建筑用塑料管材生产加工技术现状

第一节 常用塑料管材现状

塑料建材是建材工业中冉冉升起的一颗新星，随着我国近几年房地产业的迅猛增长、国家对基础设施投入加大，我国的塑料建材业已成为塑料行业中仅次于包装的第二大支柱产业，年均增速超过15%。

塑料建材业形势喜人

据中国塑料加工工业协会提供的数据，‘十五‘期间，各种建筑塑料管和塑料门窗全国平均市场占有率将分别达45%和20%，需要各种塑料管与门窗型材约100万吨，加上高分子防水材料、装饰装修材料、保温材料及其他建筑用塑料制品，总需求量超过400万吨。

近几年来，我国塑料建材行业加快了研发和推广应用步伐，行业生产规模不断扩大，技术水平稳步提高，尤其是塑料型材、管材已经进入稳定成熟的增长时期，是塑料建材中最成熟的品种，目前产能仍在稳定增长中，并成为应用最好的塑料建材品种。现在全国30%以上的地区应用了新型塑料管材，发展快的一些省市已经达到了90%。东北三省、内蒙古等地的一些城镇，40%以上的新建住宅都使用了塑料门窗，青岛、大连80%以上的新建住宅使用了塑料窗。

同时，塑料建材从内装饰件开始向结构件、功能件发展。除了塑料地板、墙体内装饰件保持稳定增长外，高分子建筑模板、防水材料、外墙支撑件、外墙保温板、塑料加强砖等得到越来越多的应用，其增速已经超过了塑料管材的增速。

政策支持推动产业发展

目前，塑料建材产业已成为我国重要的经济增长点，国家也给予了众多的政策支持，这进一步加速了我国塑料建材的应用步伐。国家化学建材领导小组相继出台了《关于加强我国化学建材生产和推广应用的若干意见》；在建设部《民用建筑节能管理规定》中明确提出，国家鼓励发展新型节能墙体和屋面的保温、隔热技术与材料及节能门窗的保温隔热和密封技术；在《国家化学建材产业‘九五‘计划和2010年发展规划纲要》中，国家将塑料建材列为建筑材料行业发展的重点；在《关于加速化学建材推广应用和限制淘汰落后产品的规定》等政策中，不止一次提出要使用新型塑料门窗、管材替代原有合金门窗和铸铁水管的条款。这些政策的出台和实施，大大加强了塑料建材推广应用力度，使塑料建材迅速崛起成为塑料行业的支柱产业。

同时，政府加强了产学研之间的合作，在大力推广塑料建材应用的同时，建立国家级塑料建材研发中心及示范基地，以使我国的塑料建材业能够规模化、规范化发展。目前我国塑料建材行业中最成熟的是塑料管道行业，全国塑料管道年出口额1.4亿美元，占全塑行业的40%以上，而塑料管道也是国家政策扶持力度最大的。

在重组中实现规模化

国外知名企业已经对塑料建材市场关注良久，并以高质量、高价格的产品进入我国市场，从而使我国的塑料建材市场竞争日趋激烈。而国内塑料建材行业多属于加工型企业，存在着规模小、技术力量薄弱、不重视产品研发等现象。

这种现象最明显的是塑料管材和门窗业，中低端产品目前全国产能已过剩，市场增长放缓，企业间竞争惨烈，利润率直线下降，导致在去年原料暴涨期间，有一大批中小型塑料型材、管材企业停产或减产。而目前利润率较高的墙体内外保温板、屋顶防水材料等塑料建材品种中，生产企业存在着急功近利的短视行为。将精力全部投入生产中，满足于只引进技术进行简单生产的现状，而不开发自己的自有技术和附加值较高的新产品。从长远来看，这种短视行为对行业日后的发展有很大的隐患。为此，塑料建材企业要在生产的同时注重研发投入，针对目前原料价格居高不下的现状，企业间可以组成生产联盟或进行兼并重组以降低生产成本、实现规模效益。

国家在制定‘十一五‘规划中，把能源的节约作为可持续发展的重要战略。因此，节能型的塑料建材业应当抓住这次发展契机，在自我调整、重组的过程中，不断壮大完善自己，实现塑料建材业规模化的快速发展。

第二节 建筑给排水用塑料管材生产加工现状

一、国内建筑内冷热水塑料管道系统的应用情况

目前，建筑内冷热水塑料管道系统常用种类有：聚丙烯管道系统（包括PP-R、PP-B、PP-H）、铝塑复合管道系统、交联聚乙烯（PEX）管道系统、耐热非交联聚乙烯管道系统（PE-RT）、聚丁烯（PB）管道系统、氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统以及钢（不锈钢）塑复合管等。建设部已下文在建筑冷热水领域推广采用塑料管道，上述大部分产品属于优先推荐的品种。

氯化聚氯乙烯管道推广力度不大。主要原因是，进口原料产品价格居高不下，国产原料不够稳定。个别国内企业用普通PVC与PVC-C进行掺混冒充PVC-C管材也影响到该产品的信誉。聚丁烯管材由于原料价格较高，来源不畅，故主要用于部分高档品。所以预期在国内建筑用热水管中应用量最多的还是PP-R、PE-X、PE-RT和铝塑复合管等。近年来几种主要建筑用管材市场应用逐渐体现出差别化，出现了明显的市场细分：在地板采暖领域，交联聚乙烯管材用量最大；在散热器采暖领域，铝塑复合管的耐热、耐压性能以及优良的阻氧效果已经被业界认可；在冷热水输送领域，PP-R管材的用量占据首位，总用量约占所有冷热水输送塑料管材的60%～70%。

值得注意的是，近年来在铝塑复合管材和PP-R管材的基础上，国内冷热水塑料管材的主要龙头企业如佛山日丰、沈阳金德和武汉金牛在原有技术基础上发明了新型塑铝复合管材，并成功地进行了推广应用。新产品的共同设计思路是将PP-R材料的耐高温性能和可焊接性与铝层的耐弯垂或承压较高等性能结合起来，克服了原来管材的一些不足，受到用户的好评。但用户在选用这类产品时要了解清楚三种产品的区别和联系。三种产品所用原料都是PP-R（或辛烯共聚聚乙烯PE-RT）、粘合剂、铝材，这是其共同之处。但从设计思路、产品结构和应用角度上也有一定的不同。佛山日丰生产的产品叫做：“内层焊接型铝塑复合管”，它是由传统的铝塑管演变过来，因此其性能要求大都与铝塑复合管材类似。

技术改进主要有两点：第一是通过专用工具可以将外层塑料、铝管、粘合剂全部剥去，然后进行热熔连接；第二是由于选用的塑料改为聚丙烯或其他耐热聚乙烯材料，提高了管材耐热性能。沈阳金德生产的产品叫做：“外层焊接型铝塑复合管”，它也是由传统的铝塑管演变过来，其性能要求也大都与铝塑复合管材类似。

技术改进也体现在两个方面：一是由于材料的变化提高了管材耐热性能；二是可以进行热熔连接，但它是由管材的外壁与管件进行焊接的。武汉金牛的产品叫做：“PP-R铝塑稳态管”，它是由传统的PP-R管材演变过来，因此其性能要求大都与PP-R管材类似。技术改进主要体现在通过增加铝层提高了管材的整体刚性，减少了目前PP-R管材使用过程中遇热下垂问题。其熔接过程也是通过专用工具将外层塑料、铝管、粘合剂全部剥去，然后进行热熔连接。

二、PP-R/PP-B管材质量情况分析

目前PP-R/PP-B管材存在或应注意的问题如下：

最突出的问题是原材使用不当，主要有以下一些情况：

1、各种改型PP材料充斥市场，例如：将PP/PE共混物作为PP-R材料进行推广应用或在PP-R原料中添加PP-B、PP-H或普通PP以降低成本。

2、以PP-B充当PP-R或以PP-H充当PP-R，甚至用普通PP充当PP-R。

3、在PP-R原料中添加过量或不符合要求的回用料。

4、没有按照国家标准要求使用混配料，存在由于色母料使用不当而导致产品的物理机械性能降低或卫生性能不合格的现象。

5、由于生产企业经常更换原料或出于降低成本的考虑，管材与管件所用原料经常不一致。管材、管件所用原料的不一致直接影响到管材、管件的焊接质量。不同的材料，特别是PP-R与PP-B之间焊接，由于材料的熔点不同（PP-R是140℃左右，PP-B一般为160℃左右），焊接条件不同，从而使焊接质量不容易掌握；两种材料的结晶度不同，冷却速度亦不同，在焊接中易产生不同的收缩率而造成应力集中；管材和管件热熔焊接的过程是分子链之间相互扩散的过程，扩散越充分、越均匀，连接性能越好。PP-B中含有橡胶成分易产生相分离，与PP-R相容性差，从而直接影响连接可靠性；另外，两种材料的熔体流动速率如果差距过大，一般认为差距大于0.5左右，也影响到焊接质量。

6、由于原料的改变，部分通过8760h试验的企业已经不能保证产品的长期使用性能。

7、在生产和销售中，将管材人为地分成冷水管和热水管。冷水管用PP-B原料生产，热水管用PP-R原料生产。这种分法是错误的！对某种材料而言，在压力一定的情况下，管材用于不同的使用温度主要应该根据工程设计提出的管材壁厚来确定。

8、PP-B虽然在高温耐压性能方面不如PP-R，但是其在常温或低温时的性能还是不错的，尤其是抗低温冲击性能比较优越。符合标准规定的PP-B管材也可以用于一定条件下的冷热水输送系统。由于PP-B管材具有较好的低温冲击性能，使其更适于低温条件下的安装和施工以及冷水的输送。所以我们应该给PP-B管材一个合理的空间，从而也可以在一定程度上避免假冒PP-R的事情发生。

9、对于上述原料存在的问题严重，对原料的鉴别方法给予了较大的关注。目前已有一些分析测试方法可以用来鉴别原材料的真假。例如：可以通过熔体质量流动速率（MFR）将PP改性材料甄别出来，标准规定用于冷热水管的PP（包括PP-H、PP-B、PP-R）的MFR不要大于0.5g/10min，所以MFR大于0.5g/10min的肯定是不行的。其次，可以通过红外光谱、熔点、核磁共振等手段进行进一步的鉴别。目前北京化工研究院国家聚烯烃工程中心是进行该项工作的权威鉴定机构。

加工工艺不合理造成产品缺陷

1、冷却不合理，冷却水温度偏低、冷却段长度不够或冷却段个数不够导致的急冷，使管材挤出时产生的应力不能消除，从而造成管材上的细小裂纹或是残留应力较大。这样的管材在使用过程中在长期压力作用下易发生开裂现象。

2、挤出设备的在线控制功能不完配，挤出和牵引速率不匹配导致的管材壁厚不均，亦会造成管材在长期使用过程中爆管。

3、注射模具设计不合理，导致带金属嵌件的PP-R管件在金属与PP-R间出现缝隙，严重时甚至部分脱开，因此造成使用中的连接处渗漏。

运输、安装施工中存在或应注意的问题

1、PP-R材料的低温冲击性能不是很好，在低温下比较脆，运输、装卸和安装过程的撞击可能会在管材上产生肉眼看不见的细小裂纹或应力集中，从而给日后的长期使用埋下隐患。因此一般建议10℃以下不进行运输、装卸和安装。

2、在焊接前应将管材端部去除，同样是由于管材端部可能会存在运输和装卸过程中产生的细小裂纹或应力集中。

3、在整个施工过程中，应用锋利的专用刀具切割管材，不建议使用手动锯齿锯或电动锯齿锯。这样做同样是为了避免在管材上造成应力集中和焊接不牢。

4、进行热熔时，应将管材一次插入管件至规定的插入深度，在插入后切不可转动，以免影响热熔效果。

三、铝塑复合管材质量情况分析

目前铝塑复合管存在及应注意的问题如下：

采用的原材料不合格依然占据问题的首位

1、复合管中聚乙烯（包括交联聚乙烯）的原料选择存在问题。有些复合管由于未使用符合标准要求的聚乙烯管材专用料，而是使用普通拉丝级聚乙烯，使材料的耐环境应力开裂性能大大下降，从而经常发生管材在施工和使用过程中发生弯曲处开裂的现象。

对于耐热铝塑复合管，一些企业为减少成本，将硅烷比例调低，使交联度达不到65%，想打擦边球。比较多的情况是只在内层使用交联聚乙烯，而外层仅使用普通聚乙烯，这也是不符合国家标准要求的。此外，复合管内、外层聚乙烯的选择直接影响到铝塑复合管在安装、施工和使用中的性能。材料选用不合格，即使交联度可以达到要求，也容易发生使用过程中的开裂现象。这种情况在散热器采暖中经常出现。另外，在测试过程中我们还经常能检测出交联度为0的所谓耐热复合管材产品。这些企业用普通聚乙烯代替交联聚乙烯或用普通聚乙烯冒充耐高温聚乙烯，即PE-RT。这种管材用于输送热水，尤其是用于散热器采暖中是非常危险的，很容易在供暖初期就发生爆管，造成很大的经济损失。

2、热熔胶选用不合适，造成复合管中聚乙烯层与铝层间脱开，从实验室角度讲，一些复合管的管环最小平均剥离力不符合标准规定；从工程实际角度讲，一些复合管在存储过程中就已发生了脱层现象，尤其是较大直径的管材。

3、复合管中的铝层具有阻氧、承压的作用，铝层的质量也会影响到管材的性能，根据标准要求铝带的拉伸强度应不小于100MPa，断裂伸长率应不小于20%，并有一定的厚度要求。而事实上，一些管材选用的铝带很脆，而且厚度偏薄，这也是管材爆管特别是弯曲处开裂的重要原因之一。

生产工艺中的隐患

为降低生产成本，减少生产步骤，目前铝塑复合管用的交联聚乙烯大多采用硅烷交联方式，但是很多企业生产硅烷交联聚乙烯管材，却不具备交联设备。硅烷交联聚乙烯在挤出后需要通过温水处理8h～12h尚能完成交联，从而使管材的交联度从30%～40%提高到70%左右，以保证其良好的耐热性能。没有经过交联处理的管材安装到采暖系统中，也就是让交联度只有百分之三四十的聚乙烯管材承受较高的压力和较高的温度，这是很危险的，也很容易出现爆管现象，特别是在采暖初期供暖压力和温度都还不很稳定的情况下。

安装施工中存在或应注意的问题

1、管材弯曲时需使用助弯器，不可直接弯成直角，这样很容易弯成死角，在管材上留下伤痕，成为管材出现裂缝而导致渗漏的又一诱因。

2、管材和管件的配合很关键，良好的管件结构和与管材的配合是管路系统连接可靠性的保障。国家产品标准中规定了一系列系统适用性试验，包括5000次冷热循环试验、10000次压力循环试验、1h和800h的耐拉拔试验以及弯曲试验和真空试验。严格的试验条件可以帮助选择合格、合适的管件。但是如果更换配套管件，应该对管材和管件系统进行重新试验验证。否则系统适用性试验起不到预期的质量保证作用，形同虚设。系统性试验一次试验定终身的现象是目前市场上普遍存在的问题。这种情况是造成管材、管件连接处发生渗漏，甚至出现管材从管件中拔脱等工程事故的重要原因。

四、交联聚乙烯管材质量情况分析

交联聚乙烯管材是目前用途较广，使用效果较佳的一种冷热水和采暖用管。特别是用于地板采暖系统系统，公认其性价比最为合理。

交联聚乙烯的主要品种有：过氧化物交联（PE-Xa）、硅烷交联（PE-Xb）、电子束交联（PE-Xc）及偶氮交联（PE-Xd）等方式。目前在国内，偶氮交联方式基本不使用。电子束交联质量最为稳定，但不能生产大口径管材（≥dn32）且由于生产设备投入很大，国内目前也使用的很少。因此，我们主要讨论过氧化物交联和硅烷交联管材存在及应注意的问题：

国内交联聚乙烯管材料尚待通过长期静液压强度试验

按照我国国家标准GB/T18992.1—2003“冷热水用交联聚乙烯管道系统第一部分：总则”的要求：生产交联聚乙烯管材的主要原料应为高密度聚乙烯。使用前应先将交联聚乙烯管材按照GB/T6111-2003试验方法和GB/T18252-2000的要求在至少四个不同温度下作长期静液压试验。试验数据按照GB/T18252-2000的标准方法计算得到不同温度、不同时间的值，并作出该材料的蠕变破坏曲线。将材料的蠕变破坏曲线与标准给出的PE-X预测静液压强度参照曲线相比较，试验结果的值在全部温度及时间范围内均应高于参照曲线上的对应值。这也就是常说的分级试验。

交联聚乙烯管材各种使用条件级别下的设计应力бD都是依据上述外推出来的长期静液压强度曲线或得到的数学模型并依据ISO13760给出的Miner’s法则来确定的。只有这样，才能够保证管材在各种使用条件下50年的使用寿命。

由于交联聚乙烯管材的生产原料不是单一组分，即使选用了经过分级的聚乙烯材料，其辅料、配方以及加工工艺等对管材产品质量的影响仍然很大，需要进行交联聚乙烯材料的分级试验。可惜的是国内行业主管部门、许多专家以及广大用户大都把注意力集中在对燃气、给水以及PP-R管材的材料分级方面，而对PE-X的分级情况没有给予应有的重视。虽然国内几个主要厂家的产品质量是有保证的，但是向客户承诺的设计寿命为50年最好还要经过数据验证。

PE-X管材定型检验存在一定问题

PE-X管材定型检验项目包括一般的外观性能、力学和理化性能以及系统适用性试验等。国内对其中最重要的管道系统的综合性评价-系统适用性试验重视不够。这里面存在以下几方面问题：首先，据我们掌握的情况，国内较少厂家完全按照国家标准要求通过定型检验的全部项目；其次，在通过定型检验项目的厂家中原料或工艺等发生重大变化后没有重新进行定型检验，使定型检验形同虚设；第三，部分检验单位的测试条件存在缺陷，影响测试结果的真实性。

定型检验中的系统适用性试验主要是考核管材和管件的配套性能。良好的管件结构和与管材的配合是管路系统连接可靠性的保障。严格的试验条件可以帮助选择合格、合适的管件。例如：通过进行冷热循环试验，我们发现卡压式管件通过此项检验的几率很高，但卡套式管件的不合格率高达30%～40%。这些数据提供给有关方面后对于工厂技术改进，应用单位采购把关、施工单位进行安装等都发挥了重要作用。

交联度不稳定

过氧化物交联管材生产后不需要进行交联处理，但生产速度慢，稳定性难以控制。标准要求交联度不小于70%，目前市场上销售的过氧化物交联聚乙烯管材交联度一般为85%以上。但我们曾经对同一根样品上的不同部分进行取样，有些产品的交联度却存在较大的区别。硅烷交联管材容易造成交联度不稳定的原因是国产设备的硅烷计量装置不完备，硅烷加入量不准确或出现预交联现象。部分厂家没有交联罐或交联池设施，不经过交联的产品就向用户出售也属于常见的质量问题。

原料选择不规范

有些厂家为了降低成本，随意更换聚乙烯管材专用料，使管材的承压能力降低，并且也容易造成各段管材的交联度不稳定。另外，管材的交联剂是有一定使用期限的，并有一定的贮存条件和要求。如果使用贮存不当（如受潮）或过期的原料进行生产都会导致管材质量不合格。首先有可能是交联度不合格，一般会小于65%。此外是由此容易引起静液压强度试验不合格。这种管材在采暖系统的弯曲处很容易发生开裂。

五、市场前景展望

塑料管材在我国发展到这个阶段，由于存在上述种种质量问题，在一定程度上已经影响到塑料管材在建筑冷热水当中的推广应用，已经形成了制约这个产业发展的一个重要瓶颈。但同时也应该看到，随着相关产品标准和技术规范的陆续制订，生产和检验水平的不断提高，市场监督体制的逐步建立，我们的塑料管道市场也正在逐步走向规范。讲诚信、重质量的企业正在逐渐成为市场的主流。

从原材料的角度看，国产HDPE或PP-R/PP-B管材专用料的批产量越来越大。生产规模的扩大使树脂的稳定性大大提高；国内主要的专用料牌号如燕山的PP-R4220、HDPE6380MBL、上海石化的HDPEYGH041T等陆续通过了分级试验认证。原材料质量优劣泾渭分明，厂商和用户对产品性能的信息开始对称；另外，我国石化企业的研究单位正在加紧上述产品的替代产品研究，据悉已经取得了可喜的进展。技术进步对质量提高的贡献很快就会显现出来。

众所周知，2004年化工原料的价格大幅度提高，行业内理所当然的认为原材料的价格提升将影响到建材行业的发展。但如果经过冷静的分析，这种价格上扬的趋势对不同规模企业的影响有着相当大的差别。大规模的原材料采购可以从各个环节大量节省成本，这一点显然不利于小型企业。塑料管材生产企业的竞争能力和市场前景至少由两个方面主导：塑料管材料价格相对于其他管材料价格是否提高？在塑料管材生产企业之间这种形势对谁更有利？应该认识到这种市场形势实际上起到了双刃剑的作用。一方面对该产品发展起到了减速作用，另一方面促使部分形不成规模的企业以及经营没有特色的企业因难以应对这种形势而加快退出该领域，有利于净化市场。

从生产厂商的角度看，经过建材行业近几年的大浪淘沙，一些规模小、设备差、管理不到位的企业已经逐渐淡出市场。PP-R/PP-B、PE-X和铝塑复合管材的生产开始向一些骨干企业集中。较高的生产集中度有利于质量提升和规范化管理。这些骨干企业纷纷设立起自己的技术研发中心。企业为研发中心肯投资，而研发中心很快成为企业的技术支撑。例如：企业在采购原材料、备品备件以及改变工艺条件时经过研发中心的评价把关，避免了盲目性，保证了产品质量。

从房地产业发出的信息看，今后若干年内，我国各类住宅需求依然强劲，管材的市场无疑会继续扩大。房价的上扬必然带来部品、部件也包括管材价格的上扬，这对广大生产企业来说是利好消息。应该看到，经过建设部等部门近年来对塑料管材的大力推广，用户对该产品的认知程度越来越高。在建筑冷热水输送领域，国内外还没有出现令广大用户为之一振，大面积接受的其他主导产品来取代PP-R/PP-B、PE-X和铝塑复合管材等产品的位置。此外，根据国际国内的现实情况可以判断，国家对环保、节能方面的要求会更加严格、政策导向作用会更加明确，对塑料管材这一环保、节能产品的推广力度还会加大。这种形势有利于塑料管材行业的发展。