谈居住建筑供水领域中复合管材及其性能特点

2011-08-15肖九梅

上海塑料 2011年3期

关键词：铝塑不锈钢管复合管

肖九梅

(湖北武汉蓝天材料公司,湖北武汉430055)

随着科学技术的不断发展,各种复合管材在给水工程中有着非常广泛的应用。然而,“健康”与“安全”是现代人最为重视的两大主题。饮用水的水质及供水领域中复合管材的安全性就成了人们关注的焦点。

1 居住建筑供水管材受到社会的关注

过去人们广泛使用的镀锌钢管由于存在易腐蚀、不卫生、使用寿命短等弊病,不久前遭到了全球性的禁用命运。

镀锌钢管禁用后,铜管、不锈钢管等高档金属管材在国内给水领域获得了一定范围的应用。其优点:强度高、耐蚀性好、外观华丽、使用寿命长。但是,其高昂的成本大大限制了其应用范围。由于塑料管材存在一些难以克服的内在缺陷,各种金属与塑料的复合管材应运而生。

复合管大多是由工作层(要求耐水腐蚀)、支承层、保护层(要求耐腐蚀)组成。目前市场上有代表性的居住建筑供水领域的复合管材包括:钢塑复合管、铜塑复合管、铝塑复合管、钢骨架塑料复合管、碳钢与塑料复合管、不锈钢与塑料复合管等。

铜管按材质不同分为:紫铜管、青铜管和黄铜管三大类。建筑给水中采用紫铜管。铜管经久耐用。铜的化学性能稳定,耐腐蚀,耐热,可在不同的环境中长期使用,使用寿命约为镀锌钢管的3～4倍。铜管机械性能好,耐压强度高,同时韧性好,延展性也高,具有优良的抗振、抗冲击性能。它对某些细菌的生长有抑制作用。由于铜管本身不耐酸,在潮湿的环境下铜材表面易氧化形成铜绿,铜绿也是一种有毒物质。另外,由于铜的导热系数过大,散热快,如用于输送热水就必须进行保温处理。目前市场上出现了一种在铜管表面复合一层塑料的保温性铜塑复合管产品。该产品除为了解决上述问题之外,也有希望通过依靠减薄铜管管壁以达到降低管材成本的目的。但由于铜本身强度不高,无法采用过薄的壁厚达到使用要求,并产生外复塑层易于老化而缩短使用寿命等缺陷。

铜塑复合管配件为纯铜,价格昂贵。管道易受其他专业施工工序的破坏,修补时浪费配件,造价高于镀锌管道的。

管道系统的经济性并非是由单一的管材决定的,而是有许多因素,如施工、安装、维护、管理、管道系统的使用寿命等综合因素构成。目前铝合金UPVC复合管材相对于UPVC管材,价格较高。它主要是增加了铝合金及特殊防腐材料层。

2 铝塑复合管材

铝塑复合管是近几年发展迅速的一种新型管材。铝塑复合管是以铝合金为骨架,铝管内外层都有一定厚度的塑料管。铝合金UPVC复合管材是在UPVC管材上包覆铝带。其结构为三层管:内层为UPVC塑料管材,中间为铝合金管,外层为表面特殊防腐涂层。塑料管与铝管间有一层胶合层(亲和层),使得铝和塑料结合成一体不易剥离。目前用于铝塑复合管的塑料几乎均是 PE管,PE管又分HDPE或PEX。HDPE或称通用性铝塑复合管,适用于40℃的水温;PEX称内外交联聚乙烯铝塑复合管,适用于75℃的水温。铝塑复合管外层聚乙烯厚度不小于0.4 mm,内层聚乙烯不小于0.8 mm(外层厚度的2倍),铝带厚度0.20～0.25 mm。胶合层所使用的黏接剂(热熔胶)主要采用共聚改性聚乙烯或化学接枝聚乙烯。铝塑复合管具有良好的金属特性和非金属特性。

铝合金UPVC复合管材外层为特殊防腐材料。其特点:附着力强,耐磨性好,耐水性好,以及超强耐候性。

铝合金UPVC复合管材中间层为铝合金管。其特性是抗蚀性好,无应力腐蚀开裂倾向,能很好保护内层塑料管。内管为UPVC管材,可跟据需求选用实壁、螺旋、中空发泡、压力给水等管材。

铝合金UPVC复合管材具有抗紫外线,使用寿命长,耐冲击,耐腐蚀,防火,外观色彩多样化等物理性能。

根据内管的结构,铝合金UPVC复合管的品种有铝合金UPVC复合管材、铝合金UPVC中空发泡复合水管、铝合金UPVC螺旋复合水管、铝合金UPVC压力复合水管等。它们能完全符合市场对系列管材的要求。

3 孔网钢带聚乙烯复合管材和复合涂塑焊接钢管

孔网钢带聚乙烯复合管是以冷轧钢带焊接的孔网管为增强骨架,以冷轧带钢和热塑性塑料为原料,以多孔薄壁钢管为增强体,外层和内层双面复合热塑性塑料的复合压力管材。由于引入增强骨架,管材的耐压强度显著提高。这种复合管既克服了钢管和塑料管各自的缺点,又具有钢管的刚性和塑料管的耐腐蚀性。管道具有以下特点:钢管架管道本身承受的外压强度能力较弱,在遭受外力时变形甚至破裂,以及在地面沉降不均时破裂。DN250口径以下最大工作压力通常在1.6 MPa,超过DN 250口径最大工作压力在1.0 MPa;长期工作温度应在50℃以下,应用范围较窄。采用热熔方式连接,施工要求较高。

复合管用的钢带应采用 YB/T 5059规定的宽度及厚度较高精度的(K)、软态(R)、无没低碳钢带。高密度聚乙烯 (HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)应是给水(食品级或卫生级)用管材专用料,加入的添加剂应分散均匀;冷水管的颜色为白色或蓝色,热水管为橙红色;管的内、外表面应光滑平顺。两端应切割平整,与封头环熔结良好,无裂缝,熔结处平整,无划伤、毛刺;复合管的公称长度为6 000 mm;环刚度应不小于1 MPa,纵向回缩率应不大于0.3%。

涂塑复合钢管是国内新近开发的一种新型管道材料。采用内外均有涂塑保护层,中间为增强焊接钢管或无缝承压钢管的复合结构。它克服了钢管本身存在的易生锈、腐蚀、高污染,以及塑料管强度低、易变形等缺陷,整合了钢管和塑料产品的优点,属于国家推广使用的环保产品。涂塑复合钢管是在钢管内壁熔融一层厚度为0.5～1.0 mm的聚乙烯(PE)树脂、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、环氧(EP)粉末、无毒聚丙烯(PP)或无毒聚氯乙烯(PVC)等有机物而构成的钢塑复合型管材。它不但具有钢管的高强度、易连接、耐水流冲击等优点,还克服了钢管遇水易腐蚀、污染、结垢及塑料管强度不高、消防性能差等缺点,设计寿命可达50年。主要缺点是安装时不得进行弯曲。热加工和电焊切割等作业时,切割面应用生产厂家配有的无毒常温固化胶涂刷。涂塑复合钢管一般采用外层为镀锌钢管或者黑铁管为基体,内层为食品级环氧树脂,外层为改性环氧粉末涂料,以先进的工艺在内、外壁熔融、喷涂或吸附环氧树脂粉末涂料,并经高温固化的新型复合管材,作为普通自来水管的更新换代产品。它既有钢管的强度与刚度,又具有塑料管内壁非常光滑、自润滑性好、不生锈、不结垢、流体阻力小、耐冲磨、防腐蚀、抗菌卫生性能好及柔韧性等优点。

与内衬钢/塑复合管材相比:涂塑复合钢管线膨胀系数更低、不缩径。由于食品级环氧树脂是一种极性材料,与钢管的结合力极强,在常温下长时间不会出现分离、脱落现象,特别是在抗热胀冷缩方面具有更佳的表现,其耐候性更好。涂塑复合钢管完全可满足给水管、燃气管等埋地铺设使用,并可采用传统方法安装,施工非常方便。

双金属焊接复合涂塑钢管是目前最新型的复合管材。双金属焊接复合涂塑钢管内壁涂敷塑料防腐层,在管道的端口5～10 cm的范围内衬1 mm厚的不锈钢薄板。该管道的防腐性佳,可保障水质。双金属焊接复合涂塑钢管的特点:连接方式与碳钢不锈钢复合管的相同;作为焊接本体连接,连接口的强度与钢管一致;在地质沉降不均时比任何其它钢塑复合管道的抗压强度都好;管道的压力等级可满足任何需求。该管道难于现场制作,须在专业制造厂生产,且制作完毕后无法修改。施工技术要求较高,碳钢不锈钢复合管的端口均有坡口,采用双金属焊接连接时,先用不锈钢焊条焊接内层不锈钢,然后用碳钢焊条焊接外层钢管。由于在焊接过程中产生的高温会破坏内涂塑层,应在焊缝热量影响区用湿棉布包扎,并在焊接时浇冷水降温。双金属焊接复合涂塑钢管内涂环氧树脂。环氧树脂为热固性材料,管道制作完毕后,与外侧钢管的膨胀系数接近,可避免热滚塑钢管在使用过程中因管道热胀冷缩造成滚塑层的脱落。

4 不锈钢与碳钢(或塑料)复合管材

碳钢不锈钢复合管是以普通无缝钢管为基体,内衬各种材质的不锈钢的管材。目前市场上碳钢不锈钢复合管分为两种:一种是内衬不锈钢(304)无缝管的复合管材,经过冷拔复合工艺,使不锈钢管与外面的碳钢管紧密成型一体;另外一种是内衬薄不锈钢卷的复合管。前者工艺尚不成熟,市场上的最大口径一般也只做到了DN150,价格也较高;后者由于内衬不锈钢薄卷,如果焊接不当,很容易造成内衬不锈钢卷与外壁碳钢管之间脱开,仍会引起管道的损伤和腐蚀。目前实际使用中的最大管径为300 mm,价格也较低。

碳钢不锈钢复合管的特点:可直接用不锈钢焊条堆焊连接,也可采用法兰连接;管道便于现场修改;承受的环境温度可较高。但其技术尚不成熟且价格高,必须用无缝钢管制作。

碳钢不锈钢复合管在使用中不会出现复合材料脱落、龟裂,脱层等情况。复合层不会老化,涂层不可能厚薄不均匀,压力、温度、流速变化的情况下对其内衬的复合材料是没有影响的。

碳钢不锈钢复合管施工技术复杂。碳钢不锈钢复合管管道两端的不锈钢管伸出外侧碳钢管1～2 cm,供焊接时使用。焊接连接时先焊内侧的不锈钢,然后在接口处补钢带焊接,一般要焊两道。

不锈钢复合管的优点:结构规格参照国标同比电焊钢管的力学性能和机械强度,耐高压、耐高温;材料成本同口径每米比镀锌管的低,是不锈钢管的1/2～1/3;管接件的结构形式和连接方法与铝塑复合管的相同,不需攻丝和铰螺纹;管内壁粗糙度比铝塑复合管的低,流速高,不结污垢,流量比其他同口径管的高30%～50%,是净水工程最佳管材;耐酸碱腐蚀性,使用寿命长。

不锈钢塑料复合管是在普通塑料管的外壁,经过特殊的加工工艺,复合一层很薄的不锈钢管的新型复合管材。因此,不锈钢塑料复合管刚既具备了塑料管卫生、耐蚀、导热系数小、输水性能好等优点,又克服了塑料管表面硬度低、刚性差、线膨胀系数大、耐紫外线照射能力差、易老化等缺点。它既具备了不锈钢管表面硬度高、强度好、耐冲击、外观高档华丽等优点,又克服了纯不锈钢管价格昂贵的缺点。因为不锈钢层很薄,用料少,管材主体仍为塑料管,成本低。所以不锈钢塑料复合管综合了不锈钢管与塑料管各自的优点,是目前技术条件下一种综合性价比较好的新型管道,是替代镀锌管的首选产品。

不锈钢塑料复合管材采取连续焊接式生产。其外层为不锈钢,内层为塑料管,其之间有黏结层形成三层结构。这种特殊结构使其具有以下特点:不锈钢层经热熔胶与塑料管复合形成新型材料成为三层牢固结合的整体,其强度大大超过较厚不锈钢的空管,并使其质量减轻,比强度高;表面不锈钢管层经抛光,坚硬,强度高,装饰效果特别好,既可用于流体输送管,又可用于装饰管,并可用于某些结构用管。可因其使用场合不同选用不同的内层塑料和不同黏结剂,使管材清洁无害。不锈钢塑料复合管其外层采用SUS 304不锈钢,耐腐蚀,极富装饰性。因采用特殊成型方法,使外层不锈钢管直径壁厚比SDR>80,成为超薄壁,在保证耐压强度的前提下减少了用料,提高了性价比。

薄壁不锈钢复合管,国内于20世纪90年代末才开始生产使用,是当今管材领域崭露头角的新生族,已大量应用于建筑给水管路。薄壁不锈钢复合管经久耐用,已被工程界公认,而且有关方面正在从减小壁厚、降低价格方面着手,以利于进一步推广。由于配套的连接方法、管件之可靠性及价格是决定发展的主要因素,同时,建设部很重视薄壁不锈钢复合管材的推广应用,特别是小口径的不锈钢复合管价格不高,有着广阔的发展前景。

不锈钢复合管具有安全可靠、卫生环保、经济适用等特点,已被国内外工程实践证明是给水系统综合性能最好的、新型、节能和环保型的管材之一,也是一种很有竞争力的给水管材。