钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管工艺、性能简介

工艺、性能简介

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管（以下简称复合管材）是具有自主知识产权的一种专利新型复合管材。这种复合管材采用经过包覆处理的高强度钢丝对现有的纯PE管进行缠绕增强，使管材的公称压力很容易达到：5MPa以上（口径≤φ200）、2MPa（口径≤φ400），而且管材壁厚低于纯PE管。这种复合管材，可以使已得到人们认可的PE管材如虎添翼，必将为社会带来很好的经济效益。

在此简要介绍一下这种新型管材的技术和应用情况。

一、钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的结构和生产工艺

1、管材结构特点

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的结构特点是在内层管壁和外层管壁中间设置有两层或多层缠绕形成的钢丝网格状增强层。如图1。

图1

增强用钢丝为高强度镀层钢丝，缠绕前钢丝外层包覆有具有热熔粘接性能和阻水作用的包覆层。在芯管上缠绕后，经过加热、中间结合层挤出包覆、外层PE挤出包覆，保证高强度钢丝与内外层PE之间热熔粘接为一体。从而获得具有性能优异的复合管材。

包覆在高强度钢丝外的包覆层，是一种高性能粘接材料，属于HDPE改性材料，与HDPE在加热条件下能熔融为一体，同时，其极性键与钢有极强的粘接性能（200N/25mm，AS903）。这种高性能粘合剂是国际上著名大公司的新产品，已在国内西气东输工程中作为钢—HDPE界面物质广泛运用。

由于这种管材有效地解决了钢——PE界面问题，因此，这种管材克服了常见的直接挤出复合型以钢丝复合管材最大的缺陷——钢丝和塑料之间无连接因子，塑料只是机械地将钢丝包覆在其中，存放和使用过程中的温度应力和内压环应力使金属——塑料界面出现间隙，当管材端口封口不好或管材开口封口不好时，会引起层间窜水，致使管材低内压破坏。

正是由于钢——PE界面问题的解决，使得用钢来增强PE这种增强方式得到了进一步展和进步。采用新方法制造的钢——PE复合管材在工程上的应用才会变得更方便、更广泛应用。比如：原来要求极为严格的管材端头封口工艺变得方便可靠；在管材壁上开口分支由很困难变得较容易；管材壁上开口后的封口工艺也由困难、复杂变得简单、可靠。

与此同时，由于这种复合管每米管材中金属用量较常见的钢丝、钢板增强PE复合管少得多，而且外层PE较厚，电热熔接管件时，增强金属层吸热减少，故而使管材与电热熔管件的熔接性能大大提高，几乎与纯PE管材电热熔接性能相当。

2、生产工艺流程

二、钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管产品标准和性能参数

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管执行标准：CJ/T1—2007。

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管是呈缠绕在管材中分布的高强度钢丝为增强骨架，其内外以高密度聚乙烯为基体，经连续挤出复合成型的新型管材。它既保留了钢管的优良的承压性能，又保留了塑料管良好的卫生性能以及易于敷设、技术可靠、使用寿命长等特点。下面就钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管主要技术指标和经济性能作介绍：

1、钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的基本指标：

表1 给水、特种流体用管材公称外径、公称压力、公称壁厚及极限偏差

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管制造时采用最新的内外定型工艺，内壁比钢管光滑，当量绝对粗糙度为0.08mm，而钢管内表面当量绝对粗糙度为0.20mm，在同等条件下，流量比钢管高30%以上，抗结垢能力比钢管高20%以上。

3、耐磨性能高

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的基材为管材专用的高密度聚乙烯，耐磨性能为钢管的6—7倍，北京有色冶金设计研究院用四种不同管道作对比试验得出这一结论。

试验要求：

1．试验比较四种管材：玻璃纤维增强聚丙烯管、工程级聚丙烯管、高密度聚乙烯管、钢管；

2．相同管径、流速、试验物料浓度条件下进行；

3．磨损物料用石英砂或刚玉砂；

4．试验流速≥4.0m/s；

5．磨损物料浆体重量浓度Cw=20%

技术参数：

1．磨损物料用刚玉砂，密度为3.80g/cm2，颗粒组成见下表：

3．试验过程中浆体温度    t=29±2℃

4．浆体PH=8.05

试验结果分析：根据试验管磨损前后重量变化分析，钢管磨损量最大，其次是工程级聚丙烯管、玻璃纤维增强聚丙烯管、高密度聚乙烯管磨损最小。

结论：在相同的磨损试验条件下，刚玉砂浆对四种管材的磨损量各不相同。按平均年磨损度进行比较，钢管磨损量为高密度聚乙烯管的7.2334倍。

4、抗腐蚀能力强

由于钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管基材采用高密度聚乙烯，具有优异的抗腐蚀能力，对非强氧化性酸、碱和有机溶剂介质有很好的耐腐蚀性。双面具有同样的防腐能力，管道内外壁不需做防腐处理，使用方便，寿命较其它管道长。

5、保温性能优良

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管还具有优良的保温性能，钢管导热系数为46.06W/m2k，而用作基材的高密度聚乙烯导热系数为0.48 W/m2k，仅约为钢管导热系数的1%，如用于空调用管其保温材料可比同径钢管减少两个级别，大大节约施工费用。

6、其它综合性能

重量轻，运输安装简便：钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管与同规格塑料管重量相近，安装中不需要配备大量施工机具，电热熔焊接质量稳定可靠，施工快速方便。

抗快速开裂和慢速裂纹扩展性能好：由于钢丝骨架的增强作用，既大大增加了管道耐压性能，又从根本上解决了纯塑料管快速开裂和慢速裂纹扩展的隐患。

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管在钢丝层里加入了抗压防水的胶层，杜绝了复合管的脱层和复合层渗水问题，端面可免于封口，使安装更加简单，快捷。

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管保留了聚乙烯管的柔韧性能，更适于地形的沉降和复杂地形。

三、钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管道系统的接续方式

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的接续方式主要有以下两种：

1、电热熔连接

钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管采用了国际最先进的电热熔连接方式，电热熔连接头具有抗轴向拉力强。通过管件内嵌的铜丝发热，将管材的外层与管件内层的内类材料熔接在一起，使整个管路系统成为一个整体，对于不常用的管件及另类材质的辅助设备的连接，使用机械法兰式或钢塑转换连接，这样既降低了成本，又可解决以前旧管路系统及辅助设备的连接。

2、电热熔/机械混合连接

这种连接方式为：先在管材端头采用电热熔方式熔接电热熔法兰头，再利用专用法兰片与管路其他器材进行机械连接。

四、钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的应用

以塑代钢和发展管道运输业是当今世界材料和运输业的发展方向。管道运输具有显著的社会和经济效益，一直是工业发达国家运输业的首选。在美国、俄罗斯、加拿大等国，管道运输的周转量已超过公路，仅次于铁路、管道、公路、水运、航空五大运输业中占据第二位。

大口径管道是管道运输业中的主动脉，开发生产强度高、重量轻、耐磨、抗冲击、耐腐蚀的大口径塑料管材是塑料管道行业的主攻方向之一。

在本文前言中提到，极具发展潜力并已得到人们认可的PE管近年来产量逐年上升，正在发展成为低压塑料管的主导产品，但单一的PE管的承受压力有限，在现行给水PE管标准GB/T1663-2000限于1.6MPa，直径1000㎜以内；燃气用PE管标准GB /T1555-95限于0.4MPa，直径250㎜以内。大范围的工矿领域PE管基本尚未进入。当今钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的开发应用，使PE材料有了更多的用武之地。不但把PE管原有应用领域的许用压力提高，直径扩大，输送能力增强，而且可长驱直入广阔的工矿领域和一些特殊功能要求的领域。

下面简要概述一下在工矿、工程领域的应用：

很多行业都有各种固体颗粒、粉体、浆体以及各种液体、气体的输送，迫切需要性能优异的新型塑料管取代传统的钢管、铸铁管以及昂贵的不锈钢管、钢管内衬氟塑料管等。各种钢丝网材料的增强PE管正是填补了这方面的空白。以下分固体、浆体、流体三方面介绍：

1、流体和气体的输送利用增强PE管可以取代钢、铁、不锈合金钢等管材。

（1）油田、气田单井管线，注水、注聚管线，工艺废水管线。

（2）市政供排水工程。

（3）市政天燃气供气工程。

（4）船舶上的管路。

（5）海水利用管路。

（6）水井工程管路。主要是各种水井控钻工程用管、滤水管等由金属向塑料发展在国外是总的趋势，也是我国发展必由之路。

2、浆体输送：利用增强PE管耐磨、耐腐蚀、抗冲击、不结垢、抗内压高、轻便等优点，可以解决这些行业采用水力输送浆体状固液混合物中的管道磨损，腐蚀和结垢等问题。

（1）在矿业中的煤矿、化工矿、有色金属矿、金矿、铜矿等采矿及选矿的矿浆输送管道，如尾矿管、精矿管、浮选系统等用增强PE管比金属管耐磨。据调查，某铜矿的尾矿输送，钢管在使用中每隔一段时间就翻转一个角度，也只能用一年到一年半，若用增强PE管使用时间可增加一倍。

（2）水煤浆管道输送是解决我国北煤南运，西煤东调运力不足的重要手段。在1998年我国能源发展计划纲要中就明确指出“要发展管道输煤，输送煤浆”，早在1971年美国就建成长达460KM的黑迈莎输煤管道，从煤矿将水煤浆输送到莫哈发电厂。实践证明PE管比钢管耐磨损。

（3）城市下水及工厂废水处理排出的泥渣、护城河、湖泊水底的泥浆等的抽运都可用增强PE管取代。

3、固体颗料，粉体的输送：（主要采用取气力管道输送方式，在高速风送的过程中，磨损快）。

（1）各种粮食加工厂大多采用气力输送，传统的钢铁管在较高的风速下输送粮食不仅噪声大，更存在严重的磨损问题，使用增强PE管既减少了噪声又降低了成本。

（2）各种饲料厂的加工工艺流程中大量使用气力管道输送物料，使用增强PE管就很经济。

（3）各种油脂工业大量使气力输送物料，输料管尤其是弯头处磨损很快，如榨油厂送料车间，用6㎜钢板卷制的弯头，在运送风速为20m/S的条件下，使用10天左右就可能磨穿，使用增强PE管就可以延长寿命几倍。

（4）在食品工业中用气力输送的很多，为精盐、奶粉、各种淀粉、可可、调味品、豆渣、茶叶、瓜子等多用不锈钢管气力输送，如用增强PE管成本将大幅度降低。

（5）在各种酒类酿造工业的工艺过程中都应用气力输送。例如在啤酒厂，由于各车间一般距离较远，而且分叉道又多，用气力输送更适合于原料的中间输送。又例如酒精厂的原料大部份是采用片状瓜干，高速风力导致杂质（砂子等）随气流运动，使用钢铁管噪声大、磨损严重，若用增强PE管既可降低噪声又可大大延长使用寿命。

（6）各种农药，医药工业中的粒状，片状药品都有用气力输送的实例；例如医药品除了考虑卫生性要求外，还需要考虑药品的破损，用增强PE管就比用不锈钢管破损小，价格低。

（7）卷烟工业早在50年代就已广泛使用气力运输烟叶、烟梗、烟丝等，增强PE管在这方面的应用大有可为。

（8）纺织和化纤工业的工艺过程中用管道输送原料、半成品和成品等。

（9）在玻璃工业中输送砂子、石灰石、白云石、纯碱、硼砂、硼酸及长石等原料，对管子磨损很大，用增强PE管可以减少磨损，降低费用。

（10）在机械工业中铸造用砂等的输送用钢弯管一般只能使用6个月，用增强PE管则可以延长使用时间2倍。

（11）建筑材料工业中，通过管道输送沙石、水泥等，用增强PE管不但管内阻力比金属管小，而且使用寿命大大提高。

（12）散装运输工农业颗粒粉末产品时常用气力管道输送方法装卸车船，都可用增强PE管。

（13）化工厂，合成树脂厂用气力管道输送的地方也很多，有的是用不锈钢管，均可用增强PE管。

（14）电厂的粉煤灰、矿山冶炼厂的矿粉、制盐工业原盐等采用增强PE管都很经济。

（15）综上所述已初步说明：“钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管”是一种多用途的新型塑料管，在以塑代钢的历史潮流中，随着材料科学进步，钢丝增强材料的发展，结构工艺的不断改进和完善，深信钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管的应用领域将随聚乙烯管材的发展进一步扩大，共同形成未来塑料材料市场的主导产品之一。

广东东方管业有限公司

2008年10月16日