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【摘 要】 给水塑料管材的分类、特点及选用。
【关键词】 塑料管材；聚乙烯；聚丙烯；连接方式；选用
【Abstract】 The classification， characteristics and selection of water supply plastic pipe.
【Key Words】 Plastic pipe；Polyethylene；Polypropylene；Connection mode；Selection随着人民生活水平的逐渐提高，目前铁基给水管材由于其耐腐蚀性差、易结垢、二次污染明显、综合造价高、施工难度大等缺点日渐引起人们的注意，为其寻找一个合适的替代材料一直是业内的一个重要课题。伴随化工科技的不断进步，塑料材料的性能已逐渐能够满足给水管材的要求，其作为一个新兴供水材料家族逐渐得到人们的关注。根据国家建设部下发的“建科[1999]271号”文规定，今后建材行业将逐步限制、淘汰镀锌钢管及传统的铸铁管道，转而推广各类化学管材。加之随着给水行业“一户一表”工作的推广，中小口径塑料管材施工方便、美观大方、价格低廉、耐腐蚀性强、热传导性能差等优点日渐突出。在此情况下，给水塑料管材取代传统的铁基管材已成为趋势。本文旨在通过对目前市场常见的塑料管材进行简单的介绍，使人们对塑料给水管材有所了解。
一、常见给水塑料管材的分类
目前市场上常见的塑料管材大致其可分为聚烯烃类、树脂类、聚酰胺类等三大类。其中聚烯烃类最为常见，其主要是利用短链烯烃经催化、聚合后生成聚烯烃颗粒（粉末），然后经注塑机械热熔、挤压入模具后形成各种规格的管材。聚烯烃类给水塑料压力管道根据原材料的不同，又可分为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、塑料-金属复合等四大类。目前聚丁烯（PB）给水管道目前国内尚无能力生产原料，其在我国的使用量未形成规模。树脂类管材較为常见的是玻璃钢管材，按照制管工艺一般分为纤维缠绕玻璃钢管（FRP）、纤维缠绕夹砂玻璃钢管（FRPS、RPMP）、离心浇注砂浆玻璃钢管（HOBAS）等三种。由于玻璃钢管材生产工艺及成本限制，加上其小口径管件配套及连接工艺尚不成熟，目前较多用于市政埋地给水管道而很少用于建筑给水工程。聚酰胺类管材目前市场常见的主要是尼龙（ABS）管件。故目前国内建材市场最为常见的给水塑料管材，主要还是使用基于超短链烯烃（乙、丙烯）及其衍生物的聚合材料，在生产过程中加入一定的无机添加剂（如炭、铁、锰、锌等），然后经混合、热熔、定型后生成的聚烯烃型材。
聚乙烯类管材根据其材料、工艺的不同又可分为交联聚乙烯（PE-X）、高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚氯乙烯（PVC）、硬质聚氯乙烯（U-PVC）等。而聚丙烯管材以乙丙嵌段共聚聚丙烯（PP-B）、共混改性聚丙烯（PP-C）、无规共聚聚丙烯（PP-R）等。塑料-金属复合管材则是综合利用金属材料（主要是钢、铝）的高强度以及优良的热稳定性、耐侯性和塑料材料的耐蚀性好、密度小且绝对粗糙度低、挠度大的特点，将两种材料复合在一起形成的一种混合材料，其较为常见的有铝塑复合管（PAP）、钢塑复合管（SP）、铜塑复合管（PE/T2）等。
二、给水塑料管材常见的连接方式
目前塑料管材常见的连接方式可以分为热熔、胶粘、压环、螺纹、密封圈、法兰密封等六种连接方式。由于烯烃（不含聚氯乙烯、交联聚乙烯）材料有较好的热熔性能且弹性模量较低，所以目前最常见的是使用专用加热工具将管材加热至熔融温度后进行管材的焊接或利用压环挤压使管道接头处发生形变与密封环纹发生啮合而达到密封、连接目的的。此外对于高密度聚乙烯（HDPE）、交联聚乙烯（PE-X）管材也有利用其优良的强度使用螺纹连接的。对于硬度较高且无明显熔点的聚氯乙烯（PVC、U-PVC）管材，小口径管道普遍使用专用粘结剂或螺纹旋紧挤压柔性密封圈的连接方式，而大口径管道则大多使用T型接口橡胶圈密封连接。玻璃钢管道基本上都使用T、K型接口橡胶圈连接，而在管件连接时也有使用玻璃纤维加树脂缠绕的连接工艺。
三、常见塑料管材综合性能比较
一般而言，评价给水塑料管材的质量优劣是从其强度、硬度、耐侯性、卫生性能、耐腐蚀性能、水力学性能、保温性能、外观工艺、施工劳动强度、材料价格、管件配套能力、使用寿命等多方面入手的。一种优良的塑料给水管材应当有足够的强度（耐冲击强度、抗拉强度、抗压强度、耐长期静液压强度等）、尺寸稳定性能良好、耐老化、耐化学腐蚀、使用温度范围广、无毒、不燃烧、便于连接、价格低廉、外型美观（建筑给水管道）、使用寿命长等特点。常见的塑料管材及传统的镀锌管材综合性能比较详见表1、表2所示。
四、不同管材的转换连接
在给水管材安装过程中经常遇到不同种类管材的相互转换连接问题。可以说，在当今市场上给水管材百家争鸣的情况下，一种管材与其它管材连接适应能力的好坏也是制约此管材推广应用的一个瓶颈。不同塑料管材之间相互转换时，如果两种管材热熔性能接近，可采用热熔方式转换（如HDPE-MDPE-LDPE，PPR-PPC-PPB之间的转换）；如果两种管材径向尺寸、抗压强度接近，可以采用压环挤压连接（如PE-PP之间的转换）；如果两种材料表面对同一种粘结剂的表面附着力或化学溶解性能接近，可使用胶接的方式转换管材；值得一提的是有一种利用螺纹旋紧挤压柔性密封圈的转换连接方式，这种连接方式仅要求两种管材的径向尺寸接近便可，能够较好的解决不同管材的转换问题。对于塑料与金属管材之间的转换，小口径管材大多采用一侧为金属螺纹、另一侧为相应塑料连接件的特种管件进行转换；而大口径管材则多用特种法兰连接件或特种承插口连接件进行转换。
五、塑料管材在城市给水中的应用前景
由于传统的给水铸铁管材及镀锌钢管易腐蚀、结垢、施工成本较高、存在水源二次污染等缺点，已逐步趋于淘汰，目前可用的替代产品便是不锈钢、黄铜等金属管材及以短链烯烃聚合材料为代表的塑料管材。由于金属管材综合造价过高，目前在我国尚无能力推广应用。塑料管材在上述方面的优点已日渐被人认可，并在目前逐步成为镀锌钢管及铸铁管材较为理想的替代品。但是与之同时，塑料管材与金属管材相比，其强度低、热稳定性能、耐侯性能差等缺点也日渐突出，是否还有人们仍未认识到的缺点，也尚需在长时间中发现总结。目前给水行业中与塑料管材相配套的施工验收规范尚不完备，也给城市给水塑料管材的应用带来一定困难。但就目前而言，塑料管材的发展前景仍是很好的。 六、城市给水塑料管材的选择及注意事项
对于城市给水塑料管材品种的选择，由于不同地域的自然条件不同，具体到某一工程给水管材的使用要求也不同，同时给水塑料管材原材料及加工工艺的不同，其产品特性也存在很大的差异。因此在品种繁多的塑料管材领域中，简单的规定哪一种管材最适合城市供水，是不科学的。在选型过程中，应根据当地的气候条件、应用环境、使用要求、水质特性及经济能力等具体条件，结合不同塑料管材相应的特性，筛选出最适合条件的管材。
值得一提的是，所有塑料管材的使用寿命、理化性能都是有前提条件的，如在80℃、2MPa的环向应力下，高密度聚乙烯管材的使用寿命仅为30小时，在20℃的温度下UPVC管材耐冲击强度大于147×103J/M3，但是在-20℃时耐冲击强度仅为其1/5。所以，在管材的选择过程中，针对其定量实验数据的分析比较，一定要首先核对其试验环境是否一致。一般而言，不同材质塑料管的压力、温度、使用寿命三者存在一定的线形关系，选择者可以根据这三者的关系曲线来选择能够满足工程建设需要的塑料管材。对此，尽管在我国尚没有自己的测定结果，但我们可以借鉴国外的成果。这些关系曲线，在一些生产厂家或实验室的互联网站点中可以找到。同时，生产厂家在宣传自己的产品时，也应当向用户解释清楚其产品性能与试验环境的关系，以免给双方带来不必要的损害。
就我的个人观点而言，对于塑料管材的使用和选择提出以下几点建议，仅供参考：
1.由于硬聚氯乙烯管材（U-PVC）耐冲击强度的热稳定性能较差，所以在冬季（尤其是在严寒地区）的运输、安装、使用过程中，应注意保护其避免受到外来的机械撞击。
2.由于交联聚乙烯（PEX）管材的耐光老化性能較差，所以在选择管材时应注意未添加紫外线吸收剂（如炭黑）的PEX管材不能用于室外阳光直射下的位置。
3.由于无规共聚聚丙烯管材（PPR）的低温脆性较大，在长期低温环境下应慎用PPR管材。
4.由于PPR管材对铜离子极为敏感，当浸泡在一定浓度的铜离子溶液中时，其老化速度是以百倍增加的，且环境温度越高，降解速度越快。因此，应尽量避免使用PPR管材输送含铜离子的流体。同时，市场上有使用铜质的PPR配套管件，也是一种不应出现的错误。
5.有些生产厂家为降低交联聚乙烯管材（PEX）的弯曲模量，提高其弯曲施工能力，在高密度聚乙烯原料中加入一些低密度聚乙烯材料，如果相溶剂再选择不当（或根本没有选择），造成“相不溶”现象，导致管材的强度降低。这种管材在高压情况下，极易发生纵向开裂。类似问题，在某些PP-C管材中也有出现。
6.线膨胀系数较大的管材，没有补偿措施时，在环境的冷热和高低压交替作用下，易在接头处发生渗漏。故对于抗蠕变性能较好的管材（如PEX、PB），使用机械压环的连接方式是可靠的，但对于抗蠕变性能差的管材（如PPR）则是值得考虑的。
7.机械连接（如压环连接、螺纹旋紧密封圈连接）管件的管芯长度，国外一般都比较长，如德国标准为25mm（1620），而我国产品一般不足15mm（1620）。国内有些生产厂家为了降低成本，过度缩短管芯长度，易造成连接处漏水。所以，在选择机械连接管件时，应尽量选择长管芯管件。
8.对于螺纹旋紧密封圈管件，国内某些厂家的生产标准中采用的是矩形密封圈，并且大多位于管件根部（管接头端部），再加上插入管材的管芯长度往往偏短，如果管材发生收缩，极易因密封长度不足，在接头根部发生渗漏。
9.交联聚乙烯管材（PEX）的交联枝接过程应是在水中完成的。有些厂家没有设水解交联工序，其交联度到底有多高，值得怀疑。
10.由于金属塑复合管材（如铝塑管材）的成型轧辊大多只有一到两对，如果因成型工艺不合理，导致成型阻力过大时，有些厂家使用石蜡润滑剂降低牵引阻力。结果极易造成粘结强度不够、金属型材（尤其是铝材）中存在表面拉应力的隐患，而使管材易发生脱层现象。这一点在管材考察过程中，应值得注意。
11.铝塑复合管材一般为五层，即塑料内层-粘结层-铝层-粘结层-塑料外层。目前，国内市场有一种塑料夹铝管材（其实是一种防铝塑复合管材），其没有粘结层，铝层卷管后也不进行焊接（有的使用热熔胶粘结），这种管材外观与铝塑复合管材相差不大但性能相差很大，易发生漏水、开裂现象，在管材选择时应加以甄别。
由于调查范围的局限和知识面所限，以上仅为个人浅薄意见，如有不到、或谬误，还望专家和同志们多多予以指正。
【关键词】 塑料管材；聚乙烯；聚丙烯；连接方式；选用
【Abstract】 The classification， characteristics and selection of water supply plastic pipe.
【Key Words】 Plastic pipe；Polyethylene；Polypropylene；Connection mode；Selection随着人民生活水平的逐渐提高，目前铁基给水管材由于其耐腐蚀性差、易结垢、二次污染明显、综合造价高、施工难度大等缺点日渐引起人们的注意，为其寻找一个合适的替代材料一直是业内的一个重要课题。伴随化工科技的不断进步，塑料材料的性能已逐渐能够满足给水管材的要求，其作为一个新兴供水材料家族逐渐得到人们的关注。根据国家建设部下发的“建科[1999]271号”文规定，今后建材行业将逐步限制、淘汰镀锌钢管及传统的铸铁管道，转而推广各类化学管材。加之随着给水行业“一户一表”工作的推广，中小口径塑料管材施工方便、美观大方、价格低廉、耐腐蚀性强、热传导性能差等优点日渐突出。在此情况下，给水塑料管材取代传统的铁基管材已成为趋势。本文旨在通过对目前市场常见的塑料管材进行简单的介绍，使人们对塑料给水管材有所了解。
一、常见给水塑料管材的分类
目前市场上常见的塑料管材大致其可分为聚烯烃类、树脂类、聚酰胺类等三大类。其中聚烯烃类最为常见，其主要是利用短链烯烃经催化、聚合后生成聚烯烃颗粒（粉末），然后经注塑机械热熔、挤压入模具后形成各种规格的管材。聚烯烃类给水塑料压力管道根据原材料的不同，又可分为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、塑料-金属复合等四大类。目前聚丁烯（PB）给水管道目前国内尚无能力生产原料，其在我国的使用量未形成规模。树脂类管材較为常见的是玻璃钢管材，按照制管工艺一般分为纤维缠绕玻璃钢管（FRP）、纤维缠绕夹砂玻璃钢管（FRPS、RPMP）、离心浇注砂浆玻璃钢管（HOBAS）等三种。由于玻璃钢管材生产工艺及成本限制，加上其小口径管件配套及连接工艺尚不成熟，目前较多用于市政埋地给水管道而很少用于建筑给水工程。聚酰胺类管材目前市场常见的主要是尼龙（ABS）管件。故目前国内建材市场最为常见的给水塑料管材，主要还是使用基于超短链烯烃（乙、丙烯）及其衍生物的聚合材料，在生产过程中加入一定的无机添加剂（如炭、铁、锰、锌等），然后经混合、热熔、定型后生成的聚烯烃型材。
聚乙烯类管材根据其材料、工艺的不同又可分为交联聚乙烯（PE-X）、高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚氯乙烯（PVC）、硬质聚氯乙烯（U-PVC）等。而聚丙烯管材以乙丙嵌段共聚聚丙烯（PP-B）、共混改性聚丙烯（PP-C）、无规共聚聚丙烯（PP-R）等。塑料-金属复合管材则是综合利用金属材料（主要是钢、铝）的高强度以及优良的热稳定性、耐侯性和塑料材料的耐蚀性好、密度小且绝对粗糙度低、挠度大的特点，将两种材料复合在一起形成的一种混合材料，其较为常见的有铝塑复合管（PAP）、钢塑复合管（SP）、铜塑复合管（PE/T2）等。
二、给水塑料管材常见的连接方式
目前塑料管材常见的连接方式可以分为热熔、胶粘、压环、螺纹、密封圈、法兰密封等六种连接方式。由于烯烃（不含聚氯乙烯、交联聚乙烯）材料有较好的热熔性能且弹性模量较低，所以目前最常见的是使用专用加热工具将管材加热至熔融温度后进行管材的焊接或利用压环挤压使管道接头处发生形变与密封环纹发生啮合而达到密封、连接目的的。此外对于高密度聚乙烯（HDPE）、交联聚乙烯（PE-X）管材也有利用其优良的强度使用螺纹连接的。对于硬度较高且无明显熔点的聚氯乙烯（PVC、U-PVC）管材，小口径管道普遍使用专用粘结剂或螺纹旋紧挤压柔性密封圈的连接方式，而大口径管道则大多使用T型接口橡胶圈密封连接。玻璃钢管道基本上都使用T、K型接口橡胶圈连接，而在管件连接时也有使用玻璃纤维加树脂缠绕的连接工艺。
三、常见塑料管材综合性能比较
一般而言，评价给水塑料管材的质量优劣是从其强度、硬度、耐侯性、卫生性能、耐腐蚀性能、水力学性能、保温性能、外观工艺、施工劳动强度、材料价格、管件配套能力、使用寿命等多方面入手的。一种优良的塑料给水管材应当有足够的强度（耐冲击强度、抗拉强度、抗压强度、耐长期静液压强度等）、尺寸稳定性能良好、耐老化、耐化学腐蚀、使用温度范围广、无毒、不燃烧、便于连接、价格低廉、外型美观（建筑给水管道）、使用寿命长等特点。常见的塑料管材及传统的镀锌管材综合性能比较详见表1、表2所示。
四、不同管材的转换连接
在给水管材安装过程中经常遇到不同种类管材的相互转换连接问题。可以说，在当今市场上给水管材百家争鸣的情况下，一种管材与其它管材连接适应能力的好坏也是制约此管材推广应用的一个瓶颈。不同塑料管材之间相互转换时，如果两种管材热熔性能接近，可采用热熔方式转换（如HDPE-MDPE-LDPE，PPR-PPC-PPB之间的转换）；如果两种管材径向尺寸、抗压强度接近，可以采用压环挤压连接（如PE-PP之间的转换）；如果两种材料表面对同一种粘结剂的表面附着力或化学溶解性能接近，可使用胶接的方式转换管材；值得一提的是有一种利用螺纹旋紧挤压柔性密封圈的转换连接方式，这种连接方式仅要求两种管材的径向尺寸接近便可，能够较好的解决不同管材的转换问题。对于塑料与金属管材之间的转换，小口径管材大多采用一侧为金属螺纹、另一侧为相应塑料连接件的特种管件进行转换；而大口径管材则多用特种法兰连接件或特种承插口连接件进行转换。
五、塑料管材在城市给水中的应用前景
由于传统的给水铸铁管材及镀锌钢管易腐蚀、结垢、施工成本较高、存在水源二次污染等缺点，已逐步趋于淘汰，目前可用的替代产品便是不锈钢、黄铜等金属管材及以短链烯烃聚合材料为代表的塑料管材。由于金属管材综合造价过高，目前在我国尚无能力推广应用。塑料管材在上述方面的优点已日渐被人认可，并在目前逐步成为镀锌钢管及铸铁管材较为理想的替代品。但是与之同时，塑料管材与金属管材相比，其强度低、热稳定性能、耐侯性能差等缺点也日渐突出，是否还有人们仍未认识到的缺点，也尚需在长时间中发现总结。目前给水行业中与塑料管材相配套的施工验收规范尚不完备，也给城市给水塑料管材的应用带来一定困难。但就目前而言，塑料管材的发展前景仍是很好的。 六、城市给水塑料管材的选择及注意事项
对于城市给水塑料管材品种的选择，由于不同地域的自然条件不同，具体到某一工程给水管材的使用要求也不同，同时给水塑料管材原材料及加工工艺的不同，其产品特性也存在很大的差异。因此在品种繁多的塑料管材领域中，简单的规定哪一种管材最适合城市供水，是不科学的。在选型过程中，应根据当地的气候条件、应用环境、使用要求、水质特性及经济能力等具体条件，结合不同塑料管材相应的特性，筛选出最适合条件的管材。
值得一提的是，所有塑料管材的使用寿命、理化性能都是有前提条件的，如在80℃、2MPa的环向应力下，高密度聚乙烯管材的使用寿命仅为30小时，在20℃的温度下UPVC管材耐冲击强度大于147×103J/M3，但是在-20℃时耐冲击强度仅为其1/5。所以，在管材的选择过程中，针对其定量实验数据的分析比较，一定要首先核对其试验环境是否一致。一般而言，不同材质塑料管的压力、温度、使用寿命三者存在一定的线形关系，选择者可以根据这三者的关系曲线来选择能够满足工程建设需要的塑料管材。对此，尽管在我国尚没有自己的测定结果，但我们可以借鉴国外的成果。这些关系曲线，在一些生产厂家或实验室的互联网站点中可以找到。同时，生产厂家在宣传自己的产品时，也应当向用户解释清楚其产品性能与试验环境的关系，以免给双方带来不必要的损害。
就我的个人观点而言，对于塑料管材的使用和选择提出以下几点建议，仅供参考：
1.由于硬聚氯乙烯管材（U-PVC）耐冲击强度的热稳定性能较差，所以在冬季（尤其是在严寒地区）的运输、安装、使用过程中，应注意保护其避免受到外来的机械撞击。
2.由于交联聚乙烯（PEX）管材的耐光老化性能較差，所以在选择管材时应注意未添加紫外线吸收剂（如炭黑）的PEX管材不能用于室外阳光直射下的位置。
3.由于无规共聚聚丙烯管材（PPR）的低温脆性较大，在长期低温环境下应慎用PPR管材。
4.由于PPR管材对铜离子极为敏感，当浸泡在一定浓度的铜离子溶液中时，其老化速度是以百倍增加的，且环境温度越高，降解速度越快。因此，应尽量避免使用PPR管材输送含铜离子的流体。同时，市场上有使用铜质的PPR配套管件，也是一种不应出现的错误。
5.有些生产厂家为降低交联聚乙烯管材（PEX）的弯曲模量，提高其弯曲施工能力，在高密度聚乙烯原料中加入一些低密度聚乙烯材料，如果相溶剂再选择不当（或根本没有选择），造成“相不溶”现象，导致管材的强度降低。这种管材在高压情况下，极易发生纵向开裂。类似问题，在某些PP-C管材中也有出现。
6.线膨胀系数较大的管材，没有补偿措施时，在环境的冷热和高低压交替作用下，易在接头处发生渗漏。故对于抗蠕变性能较好的管材（如PEX、PB），使用机械压环的连接方式是可靠的，但对于抗蠕变性能差的管材（如PPR）则是值得考虑的。
7.机械连接（如压环连接、螺纹旋紧密封圈连接）管件的管芯长度，国外一般都比较长，如德国标准为25mm（1620），而我国产品一般不足15mm（1620）。国内有些生产厂家为了降低成本，过度缩短管芯长度，易造成连接处漏水。所以，在选择机械连接管件时，应尽量选择长管芯管件。
8.对于螺纹旋紧密封圈管件，国内某些厂家的生产标准中采用的是矩形密封圈，并且大多位于管件根部（管接头端部），再加上插入管材的管芯长度往往偏短，如果管材发生收缩，极易因密封长度不足，在接头根部发生渗漏。
9.交联聚乙烯管材（PEX）的交联枝接过程应是在水中完成的。有些厂家没有设水解交联工序，其交联度到底有多高，值得怀疑。
10.由于金属塑复合管材（如铝塑管材）的成型轧辊大多只有一到两对，如果因成型工艺不合理，导致成型阻力过大时，有些厂家使用石蜡润滑剂降低牵引阻力。结果极易造成粘结强度不够、金属型材（尤其是铝材）中存在表面拉应力的隐患，而使管材易发生脱层现象。这一点在管材考察过程中，应值得注意。
11.铝塑复合管材一般为五层，即塑料内层-粘结层-铝层-粘结层-塑料外层。目前，国内市场有一种塑料夹铝管材（其实是一种防铝塑复合管材），其没有粘结层，铝层卷管后也不进行焊接（有的使用热熔胶粘结），这种管材外观与铝塑复合管材相差不大但性能相差很大，易发生漏水、开裂现象，在管材选择时应加以甄别。
由于调查范围的局限和知识面所限，以上仅为个人浅薄意见，如有不到、或谬误，还望专家和同志们多多予以指正。