钢塑复合管的发展历程_临沂市华创新型建材有限公司

钢塑复合管的发展历程

发布：2015-03-22 16:05 点击：

钢塑复合管简介

    钢塑复合管的发展
    1　技术背景
    传统的金属管道存在着许多不足之处：管壁粗糙、笨重、接头多、易渗漏、使用寿命短、对水质污染严重等。同时，非金属管道在机械强度、抗冲击、抗老化等方面性能较差，管材热膨胀系数大，易产生快速开裂，管线连接处易拉脱，使其使用领域受到限制，也不是一种理想的管道材料。
有关行业及专家一直在为研制开发出一种兼具金属和塑料管材优点、综合性能优良的管材而努力。金属与塑料的复合管是一种金属/高聚物的宏观复合体系，金属基体通过界面结合承受管材所受内外压力，塑料基体在防腐蚀方面发挥作用。它既有金属的坚硬、刚直不易变形、耐热、耐压、抗静电等特点，又具有塑料的耐腐蚀、不生锈、不易产生垢渍、管壁光滑、保温性好、清洁无毒、质轻、施工简易、使用寿命长等特点。
    2　发展过程
    钢塑复合管在国外前期采用钢管内衬或外套塑料管、钢管内外表面喷塑或塑料管加钢板筋结构。如日本积水株式会社早于1962年就开发出一种称为“LP”的复合管，其内层是PVC-U管，外层为钢管，钢管表面涂有环氧涂料保护层，内外层之间有聚氨酯泡沫层，以消除噪音，增加耐冲击力和隔热性等。美国也早已开发出以金属为加强筋的PVC管材。英国Bayer公司开发出一种金属/塑料（HDPE）套管，据称可承受100℃以上的高温。国外近几年开发出开孔钢管与热塑性塑料相复合结构的钢塑复合管，较好的解决了钢管衬套塑料管或表面喷涂层易脱落的问题，但也存在承压能力较低，管壁塑料层较厚的缺陷。美国专利中也介绍了几种金属编织或缠绕制造的复合管技术，但多数都未付诸实践，未见形成规格市场。铝塑复合管是20世纪80年代由德国UNICOR公司首先开发研制成功的，随后英国和荷兰也相继开发出五层共挤铝塑复合管。目前铝塑复合管技术较成熟，市场应用也很广泛。但铝塑复合管管径较小，通常在Φ63以下，另外强度也不够，使其使用范围受到很大限制。
    国内钢塑复合管的趋势
    在镀锌钢管不准用作给水管的决定出台之后，种种新的给水管材很快出现，其中金属与塑料组合、兼有两者长处而避开它们缺点的复合管是新管材开发的热点。近年，在市场上已出现多种复合管，除钢塑复合管压力管外，它们大致可分为以下几类：
    1）孔网钢带聚乙烯复合管（PESI管）：产品结构是由PE包容分布有圆孔的钢管。因工艺所致，钢管层系一个不完整的焊管，塑料层也承担着一定的承压作用，因而当使用温度升高或塑料层老化，其承压能力必然下降。该管材连接现采用电热熔式连接管件。
    2）不锈钢管衬里塑料管：由外层不锈钢（厚度0.50mm～0.60mm）、内层塑料和中间粘胶复合而成。内层塑料有PE和PVC-U两种。优点是外观豪华，除能作输水、输气管外，还可做室内外装饰和装饰结构。缺点是外层不锈钢层较薄，承压低、成本高。管件联接方式有两种：热熔固化胶接和螺纹卡套式连接。目前国内主要用于高档建筑室内装饰性、小口径输水管道。
    3）孔网钢丝骨架塑料复合管（PESI）管：孔网钢丝骨架塑料复合管是一种以缠绕并焊接成型的钢丝网作为加强骨架，以聚乙烯或聚丙烯等热塑性塑料为基体，包容为一体的钢塑复合管道。这种管道，钢丝网点焊质量不稳定，成本较高，塑料层也承担着承压作用。因而其使用安全性受温度和老化时间的影响。钢网编织与点焊部分设备数量多，生产速度低，另外施工过程中断管和连接分支管较困难。其管件为专用法兰连接方式和电热熔方式两种。
    4）内衬（涂）塑钢管（SP管）：以焊接钢管（低压流体输送用焊接钢管、镀锌钢管）为主体，内壁以种种方法衬上PVC、PE塑料层，如聚乙烯粉末树脂衬里钢管（粉末树脂衬里钢管）、聚乙烯管衬里钢管（PE衬里钢管）、聚氯乙烯管衬里钢管（PVC衬里钢管）等。
    这几种复合管都存在着自身结构形成的不可避免的缺陷，由于对钢塑复合界面的粘结问题不能很好地解决，才采取了钢丝点焊和钢带打孔的方式来避免出现钢塑的复合粘结界面，从而避免了复合界面的开胶问题，但也对钢塑复合管的承压能力和使用寿命造成了一定的牺牲。
    武汉金牛经济发展有限公司开发研制成功的钢塑复合压力管是采用钢带辊压成型为钢管并进行氩弧对接焊，采用内外均为塑料层，中间为增强焊接钢管的复合结构，克服了钢管存在的易锈蚀、有污染、笨重、使用寿命短和塑料管存在的强度低、膨胀量大易变形的缺陷，而又具有钢管和塑料管的共同优点，如隔氧性好、有较高的刚性和较高的强度，埋地管容易探测等，使钢管与塑料管各自的优异性能得到充分的发挥，而又消除了各自存在的不可避免的缺陷。钢塑复合压力管与其它类型钢塑复合管相比，主承压层完全由复合其中的焊接钢管承担，其塑料层仅单纯发挥防腐保护作用，因此该钢塑管的承压能力基本不受温度变化和塑料层老化的影响。可广泛应用于建筑给水工程、石油、化工、制药、食品、矿山、燃气等领域。
    到目前为止，该管材已经在全国范围内迅速推广，已有多家企业、院校开始生产或研制这种新型管材及其相应的生产设备。钢塑复合压力管以性能好、价格低、符合国家发展化学建材的产业政策等优点得到用户的赞誉。
    钢塑复合压力管的性能
    钢塑复合压力管即继承了金属管和塑料管的优点，又克服了它们各自的缺点，是集金属管和塑料管优点为一体的新型管材。具有以下特点：
    1）优良的物理力学性能
    作为供水、输气管道的钢塑复合压力管具有超过塑料管强度的较高强度、刚性、抗冲击性，具有类似钢管的低膨胀系数和抗蠕变性能，埋地管可以承受大大超过全塑管的外部压力。
    各种管材物理力学性能比较
    项目                     钢塑复合压力管     纯塑料管（PE、PP）    镀锌钢管
    抗拉强度（MPa）      275-320                34～38                335
    断裂伸长率（%）      24～45                   ＞600                    24
    环刚度                         较好                         差                       好
    耐腐蚀性能                    好                           好                       差
    抗蠕变性能                  好                           差                       好
    2）专利封口工艺形成的优异抗腐蚀性能
    采用专利封口工艺，解决了管材整体的防腐效果不受端面腐蚀的影响，杜绝了类似的复合粘结管材因切断端面防腐效果差，形成“撕布效应”而影响整个系统防腐和流体输送的重大缺陷。
    3）膨胀系数小

    钢塑复合压力管线性膨胀系数小，有利于作为主干输水管道使用，可以大大克服塑料管材线性膨胀系数大不能做输水主立管的缺陷。
    各种管材膨胀系数比较
管材类型   纯塑料管材（PE、PPR）钢管（镀锌钢管、SP管）钢塑复合压力管
线膨胀系数 14～16×10-5/℃        1.1～1.2×10-5/℃   1.2～10×10-5/℃
    4）阻力系        数小
    管壁光洁，流体阻力小，不结垢，在同等管径和压力条件下比金属管材水头损失低30%。
    5）承压性能稳定
    完整的钢管层为管体的主承压层，管材的承压能力不受塑料层性能变化的影响。聚乙烯塑料的机械强度受温度的影响较大，在其许用温度范围内，一般温度每提高10℃，其短期机械强度降低10%以上，高温情况下，蠕变速度会加快，脆性断裂会提前发生，在国际标准中对纯PE管的使用温度限制较低，最高不超过40℃。但钢塑复合压力管其承压强度按焊接钢管设计，未考虑塑料层在管材中起的承压性能，温度升高虽会造成整个管材实际承压能力有所降低，但不会使管材设计最大工作压力降低。
    6）优异的管件性能
自行研制的带衬芯压接内密封刚性管件，具有优异的承压能力，抗拔脱，易安装。也可采用市场通用的球铁沟槽管件、承插管件，卡压（卡套）管件，具有易安装、易维修等优点。
    7）具有自示踪性
    钢塑复合压力管具有完整的钢带层，内外塑料层不干扰电磁波的穿透性，管材埋地深度一般也不会超过5米，所以可以用磁性金属探测器进行寻踪，不必另外埋设跟踪或保护标记，可避免挖掘性破坏，为抢救和维护提供极大的便利。
    8）可挠性好
    管材可以弯曲，从而使装卸、运输、安装的适应性及运行可靠性较高。地下安装可有效承受由于沉降、滑移、车辆等造成的突发性冲击载荷。定尺单支钢塑复合压力管可以单向弯曲，节省了小角度转向弯头的用量（弯曲时应将管材焊缝置于弯曲弧的侧面）。
    钢塑复合压力管弯曲半径应≥5Dn。
    9）温度适应范围广
    可在-40℃～95℃范围内使用。
    10）导热系数低，保温性好
    导热系数接近塑料管的导热系数，有极好的隔热保温性能。在我国大部分地区冬季使用外壁不需保温，夏季使用亦不结露。在条件有限的情况下甚至可以不作保温处理，对于主配水干管及回水管、屋面及室外可能结冻的管仍需保温，而对于埋墙地板敷设的配水支管不需考虑。管材的保温一般采用PVC/NBR闭孔橡塑海绵保温管、高发泡聚乙烯（PE）闭孔型保温管、硬聚氨酯泡沫塑料管和现场喷聚氨基多元脂发泡剂等。
    11）重量轻，便于运输保管。
    钢塑管与镀锌钢管重量比较

    公称外径（Dn）mm   钢塑复合压力管Kg/m   公称口径mm 普通镀锌钢管Kg/m
               50                          1.12                     40                    3.84
              63                          1.52                     50                   4.88
                75                          1.99                     65                   6.64
               90                          2.75                     85                   8.34
    12）使用寿命长
    塑料聚合物是链状高分子化合物在催化剂的作用下聚合成网状高分子化合物，一个聚乙烯分子中有几十万个碳原子和氢原子，由于受热、光照等原因，引起大分子链断裂和化学结构发生在害变化，形成塑料老化现象。钢材中的分子是有序紧密排列，分子量很小，一个铁分子中只有一个铁原子，钢材本身不会发生老化现象。大部分塑料抗紫外线性能差，在阳光直接照射下加快老化。钢塑复合压力管的外层塑料老化，不会影响管材的承压能力，钢带不会发生老化现象，内层塑料管因不受光照，也不易产生老化现象。由于中间钢管是强度支撑，且钢管不与流体接触，不会形成微电池，故不易产生氧化腐蚀。所以，钢塑复合压力管的使用寿命既大于钢管，又大于塑料管，博采钢管和塑料管两者之长，使用寿命超过50年。
    13）绝缘性能好
    钢是导体，塑料是绝缘体，高密度聚乙类的绝缘强度达到380伏/毫米，聚丙烯的绝缘强度达380伏/毫米，钢塑复合压力管的塑料厚度为1.6-5.5毫米，绝缘电压达到608-2090伏，故钢塑复合压力管做电缆保护管，中间钢管有强度，内外层塑料绝缘性能好。