聚丙烯中空壁纏繞管

20 世紀(jì) 90 年代，國外已開始在市政工程中使用中空壁纏繞管，歐美、韓國及日本等國家較早廣泛應(yīng)用于地下排水管系統(tǒng)。國內(nèi)此類產(chǎn)品研發(fā)起步較晚，2001 年 初才有相關(guān)產(chǎn)品的報(bào)道[1]，是在吸收了德國、芬蘭及韓國技術(shù)的基礎(chǔ)上研制成功的，2004 年制定了國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T19472.2－2004 埋地用聚乙烯（PE）結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng) 第 2 部分：聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管材》，2017 年進(jìn)行了改版發(fā)布《GB/T19472.2－2017》，其實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)名稱為纏繞結(jié)構(gòu)壁管材 A 型管（行業(yè)屬稱中空壁纏繞管），因此， 早期生產(chǎn)的管材均以 HDPE 為主要原料，經(jīng)過擠出方形或長方形中空管，再熱熔纏繞粘接成中空壁纏繞管。發(fā) 展至今，其已不僅僅有 HDPE 材料，目前市場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 年發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T35451.2－2018 埋地排水排污用聚丙烯(PP)結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng) 第 2 部分：聚丙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管材》，該國家標(biāo)準(zhǔn)和 HDPE 類標(biāo)準(zhǔn)一樣， 其中包含著 A 型和 B 型管材，A 型才屬于中空壁纏繞管，但有意思的是，該國家標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是考慮了 B型管材，A 型中空壁纏繞管只是順帶提出，但目前兩者類型的聚丙烯管材均還沒有得到很好的開發(fā)推廣，大部分僅限于試驗(yàn)研究階段，但從目前已成熟應(yīng)用的聚丙烯雙壁波紋管（也屬于結(jié)構(gòu)壁管，參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T35451.1－2017）經(jīng)驗(yàn)來看，聚丙烯中空壁纏繞管的應(yīng)用亦沒有太大問題。 

1 原料選擇

原料選擇的原則是選用高彈性模量的材料從而提高管材的環(huán)剛度，PP 的彈性模量比 HDPE 的高，而且國內(nèi)外通過聚合工藝開發(fā)出了高剛度 PP，同時(shí) PP 的成型性接近 HDPE 的，遠(yuǎn)優(yōu)于 PVC 的。PP 的密度很小，僅為0.90g/cm3 左右，因此對(duì)于同一口徑的結(jié)構(gòu)壁管材采用PP 在單位長度上具有較輕的重量。這意味著達(dá)到相同的環(huán)剛度，采用聚丙烯可以使管材的壁厚大幅度減小， 節(jié)省生產(chǎn)原料。目前，PP 根據(jù)分子結(jié)構(gòu)不同 PP 可分為PP-H、PP-B、PP-R 三大類，而傳統(tǒng)的 PP-B 通常用于非承壓埋地排水排污管道，模量一般在 1100-1300MPa，高模量的 PP-HM 主要基于 PP-B 或 PP-H，優(yōu)化其高分子結(jié)晶過程和成核過程，實(shí)現(xiàn)高剛度和高結(jié)晶度；并采用特殊的工藝或配方同時(shí)實(shí)現(xiàn)抗沖擊強(qiáng)度的提高。目前，HDPE模量普遍在 1100MPa 左右，最高也只能達(dá)到 1300MPa。而國內(nèi)外可選擇的高模量 PP 專用料也比較多，北歐化工的 BA212E，彈性模量達(dá) 1700MPa，應(yīng)用比較廣；韓國曉星的 HB240P 彈性模量 1400～1500MPa，HB242P 彈性模量 1700-1800MPa；巴塞爾的 H2464 彈性模量為 1400～1500MPa，H2483 彈性模量為1800MPa 左右；中石化最新 開發(fā)的 B1600 彈性模量模量與北歐化工的 BA212E 相 當(dāng)，1600～1700MPa；中石油開發(fā)H2483 彈性模量應(yīng)該與略低于巴塞爾的 H2483，即 1700MPa 左右。GB/T35451.2－2018 標(biāo)準(zhǔn)明顯要求管材氧化誘導(dǎo)時(shí)間為≥20min， 注意是管材，而不是原料，基于對(duì)材料抗氧能力考慮，以 及加工后抗氧化能力的減弱，對(duì)原料氧化誘導(dǎo)時(shí)間要求

應(yīng)當(dāng)≥30min，而目前多數(shù) PP 廠家對(duì)此并沒有明確的要求，至少出廠報(bào)告沒有經(jīng)過檢測，中石化的 B1600 及中石油的 H2483 為后起之秀，于 2019 年開發(fā)成功，材料開發(fā)初期充分考慮了筆者提出的要求，作為必須考慮的性能之一，其材料氧化誘導(dǎo)可達(dá) 40min 以上，而 BA212E 在20min 以上，中石化的 B1600 或 H2483 顯然更為合適,另外，最關(guān)鍵的是，國產(chǎn)材料價(jià)格也有較大優(yōu)勢，本開發(fā)中我們選用了 B1600 作為研究對(duì)象。 

試驗(yàn)用中石化聚丙烯 B1600 和吉林石化聚乙烯100S（給水管用 PE100 級(jí)材料）分別生產(chǎn)聚丙烯纏繞管和聚乙烯纏繞管，配方按新原 100 份、黑色母 3 份進(jìn)行，筆 者 主 要 在 市 場 使 用 量 比 較 大 的 DN/ID300SN8 和DN/ID400SN8 規(guī)格上進(jìn)行對(duì)比研究，在生產(chǎn)過程中，設(shè)備擠出工藝未有太大區(qū)別。但有一個(gè)比較有意思特點(diǎn)，對(duì)于聚丙烯材料，隨著加工溫度升高，擠出電流有明顯下降，管材顏色越顯黑亮，而聚乙烯材料電流下降不明顯，這給我們一個(gè)啟示，如考慮在配方上增加環(huán)剛度填充改性，聚丙烯改性配方通過溫度調(diào)節(jié)的特點(diǎn)能對(duì)設(shè)備機(jī)筒螺桿起到很好的減緩磨損的作用，據(jù)了解，行業(yè)內(nèi)目前聚乙烯雙壁波紋管采用的聚乙烯加填充母料的生產(chǎn)磨損起螺桿磨損較快，一般半年到一年則需要更換一次。

管材維卡軟化溫度采用維卡軟化溫度測試儀進(jìn)行，按 GB/T1633 規(guī)定進(jìn)行測試。