摘 要 在管道领域发生了一场革命性的进步，即“以塑代钢”。随着高分子材料科学技术的飞跃进步，塑料管材开发利用的深化，生产工艺的不断改进，塑料管道淋漓尽致地展示其卓越性能。在今天，塑料管材已不再被人们误认为是金属管材的 “廉价代用品”。在这场革命中，聚乙烯管道倍受青睐，日益发出夺目的光辉，广泛用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域，特别在燃气输送上得到了普遍的应用。
关键词 聚乙烯管 优点 发展
一、聚乙烯燃气管材的特点
聚乙烯燃气管道具有许多卓越的特性，如耐低温，韧性好，刚柔相济。因而在一些特殊用途中更是大显身手，因为在这些领域中，传统材料管子，不是不适用，就是费用大，而且还不能保证管道的安全使用。如钢管、铸铁管最大的问题是在使用期内，普遍发生的腐蚀和接头泄漏。聚乙烯管则具有明显的优点，圆满地解决了传统管道的腐蚀和接头泄漏两大难题。如作为室外线路管敷设在腐蚀性的土壤中，地震地区、山地和沼泽地区;作为承插管插入旧管道中修复、更新旧管道。由于与众不同的施工特点，往往为用户带来巨大的经济效益。如美国资料报导，聚乙烯管安装费用低于钢管道安装费用 50%，而穿插法又比聚乙烯管直接埋地法节约 30-40%。聚乙烯管的主要优点体现在：
1.耐腐蚀。聚乙烯为惰性材料，除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀。无电化学腐蚀，不需要防腐层。
2.不泄漏。聚乙烯管道主要采用熔接连接(热熔连接或电熔连接)，本质上保证接口材质、结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。试验证实，其接口的抗拉强度及爆破强度均高于管材本体，可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。因此与橡胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在因接头扭曲造成泄漏的危险。
3.高韧性。聚乙烯管是一种高韧性的管材，其断裂伸长率一般超过 500%，对管基不均匀沉降的适应能力非常强。也是一种抗震性能优良的管道。在 1995 年日本的神户地震中，聚乙烯燃气管和供水管是唯一幸免的管道系统。正因为如此，日本震后大力推广 PE 管在燃气领域的使用。
4.聚乙烯管道具有良好的抵抗刮痕能力。采用不开槽施工技术，无论是铺设新管或旧管道的修复或更新，刮痕是无法避免的。刮痕造成材料的应力集中，引发管道的破坏。管材抵抗刮痕的能力，与管材的慢速裂纹增长(SCG)行为关系密切，研究证明，PE80 等级的聚乙烯管具有较好的抵抗 SCG 的能力和耐刮痕能力。PE100 聚乙烯管材料则具有更加出色的抵抗刮痕能力。
5.良好的快速裂纹传递抵抗能力。管道的快速开裂是指在管道偶然发生开裂时，裂纹以几百m/秒的速度迅速增长，瞬间造成几十m 甚至上千 m 管道破坏的大事故。快速开裂是一种偶发事故，但其后果是灾难性的。早在五十年代，美国输气钢管曾发生几起快速开裂事故。聚氯乙烯气管和水管均曾发生过快速开裂事故。实际使用中尚未发现聚乙烯燃气管的快速开裂。因而近 10 年来，国际上对塑料管道，特别聚乙烯燃气管的快速裂纹传递进行了大量卓有成效的研究工作。结果表明，在常用的塑料管材中，聚乙烯抵抗裂纹快速传递的能力名列前茅。如 UPVC 的动态断裂韧性 KD 为 1.8MNm-3/2，PP-R 的 KD 为 1.6MNm-3/2，而 PE80 的 KD 则为 2.9MNm-3/2，PE100 的 KD 则高达 3.8MNm-3/2。温度越低，管径和壁厚越大，工作压力越高，塑料管道快速开裂的危险性越大。因此，聚乙烯管道，特别是PE100 管 更 适 宜 做 大 口 径 管。目 前，国 外 的 聚 乙 烯 燃 气 管 材 标 准(ISO4437-1997 和 EN1555)已将耐快速开裂扩展(RCP)列入标准之中。
6.聚乙烯管道使用寿命长，可达 50 年以上，这是国外根据聚乙烯管材环向抗拉强度的长期静水压设计基础值(HDB)确定的，已被国际标准确认。此外，聚乙烯管道重量轻也是一重要因素。
二、聚乙烯燃气管原料特性及其发展
聚乙烯管习惯上按照密度分为低密度及线型低密度聚乙烯(LDPE 及 LLDPE)管(密度为 0.900-0.930g/cm3)，中密度聚乙烯(MDPE)管(密度为 0.930-0.940g/cm3)和高密度聚乙烯(HDPE)管(密度为 0.940-0.965g/cm3)。由于材料的不断进步，根据发展阶段和性能的不同，产生了材料的等级分化，密度不能反映聚乙烯作为管材的本质性能，因此目前国际上根据聚乙烯管的长期静液压强度(MRS)对管材及其原料进行分类和命名。长期静液压强度是指连续施加在该聚乙烯树脂制管管壁上 50 年时引起管材破坏时所计算的在管壁上的环向张应力，该值是管材结构设计的基础。聚乙烯管的工程设计概念与金属管不同，对于金属管的设计，广泛的使用环境温度下的屈服强度系数。而聚乙烯管与金属管不同，它受持续应力及温度变化的影响，因此聚乙烯管的设计应力应根据长期强度来决定，即通过绘制恒温下应力与破坏时间的曲线来确定。根据聚乙烯管的长期静液压强度(MRS)，国际上将聚乙烯管材料分为 PE32、PE40、PE63、 PE80 和PE100 五个等级。目前国际上使用量最大的管材树脂的MRS 值为 8.0MPa(PE80 级)，而 MRS 值为 10MPa(PE100 级)的管材树脂的已开发成功，这种树脂采用双峰分布、己烯共聚技术，在提高长期静液压强度的同时，也提高了耐慢速裂纹增长和耐快速开裂扩展性能，并具有良好的加工性，为提高管网输送压力、增大管道口径、扩大管道应用范围创造了条件。目前 PE100 的管材使用量，特别是在大口径管材上的用量，正在迅速上升。——论文作者：李海艳
