塑料压力管道介绍 第一章 塑料压力管道的分类 第二章 压力管道的三个发展阶段 第三章 管材在一定静液压下的破坏 第四章 50年使用寿命的保证 第五章 复合管道介绍 第六章 PE压力管道介绍 传统的管材有很多难以克服的缺点：重量 沉、 抗腐蚀性差、管道不光滑、滋生细菌，卫生差 、 连接质量低，易泄漏、运输不便，施工复杂； 效率低下，寿命短。近年来，随着化学建材的 推广和迅速发展，特别是大口径塑料管道制造 技术的日益成熟，PE塑料管特别是大口径塑料 管在市政管道工程、燃气管道工程中占据了相 当重要地位。 第一章 塑料压力管道的分类 1按材料分类：聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯 乙烯(CPVC) 聚乙烯(PE)、交联聚乙烯(PE-X)， 聚丙烯(PP)、无規共聚聚丙烯(PP-R)， 聚丁烯(PB)， 丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS) 金属复合管 纤维增强复合管 2. 按结构分类：实壁管 复合管：铝塑管、鋼塑管 3按用途分类: 给水管、农用灌溉管、 燃气管、化工管道、矿用管道 第二章 压力管道的三个发展阶段 PE压力管道的三个发展阶段： 20世纪60-70年代末，主要考虑耐蠕 变开裂长期寿命。HDPE3263. 20世纪80年代，以增强管材韧性和 耐慢速裂纹增长为主要特点。 MDPE80。 20世纪80年代末至今，以增强耐快 速开裂性好特点。双峰PE100。 由此，人们认识到塑料及其管道在长时间 使用条件下所能允许承受的载荷远低于由 短期试验结果所能预期的载荷。这种低载 荷下长时间内发生的开裂模式叫蠕变开裂 ，是塑料本身固有的性质。即当荷载固定 时，随着时间的延长，变形逐渐增大，这 种现象称为蠕变。对于塑料管道来说，经 长期经受静态水压力的作用，随着时间的 延长，径向变形逐渐增大，最终由管壁的 某一薄弱部位发生隆起的泡状变形，最后 由于变形过大失去输水功能，或者发生泡 状变形被撕裂而破坏。这种破坏现象称为 蠕变开裂破坏。 由于管壁总是存在裂纹，这是塑料压力管 必须考虑的一个基本事实。在长期经受内 水压力的塑料管道，由于维持长期的应变 应力逐渐减小，久之则发生疲劳现象，最 终在管的某一薄弱部位发生突然开裂。这 种开裂是一种脆性破坏，是由高分子材料 应力松弛引起的。脆性破坏的直观特点是 管壁被一条缓慢增长的裂纹贯穿致使管壁 泄漏，称之为慢速裂纹增长。 快速裂纹开裂：由于材料性能、生产工艺 、安装、使用等原因引发裂纹之后，裂纹 以 100-350m/s 的速度沿管轴向迅速增 长。 管材抵抗快速裂纹增长的阻力 GD = KD2/E KD 动态断裂韧性 E 动态弹性模量 在临界压力Pc以下，裂纹扩展推动力小于阻力，管道启裂后 可以自行止裂；Pc以上则发生快速开裂裂纹增长。 Pc = KD (8/)1/21/D1/21/SDR PVC PE 80 PE 100 KD MNm-2/3 1.7 2.62.8 3.34.1 蠕变开裂所涉及的长期强度、设计应力、压力等级等均 与管径无关。小管径时，决定管材许用应力的是长期强度； 大管径时，则是Pc。大口径管以PE的发展前景更好。 第一阶阶段 第二阶阶段 第三阶阶段 等级级 PE32- PE63 PE80 PE100 MRS MPa 6.38.0 8.0 10 设计应设计应 力s MPa 5.06.3 6.3 8.0 脆性破坏时间时间 80/4.0Mpa h 3003000 10000 10000 缺口试验试验 80/4.6Mpa h 102001000 3000 快速裂纹扩纹扩 展S4/0 临临界压压力Pc bar 3 10 第三章 管材在一定静液压下的破坏 管材在一定静液压下的破坏过程三个 阶段： 1.韧性破坏 往往发生在较高的应力水平和持续较 短的时间。韧性破坏发生在材料的无定型 区，分孒链从缠绕状态发生取向而导致链 段之间滑脱，引起破坏。 2.脆性破坏 慢性裂纹增长，管材上出现一道长而 细的裂纹。脆性破坏发生在材料的结晶区 ，片晶间的带分子链解缠和松弛，造成破 坏。银纹的形成有利于抵消裂纹的增长。 3.化学氧化破坏 其特点是破坏时间非常迅速。在强度 预测曲线上为一段很陡的线段。 第四章 50年使用寿命的保证 在20世纪60年代和70年代，塑料压力管的使用寿命 大体上是按1020年来考虑的，其依据是要求塑料压 力管与钢管的腐蚀寿命相当。这是在压力管领域实 现“以塑代钢”的基本要求。20世纪80年代和90年 代，对塑料压力管的长期寿命要求为50年。其依据 是与建筑物和其他市政建设设施的使用寿命匹配。 这已经远远超越了塑料压力管处于从属地位的“以 塑代钢”概念，显示出比普通金属管道的优越性。 基于50年使用寿命，对塑料管材设计提出了一个重 要的要求，这就是要依据作为压力管的塑料材料的 在20、50年、破坏率2.5%三个条件下的环应力的 上限来设计应力。而这20、50年、破碎率2.5%三 个条件下的环应力向下按优先数系列园整，得到的 就是最小要求强度MRS（minimum required strength）。 50年是对于塑料管道(特别强调的是纯塑料管道) 使用寿命的一种预期。它是建立在数理统计的基 础上，并非实际情况就是如此，再有这一外推理 论的建立是针对同种材质管材。 塑料压力管道的设计公式 原材料：材料定级交给石化企业，管道生 产厂家不得再添加任何物质（由上游保证 ）。 生产：产品加工能保证质量，分子充分融 合，分子量不发生较大降低，能通过常规 性能检验。 注意：通过检验的不一定是合格产品！ 复合管道发展极为活跃由于压力管道专用树脂在我国的 研发与国际水平相比处于较为落后的状况，因此，我国 塑料管道发展的重点一直放在提高管材的机械力学强度 上，特别是放在运行强度压力上，由此金属塑 料复合管道在我国特别受到青睐。 在我国，塑料领域内近来年出现了形式繁多的复合管道 ，如铝塑复合管、钢塑复合管，钢板网塑复合管，钢骨 架钢塑复合管，不锈钢塑复合管等等，复合结构有五层 也有三层，但是他们的共同特征就是将金属焊接成金属 管充当管道体系的强力骨架，来提高管道的运行条件， 即提高使用温度和使用压力。在人们看来，金属的加入 应使塑料管道使用能力得到了极大的提高。诚然，高模 量材料的加入可以部分提高管材的强度，从相关产品标 准上个别试验项目上可以了解到这一特征，一般看，在 同等温度条件下，金属塑料复合管道的承受的静内 压至少是有关塑料管道的两倍以上。 模量和热膨胀系数上具有较大差异的材料通过热熔 胶粘或利用熔融后塑料的流动特性在留有空的金属 板周围形成管壁，从而形成两种或两种以上的材料 的复合体，但是这种在机械力学上性质相差巨大的 材料在承受长期静内压下的应力分布以及破坏机理 都变的加复杂，应力在管环上沿壁厚订向的分布特 征和单一材质的完全不同。 由于生产条件的不同，不是所有的金属骨架(泛指所 有形式金属塑料复合管的金属层)在形成后，都 可以通过一些金属探伤设备进行焊接质量的探测。 在复合管道成型后，这些隐患由于有塑料层的隐蔽 作用，使它基本上无法通过肉眼或者短期的实验进 行判断，这使隐患由于高强金属骨架的存在，有时 甚至可以通过工程验收中的短期试压，但在实际使 用过程中问题就会逐步暴露出来。 塑料金属管道的性能往往因为其具有远大于塑 料管道的强度而被夸大。由于复合管道的实验压力 远大于同用途的塑料管道，因此就推论铝塑复合管 在同种使用条件下，拥有和塑料管道一样的使用寿 命甚至更长，这种论断在一定时期内还是有其市场 ，一些生产厂家和经销商在宣传的时候经常把50年 挂在嘴上。 50年是对于塑料管道(特别强调的是纯塑料管道)使用寿 命的一种预期。它是建立在数理统计的基础上，并非实 际情况就是如此，再有这一外推理论的建立是针对同种 材质管材，而并非针对复合管道这种结构中含有若干种 性质不同材料的管材。 由于复合管道自身的特点，很多种管材的连接方式采用 机械连接的方式，在应用环节上影响使用效果的因素增 多，导致管道失效的几率相对于同材质管道系统来讲要 大，在铝塑复合管目前应用中出现的种种问题应证了这 一点。在正常的使用环境下，铝塑复合管管材单独失效 的情况不是很多，但是在管道系统中，由于管材管件的 连接失效，渗漏情况较为多见，这样管材与管件的匹配 性就是决定管道应用成功与否的关键之一。 目前，国内甚至是在国外对于复合管道的应用时间还不 长，在长期使用寿命的预期上，还没有一个大家公认， 能较全面进行估算的理论。 PE给水管图片： PE燃气管图片： 黑色管带蓝色色 带或为全蓝色管 黑色管带黄色色 带或为全黄色管 第六章 PE管道介绍 HDPE管主要产品特点: 连接可靠，不泄漏; 抗应力开裂性好; 耐化学腐蚀性好; 管道内壁光滑，水流阻力小; 抗低温冲击性能好; PE卫生性能好、柔性好，施工方便尤其是非开 挖安装、抗地震。 HDPE管主要应用领域： 目前，欧洲在饮用水方面新增加的管道90%都 采 用聚乙烯管，这意味着传统的镀锌管和铸铁管， 甚至聚氯乙烯管已基本被聚乙烯管代替，在我国 特别是供水管道方面，聚乙烯管道的推广应用更 取得长足发展。 此外，“十五”期间的西气东输工程，南水 北 调工程也为HDPE给水、燃气管提供了良好的市场 发展空间。 HDPE給水管 /燃气管产品介绍： PE給水管道采用进口PE100原材料 ，按照 GB/T 13663-2000制造。PE燃气管道采用 进口PE80专用原材料，按照GB 15558.1- 1995制造。 PE給水管材颜色为蓝色或黑色加蓝条 ， 燃气管材颜色为黄色或黑色加黄条，其它 颜色须定做。 外观:管材德内外表面应清洁、光滑不允 许有气泡、明显的划伤、凹陷、杂质、颜 色不均等缺陷。 HDPE给水管主要性能指标： 物理性能 项 目要求 1断裂伸长率，350 2纵向回缩率（110），min3 3氧化诱导时间（200），min20 耐候性 （管材累计接受 3.5GJ/m2老化能量后 ） 80静液压强 度（165h） 不破裂，不渗漏 断裂伸长率， 350 氧化诱导时间 （200）， min 10 管材静液压强度 项 目 环应力 PE63 PE100 要求 1 20静液压强度（ 100h） 8.012.4 不破裂，不 渗漏 2 80静液压强度（ 165和） 3.55.5 不破裂，不 渗漏 3 80静液压强度（ 1000h） 3.25.0 不破裂，不 渗漏 项 目性能要求 1 长静液压强度（20，50年，95） Mpa 8.0 2 短期静液压强度 Mpa 209.0韧性破坏时间（h） 100 80 4.6脆性破坏时间（h） 165 4.0破坏时间（h） 1000 3热稳定性（200）/min 20 4 耐应力开裂 （80，4.0Mpa）/h 1000（型式检验） 170（出厂检验） 5压缩复原（80，4.0Mpa）/h 170 6纵向回缩率 3 7断裂伸长率， 350 8 耐候性（管材累计接受3.5kJ/m2 老化能量后 仍能保证本表2、3、7项性能要求， 并保持良好的焊接性能 HDPE管生产设备： PE管主要设备有:单螺杆挤出机、复合 挤出机头、定径套、真空定径箱、雨淋冷 却箱、管材牵引机、行星切割机、堆放架 等。 一.管材施工规范 HDPE給水/燃气管