕管则和科拉管一样,主要市场在1200以上。
    以HDPE双壁波纹管和中空壁缠绕管相比,在相同的直径和相同的环刚度条件下,双壁波纹管要比中空壁缠绕管节省原料30%~40%以上(见表1),因此在产品的价格上双壁波纹管占有明显优势。尽管国内一些企业对韩国的中空壁缠绕管进行了改进,比如把方型管改成矩型管而节省了原料,还有用回收料和新料复合生产方型管等等,但是生产成本仍然与双壁波纹管有很大的差距。
    另一方面,韩国的中空壁缠绕管是在缠绕型材冷状态下缠绕,并用热融塑料黏焊成整体的,这一点与克拉管在热状态下熔焊是完全不同的,因此中空壁缠绕管存在有较大的内应力,粘焊的质量很难保证,又不能进行在线检测。这些都造成中空壁缠绕管使用中的隐患,而双壁波纹管整体性非常好,不存在这么多的黏结焊缝,有较好的可靠性。因此双壁波纹管的发展逐渐超过中空壁缠绕管是必然的。并且由于中空壁缠绕管在焊接质量上不如克拉管,因此在1200mm 以上的市场,也竞争不过克拉管。 3HDPE双壁波纹管的连接技术双壁波纹管的连接技术非常重要,通常是用密封圈承插连接。
    由于 U-PVC的刚度要明显好于HDPE, 并且U-PVC树脂的性能允许承口下线加工,承口可以保持双壁状态,因此U-PVC双壁波纹管的承口刚性比较好,连接比较可靠(图1)。我国大口径HDPE双壁波纹管进口生产线中,早期以加拿大CORMA公司的设备为主,最早是山西塑料总厂引进的,生产最大直径为500,国内的生产线也都是以此为样机开发的。之后安徽国风和北京哈威都引进了可以生产直径达1200的CORMA生产线,并且带有双层壁承口技术。双层壁承口技术的出现是由于HDPE 材料弹性模量比较低,只有 600-700MPa,因此必须对承口壁的厚度有一定的要求,以使承口有足够的刚度来保证连接的可靠。按照欧洲标准和我国已经公布的国家标准要求,当HDPE双壁波纹管直径大于500时,承口壁厚要大于 11.4mm。
    HDPE双壁波纹管的承口加工与U-PVC双壁波纹管承口加工不同,是在线加工的,就是在设定的位置把外壁波纹成型模块更换成承口成型模块,成型完成产品下线以后,把内壁去掉。因此这种方法成型的承口壁厚实际是双壁波纹管的外层壁厚,在一般情况下外层壁厚只有5mm左右,与标准要求相差很远。即使在承口成型时大幅度放慢模块运行速度,也不能达到标准要求的厚度。
    因此就有了双层壁承口技术,即把内外层一起作成承口,就可以达到标准要求的厚度。但是我国早期进口的设备和国产设备都只能做单层承口(图2)。于是就有了另一种做法:在生产线上不做承口,另外专门生产承口连接套(图 3)。连接套可以用不同的方法生产, 注塑、吹塑、滚塑甚至热挤冷压都可以。不在线加工承口可以保持生产线的高速运转和运行稳定,而且连接套可以方便工程中的管道铺设。双层壁承口技术比较复杂,在生产中废品率比较高,设备运转速度始终在周期变化,因此有些管材生产厂不愿接受。为加强承口刚性还有一种做法是在单壁承口产品下线以后,在承口外壁进行加强,比如缠绕长纤维玻璃钢,以增加承口的刚度。德国DROSSBACH就主张用这种方法。伟星新型建材有限公司在引进DROSSBACH大口径波纹管后,自行研发的新型专利技术《一种扩口增强的波纹管》(图4):该技术主要通过在单壁扩口的波纹管扩口端外层用超声焊接上一层塑料板材, 以增加扩口端厚度来达到增强的效果,有效提高扩口处的材料刚性和抗蠕变能力,解决了目前国内 HDPE双壁波纹管生产企业扩口端厚度达不到国家标准规定的最小厚度的难题,为国内首创。密封圈可靠性也是一个长期困扰波纹管生产厂家和使用单位的难题,目前普遍采用的橡胶圈柔性连接,即单根或多根密封圈,密封效果多不太理想。伟星新型建材有限公司自行研发了一种新型专利技术《一种聚乙烯双壁波纹管密封圈》:该设计为多重密封、增宽结构橡胶圈:锲型结构可防连接后的拔脱;采用双重密封结构增强密封效果,使管道在发生角度偏差、挤压变形时,密封槽互相牵制,可防止密封圈翻转,保证密封效果,这种结构安装也比较方便。
    4 HDPE双壁波纹管发展前景塑料管道的技术进步和生产规模化、系列化有利于降低生产成本、营销成本;有利于建立和完善企业质量保证体系,提高产品质量;有利于提高生产效率;有利于增加市场竞争力。最近几年国内建设的塑料管道企业如伟星建材、安徽国通、上海公元等,大部分都是年产万吨以上、品种规格较为齐全的大中型企业,并且也取得了明显的经济效益、社会效益,因此,今后几年塑料管道的生产仍然是向规模化、系列化方向发展。
    HDPE双壁波纹管在我国已经起步,有很好的前景, 随着我国城镇化步伐加快,以及国家大型重点工程的实施,市政管道用量将会巨增。塑料管道与传统金属管道、混凝土管道相比,具有诸多优势,得到了管道工程界的认同, 国家和地方政府也在积极推广塑料管道,市政与公用事业的用户也在积极选用塑料管道,因此,在今后几年,城镇供水、城镇排水、城镇燃气塑料管道,以及城市地下电力、通讯塑料护套管道将成为今后几年发展重点。
    根据建设行业发展规划测算,“十一五”期间,平均每年塑料管道工程用量将超过200万吨, 其中市政公用工程与建筑工程用量将达到150万吨以上,双壁波纹管有可能成为管材行业中产量最大的品种。严格按照标准把产品做好, 使得我国塑料埋地排水管得以健康的发展,这是管道生产企业和使用单位的最大利益所在。

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