塑料管材创新应用技术先行
□  北京塑料工业协会   张玉川
　  2010年我国塑料管材产量达到840万t，同比增长37%，成为名副其实的塑料管材大国。未来，我国塑料管
材业要进入从大国到强国新的发展时期，从过去量的增长进入质的提升，应用、技术等各方面的创新是必由之路。

一、开拓新的应用领域
    1．雨水利用工程　　
    世界各国近年都在大力开展雨水利用。雨水利用有很多方法，例如城市规划中留出足够的绿地和水面，道路
采用“透水砖”等。各国经验证明，一个可以不占用地面的好办法是把雨水集蓄在地下空间（建在地面下的蓄水
库或渗蓄池）内，然后抽出利用或让其逐渐渗透回灌地下水。地下空间可以用塑料构件（蓄水箱）组合，也可用
结构壁管组成。如美国ADS、德国DROSSBACH生产的大直径PE双壁波纹管（开孔）就大量应用于雨水利用工程。
目前国内在这方面刚刚起步，例如世博会的雨水利用工程采用德国“威文”公司5000个PP蓄水箱构建了一个
1500m3的地下蓄水库。我国双壁波纹管生产线数量很多，如果能够打开雨水利用市场就可以拓展更大的发展空间。
业内还有很多企业拥有大型注射机，也有制造塑料蓄水箱的能力。

    2．可再生能源工程　　
    可再生能源中取之不尽的地源热能量非常惊人，地源热能包括浅层、中层和深层，目前主要利用浅层地源热
（用热泵从土壤、地下水或地表水取热），少量利用中层地源热(通过钻井或温泉取得热水或蒸汽)地源热利用过
程中需要大量塑料管。
　　  利用浅层地源热的热泵系统中埋入地下或湖海中的热交换管道通常采用PE管，铺设在建筑地板墙壁中的
采暖管道和室外地表下的融雪管通常采用PEX、PE-RT、PB管或PP-R毛细管网。
    因为热泵系统通常制得的采暖热水温度较低（否则效率低），用于建筑采暖必须有较大散热面积，所以适合
采用地板采暖方式（不适合用散热器采暖）。随着地源热能利用的推广，地板采暖方式也必然越来越多。在地板
采暖方式中柔韧的塑料长管具有明显优势。从钻井或温泉取得的热水通常具有一定腐蚀性，日本的经验是采用增
强的PEX管输送。

    3．非开挖铺设领域　　
    非开挖铺设技术可用于新管道的铺设和旧管道的修复，我国在这两方面都有巨大的需求，发展也很快，但还
基本局限在聚烯烃实壁管的起步阶段，还有很大扩展空间。
  　非开挖铺设同样可以使用结构壁管，包括双壁或三壁波纹管、可盘卷的双壁波纹管、缠绕熔接管等。也同样
可以使用PVC管，如可熔接的PVC管等。国外有许多成熟的经验可以借鉴。

    4．水中铺设领域　　
    一个特别适合采用塑料管道的领域是水中铺设管道，包括排海管道、取海水管道、跨海跨江输水输气输油管
道等。根据国际经验，水下管道采用塑料管通常可以节约一半费用，并可大幅度加快工程建设。
    水中铺设塑料管的技术已经完全成熟，在国际上有许多成功应用的工程范例。如2004年法国蒙彼利埃市11km
的排海管道工程，其1600mm PE管材在挪威海边生产，每根550m长，在海面上分4批经过北海、大西洋，拖运
到地中海边的工地。可喜的是我国在该领域的工作也已经逐步展开：如2007年大连到长海18.2km海底输水工程
用“煌盛”450mm钢丝增强PE管；2008年江苏滨海8.3km排海工程用“枫叶”1000mm PE管（沉海段5.7km）；
2008年大陆到金门岛海底12.6km输水工程用“亚大”800mm PE管（沉海段4.5km）。

    5．大直径排水和输水塑料管道
    近年塑料管逐步进入大直径排水和输水管道领域，主要原因是各国面临碳减排压力，采用塑料管替代混凝土
管可大幅度减少碳排放。大直径排水塑料管随着钢增强结构壁管(MRP)的开发应用日广。国内已经有近200条MRP
生产线，直径已超过2m，目前正在探索进一步改进。大直径非增强的结构壁管因为成本较高在我国应用较有限，
但是在发达国家仍然有不少应用。
　  目前国际上大直径输水用PE实壁管直径达2m、PVC实壁管直径达1.2m (48")。国内外都在探索开发增强复
合缠绕熔接压力管，例如德国KRAH公司开发的KPPS（玻纤增强缠绕管）经过大量测试后已经有工程采用，并已
有ISO标准草案。

    6．石油天然气开采和矿山领域  
    油气开采和矿山领域是很大的高端管道市场。石油天然气开采用塑料管包括井用衬管、集油集气管和注水管，
以及中低压输送和排放管等。国内现在已起步少量生产超高分子量PE井用衬管、陆地和浅海用RTP管(钢或芳纶
纤维增强)，但是深海用挠性管国内还不能生产，全部依靠进口。
　  矿山用塑料管包括输水、输气、输浆、通风和排瓦斯管，国内已经可以生产矿用PE、PVC-M实壁管、钢丝增
强实壁管和钢增强结构壁管等。
    油气开采和矿山在我国国民经济中具有重要地位，为其配套开发管道产品是我国塑料管业的机遇也是责任。

    7．耐磨损耐腐蚀管道领域  
    耐磨损耐腐蚀是塑料管的特长，而耐磨损耐腐蚀管道是高技术、高附加值产品，工业、电站、矿山、疏浚等
领域应用空间巨大。
    耐磨损耐腐蚀管道包括PE、PEX、UHMWPE、PP、PVC、CPVC、PVDF、PA、PTFE等各种材料的实壁管或复合管。
近年国内在不断发展并逐步替代进口，但很多重大的工程项目中仍然需要进口的塑料管道或者采用传统的金属管
道。
　  我国江湖、港口的疏浚需要大量输送泥浆的管道。传统采用的钢管因为磨损和腐蚀寿命不长，我国多家塑料
管企业探索过在钢管内衬PE或UHWMPE管，可惜至今没有能够推开。根据国外经验，PEX的耐磨损性能很好，已
有成功应用于疏浚泥浆管的案例，但国内还没有研究开发。

    8．燃气管道领域  
    随着煤气、天然气越来越多地进入居民家庭及其他各类用户，聚乙烯燃气管在我国的需求快速攀升。根据有
关规划，到2020年，全国年用气量将达937亿m3。以西气东输工程为例，如果主干线钢管使用量为172万t，
天然气进入城市后铺设分送到用户的中压管道全部使用聚乙烯燃气管的话，则需要近200万t，市场容量巨大。
但目前在我国聚乙烯燃气管专用料90%还是依靠进口，主要来自欧洲和中东地区，也有少量的韩国料，国产料存
在着较大的市场空缺。我国能够进行聚乙烯燃气管专用料规模生产的只有上海石化一家，扬子石化、燕山石化、
齐鲁石化有少量生产，但规模都只在千吨级，5月16日扬子石化3万t/a聚乙烯燃气管专用料装置建成中交，为
该市场注入了新的活力。

二、通过改性提高材料性能
    通过改性，不仅可以明显改善产品的性能显著降低材料的消耗，同时还可以扩展应用领域。

    1．物理或化学方法改性  
    如在保持高强度下大幅度提高PVC的韧性制得PVC-M，预计在输水压力管领域PVC-M将逐步替代PVC-U管道
系统。

    2． 取向工艺技术改性　　
    实现分子取向可以大幅度提高材料的强度和韧性，许多国家已经有工业化生产，如德国EGEPLAST 生产的取
向聚烯烃管道HexelOneTM，其三层结构的中间层是用交错缠绕的单轴拉伸取向的增强HDPE带。国内已开始试产
取向PVC（PVC-O），主要应用在高压、较大直径和恶劣环境。

    3．交联改性  
    实现分子之间的交联可以显著提高材料的物理性能（耐热、耐磨、抗开裂）和化学性能（耐腐蚀）。

三、通过不同材料复合取长补短
    1．钢复合增强环刚度的大塑料埋地排水管　
    因为钢与塑料的弹性模量相差几百倍，较大直径和环刚度的埋地排水管采用钢型材复合的优势非常明显，我
国自主开发产品的应用已经在国际上处领导地位，生产线已出口到俄罗斯、意大利等。但是目前的产品还有不足，
需要深一步研究进一步完善。

    2．多种材料增强的压力管  
    由于塑料的强度有限，需要耐高压又要求保持柔韧性和耐腐蚀性的领域采用增强塑料管RTP几乎是唯一的选
择，在石油天然气开采、矿山、应急用输送管的领域有广泛的需求，这也是我国塑料管业可以大有作为的处女地。
与国外不同，我国在压力不高的输水、输气领域已经大量采用复合增强管，也迫切需要通过深入的试验研究来完
善和发展。

四、开发新工艺技术和装备
    1．采用缠绕熔接制造压力管
    压力管传统采用挤出法生产，近年国内外都有利用缠绕熔接方法制造压力管的探索。例如德国KRAH公司开
发的KPPS，三层都是用缠绕熔接方法制造的，中间层是玻纤增强聚乙烯(PE-GFR)。因为用挤出法制造很大直径塑
料管有困难，而且需要投资很高的生产线及模具，如果缠绕熔接法能够证实其可靠性，就有明显的竞争力。

    2．两步法制造PVC-O管
    PVC-O有两种制造工艺：一步法和两步法。传统的两步法因为耗能高、生产效率低通常被认为是落后的方法，
所以国内近年的探索都集中在一步法上。但近来两步加工法工艺有了重大技术突破，如西班牙Molecor公司2007
年开发的新工艺“完全干法系统”在保持了两步加工法工艺优点的同时，基本克服了原有的缺点。

    3．超高分子量PE的“近熔点挤出”  
    超高分子量PE性能优异，原材料国内也可以大量生产，但是长期来应用有限，原因在于没有合适的制造工
艺和装备。通常采用加入大量加工改性剂来达到能够连续挤出成型的效果，但是大量加工改性剂的加入会明显削
弱产品的性能。近年我国自主开发的“近熔点挤出”可以实现在很少添加剂下连续挤出，产品已经大量应用于石
油开采业。
  　　综上所述，我国塑料管业还有很多发展机遇，有很大的发展空间。希望企业不要束缚在现有的发展空间，
不要停留在低水平重复建设和生产上，出路在于创新，走创新发展之路塑料管业一定大有可为！