聚丙烯中空壁缠绕管

20 世纪 90 年代，国外已开始在市政工程中使用中空壁缠绕管，欧美、韩国及日本等国家较早广泛应用于地下排水管系统。国内此类产品研发起步较晚，2001 年 初才有相关产品的报道[1]，是在吸收了德国、芬兰及韩国技术的基础上研制成功的，2004 年制定了国家标准《GB/T19472.2－2004 埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统 第 2 部分：聚乙烯缠绕结构壁管材》，2017 年进行了改版发布《GB/T19472.2－2017》，其实际标准名称为缠绕结构壁管材 A 型管（行业属称中空壁缠绕管），因此， 早期生产的管材均以 HDPE 为主要原料，经过挤出方形或长方形中空管，再热熔缠绕粘接成中空壁缠绕管。发 展至今，其已不仅仅有 HDPE 材料，目前市场上亦有拓展了聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）材料，尤其是聚丙烯，2018 年发布了国家标准《GB/T35451.2－2018 埋地排水排污用聚丙烯(PP)结构壁管道系统 第 2 部分：聚丙烯缠绕结构壁管材》，该国家标准和 HDPE 类标准一样， 其中包含着 A 型和 B 型管材，A 型才属于中空壁缠绕管，但有意思的是，该国家标准的制定主要是考虑了 B型管材，A 型中空壁缠绕管只是顺带提出，但目前两者类型的聚丙烯管材均还没有得到很好的开发推广，大部分仅限于试验研究阶段，但从目前已成熟应用的聚丙烯双壁波纹管（也属于结构壁管，参考标准 GB/T35451.1－2017）经验来看，聚丙烯中空壁缠绕管的应用亦没有太大问题。 

1 原料选择

原料选择的原则是选用高弹性模量的材料从而提高管材的环刚度，PP 的弹性模量比 HDPE 的高，而且国内外通过聚合工艺开发出了高刚度 PP，同时 PP 的成型性接近 HDPE 的，远优于 PVC 的。PP 的密度很小，仅为0.90g/cm3 左右，因此对于同一口径的结构壁管材采用PP 在单位长度上具有较轻的重量。这意味着达到相同的环刚度，采用聚丙烯可以使管材的壁厚大幅度减小， 节省生产原料。目前，PP 根据分子结构不同 PP 可分为PP-H、PP-B、PP-R 三大类，而传统的 PP-B 通常用于非承压埋地排水排污管道，模量一般在 1100-1300MPa，高模量的 PP-HM 主要基于 PP-B 或 PP-H，优化其高分子结晶过程和成核过程，实现高刚度和高结晶度；并采用特殊的工艺或配方同时实现抗冲击强度的提高。目前，HDPE模量普遍在 1100MPa 左右，最高也只能达到 1300MPa。而国内外可选择的高模量 PP 专用料也比较多，北欧化工的 BA212E，弹性模量达 1700MPa，应用比较广；韩国晓星的 HB240P 弹性模量 1400～1500MPa，HB242P 弹性模量 1700-1800MPa；巴塞尔的 H2464 弹性模量为 1400～1500MPa，H2483 弹性模量为1800MPa 左右；中石化最新 开发的 B1600 弹性模量模量与北欧化工的 BA212E 相 当，1600～1700MPa；中石油开发H2483 弹性模量应该与略低于巴塞尔的 H2483，即 1700MPa 左右。GB/T35451.2－2018 标准明显要求管材氧化诱导时间为≥20min， 注意是管材，而不是原料，基于对材料抗氧能力考虑，以 及加工后抗氧化能力的减弱，对原料氧化诱导时间要求

应当≥30min，而目前多数 PP 厂家对此并没有明确的要求，至少出厂报告没有经过检测，中石化的 B1600 及中石油的 H2483 为后起之秀，于 2019 年开发成功，材料开发初期充分考虑了笔者提出的要求，作为必须考虑的性能之一，其材料氧化诱导可达 40min 以上，而 BA212E 在20min 以上，中石化的 B1600 或 H2483 显然更为合适,另外，最关键的是，国产材料价格也有较大优势，本开发中我们选用了 B1600 作为研究对象。 

试验用中石化聚丙烯 B1600 和吉林石化聚乙烯100S（给水管用 PE100 级材料）分别生产聚丙烯缠绕管和聚乙烯缠绕管，配方按新原 100 份、黑色母 3 份进行，笔 者 主 要 在 市 场 使 用 量 比 较 大 的 DN/ID300SN8 和DN/ID400SN8 规格上进行对比研究，在生产过程中，设备挤出工艺未有太大区别。但有一个比较有意思特点，对于聚丙烯材料，随着加工温度升高，挤出电流有明显下降，管材颜色越显黑亮，而聚乙烯材料电流下降不明显，这给我们一个启示，如考虑在配方上增加环刚度填充改性，聚丙烯改性配方通过温度调节的特点能对设备机筒螺杆起到很好的减缓磨损的作用，据了解，行业内目前聚乙烯双壁波纹管采用的聚乙烯加填充母料的生产磨损起螺杆磨损较快，一般半年到一年则需要更换一次。

管材维卡软化温度采用维卡软化温度测试仪进行，按 GB/T1633 规定进行测试。