网站地图 | Tags | 热门标准 | 最新标准 | 订阅
您当前的位置:首页 > 技术文章2 > 标准内容页

聚丁烯(PB)管道的生产和应用

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 北京塑料工业协会 吴念< 点击:
一、 聚丁烯(PB)管道概况:

近年来,我国建筑内用冷热水塑料管道的用量猛增,到2007年总量已经达到40万吨。其中聚丙烯管道,包括PP-R、PP-B约22万吨;聚乙烯管道,包括PEX、PE-RT、HDPE、铝塑复合管及各种钢(铜)塑复合管约12万吨;聚氯乙烯管道,包括PVC-U、PVC-C、PVC-M约5万吨;其他管道比如聚丁烯(PB)、ABS约1万吨。建设部一项调查表明,我国除去两广等少数地区外,绝大多数属于冬冷夏热四季分明气候,有90%的人口冬季需要采暖,夏季需要空调,而近年发展起来具有节能、舒适等特点的地面辐射供暖正在快速普及,极大的推动了新型塑料管材的发展。展望未来,由于既定的节能国策,我国建筑内用冷热水管道将会保持持续高速发展的强劲势头。其中,近几年发展异常的聚丁烯(PB)管道尤其引人瞩目。其原料高昂的价位,被严格控制的原料供货渠道,“塑料黄金”的热炒,更增加了它的神秘色彩。本文即是介绍这种产品的生产和使用技术,以拨开笼罩在聚丁烯管道上神秘的面纱。

聚丁烯(PB)树脂是以丁烯为原料的聚合物。是一种线型分子结构的等规半结晶性聚烯烃热塑性塑料,结晶度一般为50-55%。ISO 8986-1:1993规定了聚丁烯(PB)树脂可以是丁烯均聚物,也可以是丁烯含量在50%以上的共聚物。

聚丁烯的商业产品是基于等规立构(98~99.5%)、高分子量(平均分子量为23万~75万)的聚合物。聚丁烯已知的有五种结晶型态变异:型态I;型态II;型态III;型态I’;型态II’。玻璃化转变温度范围从均聚物的约-20℃到高乙烯含量共聚物的-34℃。熔体的结晶反应首先产生四方晶型的亚稳态型态II;在环境温度和常压下,均聚物经过5~7天,从型态II不可逆地转变到孪生六方晶型的稳定状态I,对共聚物来说这一过程则需要1~3天。因此PB管材生产下线后,需要放置5-7天才能够出厂交付给用户;而在生产盘管时,应该平铺放置5-7天后再进行复卷成盘;否则盘管到了用户那里很难开卷拉直,将影响用户施工铺设。

对各种均聚物来说,型态I的熔点范围为107~130℃,对低乙烯含量的共聚物来说熔点范围为114~118℃,对高乙烯含量的共聚物来说熔点范围为90~95℃。转换到型态I后,均聚物的结晶度为48~55%,而共聚物根据乙烯含量不同结晶度为35~45%。

PB树脂一般耐酸、碱、溶剂、石蜡油和环烷油、洗涤剂和各种化学药品,但在高温下耐受性将降低。该树脂也具有良好的阻水性能和电绝缘性能。该材料显示挠曲性能的范围很宽,均聚物的拉伸模量为286MPa,高乙烯含量共聚物为52MPa。PB的耐蠕变、耐环境开应力及耐磨损都非常不错。所有品级均以粒料供应。

熔融指数(MI)为0.4g/10min(ASTM D-1238,条件E)的PB树脂可用于加工冷热水管。PB树脂还有许多其他品级,分别可以用于生产薄膜,或者用作对其他聚烯烃树脂的冲击性能改性剂和加工性能改性剂。

二、聚丁烯(PB)管道的特点

本文主要讨论使用MI=0.4的聚丁烯(PB)管道专用树脂,使用标准的单螺杆挤出聚烯烃管材生产线生产所需规格的聚丁烯(PB)冷热水管材,管件则可由标准生产。

聚丁烯(PB)管耐热蠕变性能和耐高温性能优异,可以在82.2℃长期使用,短时间使用温度可以高达95℃。PB管道质轻、柔韧、抗冲击性好,因此被应用于建筑内冷热水系统中。近年来国内生产的PB管道主要以荷兰巴塞尔(BASELL)公司生产出品的聚丁烯(PB)为原料(灰色4237,白色4235),巴塞尔(BASELL)公司采取了与其他欧洲厂商在中国开拓PP-R,HDPE管道专用料的敞开供应完全不同的原料供应方式,凡是希望生产聚丁烯(PB)管道的中国企业要向巴塞尔(BASELL)公司提出申请,经巴塞尔(BASELL)公司考察认为生产条件合格后才能够列入被供应原料的名单;此举使得在相当一段时间内国内生产聚丁烯(PB)管道的企业一直保持在七家,管道业界称之七家联盟即:乔治-费歇尔、伟星、爱康、安固,宇信,华源亚太,北方精达(后来又增加一个“川路”)等。巴塞尔(BASELL)公司严格控制原料供应使得市场上的聚丁烯(PB)管道产品只能来自这七家企业,有效的控制住让国内塑料管材界一直头疼不已的作假问题,也就保住了聚丁烯(PB)管道的信誉,维持住原料和产品的高昂价位和高额利润。并且由于国家标准 GB/T 19473.1-2004 的及时制定,使得聚丁烯(PB)管道生产和应用有标准可依,从而使得我国PB管道的发展一直比较健康。

但是市场规律不是任何人能够控制的,最近几年来,日本“三井”扩大聚丁烯(PB)树脂产能后,开始在中国市场推广聚丁烯(PB)管道专用料,潍坊派康、廊坊东洋等采用三井原料生产PB管材的公司也迅速崛起,因此巴塞尔(BASELL)公司对中国聚丁烯(PB)树脂的垄断已经被打破,今后国内聚丁烯(PB)管道生产和销售市场必定面临从新洗牌。

PB管道具有以下特点:

1、重量轻,柔软性好,施工方便: PB管道重量为镀锌钢管的1/5左右,易于搬运,柔韧,最小弯曲半径为6D(D:管外径),采用热熔连接,也可以采用机械式连接,施工方便;

2、耐久性能好,无毒无害:由于其分子量很高,分子结构稳定,在没有紫外线照射的情况下,使用寿命不低于50年,且无毒无害;

3、抗冻耐热性好:在-20℃的情况下,还能够保持有较好的低温抗冲击性能,解冻后,管材能恢复原样;在82℃的情况下,各方面的性能仍保持得较好;

4、管壁光滑,不结垢:同镀锌管比较,可增加水流量30%;
5、连接方式先进:连接方式为一体化热熔连接,因此在埋设时,可避免因温度变化和水锤现象引起管的移动及连接处的渗漏;PB管件是注塑生产的,国内开始时只能够生产全塑管件,近几年,由于技术不断进步,国内已经能够生产带金属嵌件的管件,实现了PB管件的系列化,大大推进了PB管道系统的应用。

6、易于维修:PB管埋设时,不与混凝土粘接。出现损坏时,可通过更换管道进行快速维修。不过塑料管道埋设最好还是采用套管(即管中管)方式,首先在PB管外套上PVC单壁波纹管,然后再进行埋设,这样日后的维修才能够有保障。

三、聚丁烯(PB)管道的性能和应用

1、BASELL 4235 PB树脂特性

2、三井 PB 树脂特性

3、聚丁烯(PB)管道的主要应用领域

1)生活用水的冷热水管,直饮水工程用管,保证水质无二次污染;
2)采暖用管材,可用于连接暖气片等高温辐射采暖系统,亦适用于地板、墙壁辐射采暖等低温采暖系统及空调用管道系统;
3)太阳能住宅温水管,用于太阳能住宅的温水和取暖配管;
4)融雪用管,适用于公路、停车场下面作为除冰雪用加热配管;
5)工业用管,因材料耐化学腐蚀性强,无毒无味,可用作化学工程、食品加工、工业用水等领域。

4、阻氧型聚丁烯(PB)管道

在暖通空调领域,PB管道具备其它塑料所无法比拟的优越特性。但聚丁烯管道的透氧率稍高,热水管路中如果含有较多的氧,容易对系统中的金属管件等装置产生腐蚀,对于联接金属暖气片的高温采暖系统就更为不利。另外,虽然管道内壁光滑,不结垢;但实践证明:在使用3~5年后,管材的内壁会附着一层很薄的生物粘泥,在这层粘泥完全覆盖管内壁后,管壁会很快缩径,水流阻力加大,水流量锐减;天长日久,还会堵塞管道。管道的清洗很困难,只能用机械法清洗,其他方法如化学法等很难见效。这是因为水中富含的氧导致了微生物繁殖,而管道的透氧率高意味着管道会呼吸,促使微生物大量繁殖。死去的微生物大量堆积就形成了生物粘泥。因此,必须采用阻氧技术,抑制微生物的繁殖,从而有效保证管道的使用安全。

目前市市场上有两种阻氧型PB管道,均采用很薄(只有10丝左右)的乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)树脂层做阻氧层。一种是三层结构阻氧PB管,即在PB管道外均匀涂覆一层热熔胶和EVOH树脂层,从外向内的结构是:阻氧层/热熔胶/PB树脂,20*2.0管材壁厚设计尺寸是:0.10/0.05/2.0㎜。由于EVOH树脂较易吸潮且吸潮后的EVOH树脂阻氧能力会大大降低,加之施工时对表面易有划伤,因此阻氧作用会降低;因此三层结构阻氧PB管不是完整意义上的阻氧管。另一种是五层共挤阻氧PB管,其中,内层PB较厚,起承压作用,外层PB较薄,起保护和熔接作用,结构是:PB树脂/热熔胶/阻氧层/热熔胶/PB树脂,20*2.0管材壁厚设计尺寸是0.60/0.05/.010/0.05/1.40;不难看出,这种管道较为理想,但加工难度大,设备成本高。根据测试结果,阻氧层的增加可以把PB单层管的透氧量减少99.6%。通俗一点讲,不加阻氧层,氧的透入量是100%(相当于每2天给整个系统换一次新水),如果要给它加了一层阻氧层之后,他的氧透入率减少了99.6%(相当于每125天给整个系统换一次新水),完全可以满足德国标准 DIN 4726 对采暖用塑料管道氧阻隔性的要求。阻氧型PB管道的生产比较复杂,三层结构的可以用一次共挤出工艺,也可以用二次共挤涂覆工艺。后一种方法控制比较容易,的设计和制造也比较简单,最主要的优点是废品率比较低。由于带阻氧层的PB管道废品无法回收再利用,而原料价位又很高,因此许多企业选择了二次共挤涂覆工艺。当然它也有缺点,相对一次共挤出工艺,二次共挤涂覆工艺管材的涂覆层要厚一些;由于EVOH的价位比PB还要高出几乎一倍,涂覆层越厚,管材的生产成本也越高。而生产五层结构带阻氧层的PB管道,目前只有一次共挤工艺在应用。

目前国内生产阻氧管的厂家不多,主要有乔治、伟星,安固、华源、博维信、派康等,其中一部分企业使用进口生产线,而像博维信、派康等企业则是采用国产设备生产。

5、聚丁烯(PB)管道的应用条件。

PB管道真正的优越性还是在于它的高强度,下表是各种冷热水塑料管道在不同使用条件下的设计应力。可以看到,在所有的情况下,PB管道的设计应力是最高的,也就是在同等外径条件下,使用PB管道,管材的壁厚最小,通径最大。

下表是潍坊派康PB管道的管道规格和技术参数

性能指标

下表表示了在不同的使用温度条件和不同的使用寿命要求下,各种系列PB管道所允许使用的工作压力。

PB管道设计温度、工作压力与使用寿命的对应关系

5,聚丁烯(PB)管道生产设备。

在国内开始生产PB管之初,主要依赖进口生产线,这种情况大大制约了我国PB管材行业的发展。但是近年来,我国已经成为世界上最大的生产国,国内一些塑机企业相继推出PB管材机组,并迅速占领市场,生产设备的国产化大大加快了我国PB管材行业的发展。目前国产PB管材机组除速度外,在连续生产稳定性,管材产品的质量上已经和进口线相差无几;而在价格上仅为进口线的1/8-1/10左右,并且在几年前就已经有国产设备通过巴塞尔(BASELL)公司考察取得购买原料资格的实例。因此目前国内新上PB管道的企业中绝大多数,都选择国产设备。

聚丁烯(PB)管道生产线与一般聚烯烃管道生产线主要区别在冷却定径部分,由于聚丁烯(PB)熔体粘度大,为了使管坯容易进入定径套,有的做法是在定径套前,增加一个预冷环。另外由于聚丁烯(PB)热焓大,为了加快冷却速度,可以采用套管式和碟片式组合冷却定型装置。

一项最新的成果值得注意。在以往的PB-1管材挤出生产线上一般配有熔体,熔体泵的使用有二个目的,其一是稳定熔体通过口模时的压力,有利于稳定挤出和控制产品的壁厚和外径;其二是对高分子量的PB树脂分子链进行解缠,以消除管材外表面的隐形波纹。因此在PB管材挤出生产线上配置熔体泵,已经成为公认习惯的做法;并且由于熔体泵国内已经能够供应,因此更是很少有人提出异议。但是现在,“山东潍坊凯德塑料机械有限公司”通过实践努力,在PB管材生产线上把熔体泵取消了,同样可以稳定的生产出质量合格的PB管材,也没有出现管材外表面的隐形波纹。取消熔体泵带来的好处是:其一,节省了熔体泵的固定投资,降低了设备成本。其二,简化了操作,不需要进行调整泵前后的压力差,减少了开机时的原料损耗。其三,由于物料不需要再经过熔体泵,挤出工艺温度可以降低15-20℃.有利于保持PB树脂的优良性能。

展望聚丁烯(PB)管道的发展前景,尽管它有种种优点,但是从根本上,其原料的来源,目前全世界只有“BASELL”和“三井”两家,这二家原料的性能和质量均可满足PB管的各项要求;这两家外商在中国市场上采取了不同的原料销售策略,有利于打破聚丁烯原料在中国市场上由“BASELL”垄断的局面,但是期望有比较大幅度的降价,显然是不可能的。而国产原料的开发,现在还没有听到任何信息。因此由于聚丁烯(PB)管道的价位比较高,不能不限制了它的应用范围和总量,预计在国内总用量达到已有的热水管道(铝塑复合管,PP-R管,PEX管等)品种的规模是比较困难的。当然现在聚丁烯(PB)管道生产设备实现国产化,是我国发展聚丁烯(PB)管道生产和应用的有利因素。消费市场高端需求将长期存在,而且这种需求将越来越大,这些都决定了PB管道在我国将会有比较大的发展空间。

参考资料:
1,张玉川 “中国塑料管业的发展概况和前景-2008调研报告”
2,董孝理“塑料压力管道的力学破坏和对策”
3,徐绍宏“聚丁烯树脂和聚丁烯管道“

相关资料

评论列表(网友评论仅供网友表达个人看法,并不表明本站同意其观点或证实其描述)
关于本站 | 联系我们 | 下载帮助 | 下载声明 | 信息反馈 | 友情链接 | 网站地图