大口徑塑料管道材料制劑的應用

大口徑塑料管道材料制劑的應用

塑料代替鋼的發(fā)展是世界材料和物流業(yè)的發(fā)展趨勢。管道運輸具有顯著的社會和經(jīng)濟效益,一直是工業(yè)發(fā)達國家運輸產(chǎn)業(yè)的首選運輸手段。在美國、俄羅斯、加拿大等國家,管道運輸貨物周轉(zhuǎn)量已超過公路,僅次于鐵路,在鐵路、管道、公路、水運、航空五大運輸業(yè)中占據(jù)第二位。大口徑管道是管道運輸業(yè)中的主動脈。開發(fā)生產(chǎn)高強、輕質(zhì)、耐磨、耐沖擊、耐腐蝕的大口徑塑料管材是未來塑料行業(yè)主要發(fā)展方向之一,并已被科技部、國家計委列入1999年7月頒布的《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)重點領域指南》中。大口徑管是指直徑1m以上的管材,過去一直使用鋼管和水泥管,現(xiàn)在已開始使用塑料管。從材料性能來看,塑料管材以其質(zhì)輕、性能優(yōu)良等優(yōu)點一定會被廣泛采用。從加工成型技術(shù)來看,要生產(chǎn)超過1000mm的大口徑管材,螺桿擠出機容量已遠遠不夠,必須另辟途徑,選擇其它加工方法,才能克服這一困難。另外,工業(yè)管道是工業(yè)生產(chǎn)的血管,大口徑管道是主動脈,工業(yè)生產(chǎn)本身一定要追求更新更好的材料,即使價格略貴一些也會被人們所接受。這就意味著生產(chǎn)大口徑管材會產(chǎn)生豐厚的利潤回報,這也是刺激生產(chǎn)發(fā)展的原因之一。近年來,隨著改革開放的進程,我國的綜合國力不斷提高,對大口徑高性能塑料管的需求日益增強。目前國內(nèi)已經(jīng)開始生產(chǎn)各種大口徑高性能塑料管材,但大多數(shù)人還不了解。故筆者將重點介紹大口徑、高性能塑料管材的制備與應用。1大口徑、高性能厚材料的制造工藝和性能特點1.1塑性材質(zhì)的選擇鋼塑復合管作為一種過渡性管材首先問世。所謂鋼塑復合管是指以鋼管為基材,內(nèi)襯化學性質(zhì)穩(wěn)定的塑料管的管道。這種復合管一方面可發(fā)揮塑料管耐腐蝕、耐磨損、耐沖擊、低摩阻等優(yōu)點,另一方面以鋼管外殼作為骨架,充分利用了鋼材優(yōu)良的力學性能。目前,國內(nèi)使用較多的襯管是熱塑性管材,如聚乙烯管、聚丙烯管、超高分子量聚乙烯(UHM-WPE)管等。廠家多分布在北京、上海等地。鋼塑復合管也有兒種不同的類型。上海華東理工大學已開發(fā)、研制出鋼/FRP復合管。由于FRP具有很好的耐腐蝕性能,且與鋼管線脹系數(shù)相差不大,粘接性能好,因此制成的鋼/FRP復合管可以克服熱塑性塑料線脹系數(shù)大的致命弱點。具體工藝是,首先將玻璃纖維布于鋼管內(nèi)鋪平,然后注入樹脂,離心旋轉(zhuǎn)固化,從而獲得整體法蘭翻邊的鋼/FRP復合管。產(chǎn)品經(jīng)某化工廠丙烯腈車間使用,基本上克服了一般鋼塑復合管內(nèi)襯易脫落、剝離、起皺等缺陷,并且具有良好的耐腐蝕性能,因而具有一定的應用前景。合肥景泰科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的鋼/MC(澆鑄)尼龍復合管是將離心制作的指定口徑的MC尼龍管整體推入薄壁鋼管中,中間層為粘結(jié)膨脹層,加工更簡便,性能更優(yōu)越。其耐磨損性、耐沖擊性是鋼管的7～10倍,且耐腐蝕。1.2雙壁螺旋管結(jié)構(gòu)由沈陽市金源雙重壁塑料管廠研制、生產(chǎn)的大口徑雙重壁螺旋聚乙烯管是國家“八五”重點科技攻關項目并通過國家級鑒定和驗收。該管以雙重壁螺旋結(jié)構(gòu)形成內(nèi)光外螺旋結(jié)構(gòu),使管材具有強度高,剛性好,質(zhì)輕(是同等口徑水泥管重的1/33,鋼管的1/22),安裝、運輸方便,耐高低溫,耐腐蝕,使用壽命長,價格低,經(jīng)濟效益好等特點。雙重壁螺旋管以高密度聚乙烯為主要原料,先經(jīng)螺桿擠出機擠出管坯,然后經(jīng)纏繞、焊接熱加工成型而成。由于螺桿擠出機只擠出管坯,而其雙重螺旋內(nèi)外壁是在機外進行加工的,因而可實現(xiàn)大口徑管材的成型。雙重壁螺旋聚乙烯管的生產(chǎn)工藝流程見圖1。1.3加工前后加工工藝參數(shù)的測試MC尼龍具有高強、輕質(zhì)、耐磨損、耐沖擊、耐腐蝕、耐高低溫、耐老化等性能。以MC尼龍為基體制備的各種改性MC尼龍,性能更優(yōu)越,適于生產(chǎn)大口徑管材。目前,國內(nèi)尼龍制品(含管材)大多數(shù)是先聚合成尼龍,然后再由成型設備成型。由于材料聚合與成型分步進行,造成能源浪費,加工難度大。由合肥景泰科技開發(fā)有限公司研制生產(chǎn)的大口徑改性MC尼龍管材在生產(chǎn)工藝上有著自身的專利技術(shù),其主要特點為:(1)聚合、成型、改性同步進行;(2)采用離心成型工藝,無需使用螺桿擠出機;(3)管材成型后通過后處理消除內(nèi)應力,進一步提高材料結(jié)晶度,提高制品性能;(4)增強材料以高強度長玻纖、芳綸纖維為主,大大提高了產(chǎn)品性能,例如其拉伸強度達500MPa,與高強度鋼相近;(5)改性MC尼龍是在多個反應釜中連續(xù)制備,配合大型離心設備,不僅大幅度提高了生產(chǎn)效率,而且還可以穩(wěn)定生產(chǎn),提高產(chǎn)品質(zhì)量;(6)大口徑改性MC尼龍管材是高性能塑料管材,它比通用型塑料管材如HDPE管性能更好。其特點是:①強度高,800～1000mm管材的壁厚為10～12mm,工作壓力為0.6-3MPa;②質(zhì)輕,為同等口徑鋼管的1/7;③耐磨,同等工況下耐磨能力為鋼管的3～4倍;④耐高低溫,工作溫度為-40～120℃,低溫不脆;⑤耐蝕,耐強堿、弱酸和大多數(shù)鹽介質(zhì)腐蝕;⑥低摩阻,同等工況下管道壓力損失僅為鋼管的2/3;⑦沖擊韌性好,試樣經(jīng)沖擊試驗未斷裂;⑧耐老化,戶外使用壽命50年以上;⑨易聯(lián)接,安裝方便,可與現(xiàn)行鋼管、塑料管的各種聯(lián)接方式相配合。大口徑改性MC尼龍管材生產(chǎn)線由兩臺反應釜和三臺臥式離心機及后處理等成套設備組成,生產(chǎn)過程為:先在熔料釜中將己內(nèi)酰胺單體熔融,真空脫水后進入反應釜,加入催化劑、助催化劑、反應終止劑等,進行聚合反應,生成尼龍6,加入改性材料進入離心成型設備,將熔化的尼龍6固化成型,再經(jīng)油浴后處理設備消除內(nèi)應力,經(jīng)整修、檢測即為成品管材。圖2示出改性MC尼龍管材生產(chǎn)工藝流程。表1列出口徑0800～1000mm的改性MC尼龍管材規(guī)格。表2列出改性MC尼龍的性能。2大口徑塑料管道的連接方法和安裝2.1用中的連接問題大口徑、高性能塑料管材與其它大口徑管材一樣,也必須解決應用中的連接問題。由于我國沒有這方面的標準,為了和國際接軌,我們推薦采用德國標準(DIN8076)規(guī)定的連接方法。對于大口徑、且受力較大的管材,必須采用法蘭連接,見圖3。2.2安裝鋪設(1)確定塑料管鋪設在管口的寬度和壁面挖溝尺寸與土層、土質(zhì)有關。從土層或地面挖溝時,挖溝寬度要考慮在不影響塑料管鋪設施工的前提下取最小寬度,壁面要取直?？趶?500～1000mm塑料管的標準挖溝寬度見表3。塑料管安裝鋪設示意圖見圖4。(2)地層下土的安裝將溝底面的土均勻整平,要除掉對管材易造成損害的石子等物。如果是疏松土層,要鋪上約20cm厚的石子打底,再鋪上好土或沙子約20cm作基礎,見圖4b。若為良好地層時,只要使管道底部1/4(90°)表面與底面接觸固定后埋土即可,見圖4c。管底兩側(cè)底面用沙或原地土支承。3鋼/mc尼龍復合管鋼塑復合管是輸送腐蝕性承壓流體、松散物料和固漿物料等的理想管道,已得到廣泛的應用。比如,鋼/UHMWPE復合管已用作面粉廠的輸送面粉管道。巢湖某水利疏竣公司原使用鋼管(管壁8mm)輸送泥漿,6m長的管重400kg,價2300元?，F(xiàn)改為鋼/MC尼龍復合管,鋼管、MC尼龍管的壁厚各為4mm,6m長管重僅為208kg,生產(chǎn)成本2000元,售價2500元。雖然單價有所提高,但復合管的使用壽命是鋼管的2～4倍,由此可見鋼/MC尼龍復合管的價格性能優(yōu)勢顯著。大口徑雙重壁螺旋塑料管是90年代我國自行研制開發(fā)成功的,經(jīng)過幾年的完善,現(xiàn)已推廣到山東、河北、河南等11個省區(qū),已建成14條管材生產(chǎn)線,生產(chǎn)的不同規(guī)格的管材已廣泛應用在工農(nóng)業(yè)輸排水、農(nóng)田灌溉、井下輸送、水產(chǎn)養(yǎng)殖、城市排污、通訊、電業(yè)等方面,取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。如用作輸水管道時,可解決滲漏問題,將水的利用率從50%提高到90%以上。這對于水資源缺乏的我國意義重大。建設年產(chǎn)500t的雙重壁螺旋塑料管生產(chǎn)線,設備投資100萬元,生產(chǎn)成本1萬元/t,售價1.45萬元/t,可實現(xiàn)年產(chǎn)值725萬元,利潤190萬元,稅金36萬元,一年就可收回投資,經(jīng)濟效益顯著。建設年產(chǎn)1500t的大口徑改性MC尼龍管材生產(chǎn)線,總投資約1380萬元,其中土建260萬元,設備投資620萬元,模具400萬元,技術(shù)轉(zhuǎn)讓費100萬元,其生產(chǎn)成本2.1萬元/t,銷售價格4～5萬元/t,產(chǎn)品利潤1.3萬元/t。投產(chǎn)后年產(chǎn)值6000萬元,年純利潤1300萬元。4雙重壁螺旋聚乙烯管(1)鋼塑復合管是一種過渡性管材,目前在推廣大口徑、高