天津军星管业集团有限公司 于东明 秦岚
塑料管材的发展，早期是与战争息息相关的。一次大战德国战败后，面临着国民经济的恢复，又遇到了国际禁运，钢管奇缺，不得已的情况下，科学家们发明了PVC管，1938年至今，应用已逾70余年。二次大战日本战败后，步德国的后尘，1952年，由久保田（株）和积水化学（株）相继投产了PVC管，应用至今，50余年来，仍是日本第一大塑料管材品种。我国经八年抗战、三年解放战争和抗美援朝战争，满目疮痍，百废待兴，1957年由天津的现代化工厂研制成功PVC管，1958年由原北京塑料厂率先投产，并参加了当年在莱比锡举办的国际博览会。
由战争催生的塑料管材，随着石油化工技术的飞速进步，塑料管材的制造和应用，发生了地覆天翻的变化。它已不再是钢材等传统材料的代用品，一跃成为许多领域中的不可替代的新型材料。塑料管材的发展来势迅猛，当全世界塑料管材总产量达到100万吨的时候，欧洲钢铁界曾惊呼，钢铁管材丢失了500万吨的市场。而今中美两大塑料管材制造国的塑料管材总产量已超过1000万吨，相当于5000万吨以上钢管的总长度，无异于是“狼来了”。但是，说归说，喊归喊，这是事实，也是市场规律，说和喊都是徒劳，塑 料管材的发展势不可挡。
70余年过去了，塑料管材的发展方兴未艾，夺目的光环照亮了管材人脚下的路，新材料、新技术、新工艺也包括新的认知层出不穷。
1 PPS管
PPS管，中文名称为“聚苯硫醚管”，它的强度很高，耐热十分优秀，抗蠕变能力极 强，它可以长期在200℃下工作，美国在重点发展这一管材品种。在热水，低压蒸汽的输送 中，由于PPS的导热系数小，系统的保温可大大简化，输送热损小，应用前景广阔，日本已大量制造PPS管件，并用于超薄地暖系统中，估计其成本不会很高，在我国制造PPS管件的条件已基本成熟。
2 PEX管
PEX管,中文名称为“交联聚乙烯管”，它的耐热性、抗蠕变能力优越，耐磨性能与超高 分子量聚乙烯（UHMWPE）相近，甚至略高。这将对扩大PEX管应用领域非常有利，如火力发电厂粉煤灰的输送，矿井抽排水管道，都需要管材的耐磨性能要好，这本来都是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）管的传统领地；又如城市非开挖敷设管道技术的推广，要求管材表面耐摩擦性能要好，此时PEX的优势超过了已知的其它塑 料材料。
交联是聚乙烯改性的一种非常成功的重要手段， PEX的品种较多，过氧化物交联聚乙 烯、硅烷/水解交联聚乙烯、电子射线交联聚乙烯、偶氮交联聚乙烯、是大家所熟知的，而此外还有红外交联聚乙烯、紫外交联聚乙烯、微波交联聚乙烯、离子交联聚乙烯、产水交联聚乙烯等五花八门的品种，其中红外交联聚乙烯(PE-Xa)在欧洲已商品化，dn20管材的挤出速度可达30m/min，是我国目前PE-Xa管挤出速度的10倍（单机双线），在线测定交联度，并反馈和自动调整配方；产水交联聚乙烯（PE-Xb）作为我国863计划项目，已取得可喜的进展，它不需温水或低压蒸汽，在自然环境中，它可自动交联，工序少、工艺流程短、节能效果明显。一般认为，目前的PE-Xa管、PE-Xb管、PE-Xc管是不可焊接的，而离子交联聚乙烯管可焊性较好，这十分难得。
欧洲是PE-Xa管材的发源地，欧洲市场上的PE-Xa管价格高于PE-Xc管和PE-Xb管，不仅仅是因为欧洲的人工成本高的缘故，其中一个重要指标便是管材内过氧化物残留量极低，不仅仅保证了水质少受污染，还使管材的使用寿命有保证。欧洲的PE-Xa管材配方中添加了助交联剂，交联剂的配比只相当于中国和韩国的二分之一，并且在管材制造过程中，过氧化物分解完全。而我国和韩国的PE-Xa管配方中，不含助交联剂，过氧化物添加量较大，分解如不完全，过氧化物残留量就会很大，管材的使用寿命就缺乏保证。如PE-Xa管的加工温度较低，过氧化物可能难完全分解，可能存在安全隐患。
PE-Xb管生产过程中，容易产生“凝胶块”，长期以来，人们称其为“交联块”，一些 学术文章中称其为“预交联（产物）”，或者“过早交联（产物）”；不言而喻，不论那一种 说法，给人的印象就是“不该交联而交联了的聚乙烯”，军星公司与天津石化研究院合作，在南开大学和天津科技大学的配合下，对这一产物进行了解析，我们的结论是“这种凝胶块是硅烷水解成硅醇后的缩合产物，其中不含聚乙烯成分”。这就为解决PE-Xb管材生产过程中的实际问题提供了科学依据。
3 PP管
PP管，中文名称为“聚丙烯管”，在PP的大家族里，在建筑领域中，应用较多的是PP-R 管，它的综合性能较好，但是抗蠕变能力、低温韧性较差，人们从改变其结晶形态入手，在 PP-R中加入成核剂，使其α晶型变成β晶型，低温韧性大大提高，抗蠕变能力可以说仅次于PEX，缩写为“PP-RCT”，已被纳入DIN8077和DIN8078中，并被标注为IV型聚丙烯（IVPP）；预料PP管材在建筑领域中，特别是生活冷热水系统中，其地位会有所提升。作为资料，把PEX、PP-R、PE-RCT三种塑料管材的等应变蠕变曲线图列下供业内同行参考。从图上可以看出，PEX管的等应变蠕变曲线上没有拐点，且曲线斜率很小，这就是它抗蠕变能力强的最有力的证明；PE-RCT管的等应变蠕变曲线与PEX管的等应变蠕变曲线极为相近，力学性能甚至略高，而PP-R管的等应变蠕变曲线则相差甚远，不仅斜率很大，并且在70℃的曲线上就开始出现了拐点。
4 PB-1管
PB-1管，中文名称为“聚丁烯-1管”，它的耐热性，力学性能较好，但抗划痕能力极差，产量上不去，成本自然就高，其应用每况愈下。军星对PB-1管做了大量深层次的研究，希望能拉它一把，并已取得了一些进展。众所周知，聚丁烯-1制品下机后需在室温下静置5-7天，待其结晶完成后，方可作为制品使用。在这5-7天中，不仅其晶粒尺寸长大了，而且晶型也由II型变成了I型，制品几何尺寸和制品性能也在这5-7天变定，如图5-图11分别是从第一天到第七天获得的偏光显微镜照片。从图上可以看出，7个试样晶粒之间堆砌紧密，相互拥挤，有明显的“黑十字消光”现象，说明PB-1结晶形成的晶型是球晶。刚开始形成大量的晶粒，晶粒之间紧密碓切，相互拥挤，单位面积晶粒数目多，晶型相对不完善，随着时间的延长晶型逐渐完善，晶粒明显变大，到第六天时，球晶尺寸已达到约150um。
5 导热塑料管
塑料管的导热系数小，在有的应用场合是一个优点，如热媒的输送，可以减少热能的损失，上述的PPS管做热水或蒸汽的输送管道，管材的导热系数越小越好。但有的应用场合管材的导热系数小就变成了缺点，如地源热泵所用的地埋管，它的主要功能是热交换，此时就需要管材的导热系数越大越好；导热系数高的塑料如聚乙炔价格是目前市场难以接受，比较成熟的技术是对普通塑料进行填充改性，在导热系数小的合成树脂中，添加导热系数高的材料，其导热系数提高到与井壁土壤导热系数相近即可；虽然难度很大，但对提高地源热泵的工作效率将是十分显著的，符合节能减排的国策。
6 地暖管的改进
经过6-7年的努力，地暖管材市场的规范度得到相对提高，回想一下2000年前后，我国的地暖管材市场何其混乱，一些假冒伪劣的塑料管退出了舞台。目前地暖管材市场上的管材品种以PE-Xa管为主，PE-RT管次之，少量PE-Xb管、PE-Xc管，这一态势基本与国际看齐。地暖管改进的余地不是很大，但仍然可以改进，如地暖管的透光性、地暖管的阻氧性，在各相关标准中都是有所规定的，甚至地暖管的导热性，虽然标准并未对此有何提法，但都有改进的动向。但需要解释的是，此处所说地暖管的阻氧性，并非市售外包覆阻氧层的阻氧管，而是塑料材料经改性后，其自身所具有的阻氧性在DIN4726规定范围内的阻氧管。