国内外低熔垂大口径聚乙烯管材专用料的发展概况*

李连鹏,王 硕,石俊学,陈光岩,李晓东，宋晓慧，丛港先

(1.中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中国石油吉林石化公司 乙烯厂，吉林 吉林 132022；3.中国石油吉林石化公司 电石厂，吉林 吉林 132021)

聚乙烯(PE)管材料具有突出的耐化学腐蚀性、焊接性能好、对输送介质无污染、使用寿命长、制造安装费用低等特点，被广泛地应用于市政工程建设、农业生产以及石油化工等领域。

PE管材料开发至今已经有50多年的历史，按照国际标准ISO9080-2012[1]和ISO12162-2009[2]将PE管材分为PE32、PE40、PE63、PE80、PE100等级别。近些年来，国外各大公司在PE100管材料的基础上，推出了适合于大口径管材生产的低熔垂材料，由于其具有优异的性能，使得大口径PE管道在生活给水、海水养殖、海水淡化工程、输送腐蚀性介质或淤浆、应用于腐蚀性的土壤环境以及用于内衬法修复旧管道等领域，具有得天独厚的优势，因此市场需求保持持续稳定的增长。

1 低熔垂大口径PE管材的特点

在大口径管材挤出过程中，由于管壁厚，冷却固化的速度慢，熔体会在重力的作用下下垂，造成上面壁厚小，下面壁厚大，即“熔垂效应”，使得制得的管壁达不到所要求的公差，不能实现符合要求的对接熔融焊接。通过调整口模间隙即增加上部间隙、减小下部间隙，虽可以在一定程度上进行补偿，但这种补偿能起到的效果也很有限。研究结果表明，高密度聚乙烯(HDPE)管材的抗“熔垂”性能好坏和零切粘度大小有关，零切粘度越大抗“熔垂”性能越好[3]。而从PE材料结构的角度而言，双峰相对分子质量分布结构设计是低熔垂材料研究的方向，因为低相对分子质量部分决定了材料的加工性能，高相对分子质量部分决定了抗熔垂性能，抗“熔垂”性能好的双峰管材料的重均相对分子质量更高，高相对分子质量部分的含量更多[4]。因此，为了解决PE管材的熔垂现象，原料供应商在PE100管材专用料的基础上，通过优化双峰聚合工艺条件，平衡产品的加工性能和力学性能的关系，开发出低熔垂大口径PE管材专用料。

2 国外低熔垂大口径PE管材专用料的发展概况

在国外，低熔垂大口径PE管材专用料的生产技术相对成熟，牌号较多，主要生产商有北欧化工、道达尔石化、英力士等公司。

(1) 北欧化工(Borealis)公司

北欧化工公司采用北星双峰(Borstar)专利技术来生产BorSafeTM系列PE管材专用料，开发的专用料具有优良的柔韧性和很好的强度。其中HE3490-LS(黑)、HE3492-LS(橙)和HE3494-LS(蓝)具有优良的抗熔垂性能，特别适合于大口径管材的生产，生产的管材口径最大可达2 000 mm。

(2) 道达尔石化(Total petrochemicals)公司

道达尔石化公司采用双环管淤浆工艺生产PE100级管材料，共聚单体均为己烯。其中，该公司开发的Xsene系列管材中，XLS12B具有很好的抗熔垂性能，适用于大口径管材的生产。该种原料在实验室的应力流变分析实验中表现出非常好的抗熔垂性(如图1所示)，同时在商业领域拓宽了大口径厚壁管的生产范围，可以生产1 600 mm×135 mm的管材，壁厚偏差只有5 mm。

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(3) 英力士(INEOS)聚烯烃公司

英力士聚烯烃公司采用InnoveneTMS双环管淤浆聚合工艺来生产ELTEX系列HDPE管材专用料， 产品种类较多，其中压力管道树脂是该套工艺最具有特色的产品，具有优秀的耐蠕变破坏、耐慢速裂纹增长和耐快速裂纹扩展性能，同时具有优异的加工性能。英力士聚烯烃公司主要大口

径管材专用料有TUB121N3000(黑)和TUB124N2025(蓝)2种。

(4) 沙特基础工业(Sabic)公司

沙特基础工业公司在德国Gelsenkirchen市的HDPE装置采用双峰淤浆聚合工艺技术，使用自行开发的催化剂，生产低熔垂大口径管材专用料SABICVestolen A RELY 5924R，该产品可以挤出生产DN2000mm或者壁厚达到100 mm的管材料。

(5) 美国陶氏化学(DOW)公司

美国陶氏化学公司采用UNIPOLTMII聚合工艺，采用2个气相流化床反应器串联，来生产双峰PE管材料CONTINUUMTMDGDA-2492BK，该产品具有杰出的耐慢速裂纹增长和耐快速裂纹扩展性能，熔体强度高，适用于大口径工业管材的生产。

此外，利安德巴塞尔(LyondellBasell)工业公司开发的CRP100 XL Black和韩国三星道达尔石化公司开发的P110A也可用来生产低熔垂大口径PE管材。

表1列出了国外公司低熔垂大口径PE管材专用料的性能指标。

表1 国外低熔垂大口径PE管材专用料的性能指标

3 国内低熔垂大口径PE管材专用料的发展概况

近些年来，国内各石化公司为了提高企业的市场竞争力，加大了科技创新力度，引进先进的催化剂体系和对现有聚合工艺技术进行优化研究，开发了低熔垂大口径PE管材专用料，实现了PE管材产品的差别化和高端化。

2012年和2013年，大庆石化公司和独山子石化公司先后在UNIPOL全密度PE装置上，利用进口的PRODIGY BMC-200催化剂，1-己烯为共聚单体，通过控制相对分子质量分布和共聚单体的组成，开发了单反应器双峰低熔垂大口径PE管材专用料UHXP-4808。2013年5月，吉林石化公司利用赫斯特淤浆聚合装置，在双峰PE100级管材料JHMGC100S的工艺基础上进行了工艺优化，成功开发了低熔垂大口径PE管材专用料，同时完成了产品的加工应用实验，产品质量得到了用户的认可[5]。2014年，独山子石化公司利用5万t/a HDPE混配料生产线，开发了低熔垂大口径管材混配料UHXP-4808B，其主要物性指标和应用性能通过独山子石化公司研究院的性能评价。

4 国内外低熔垂大口径PE管材的应用情况

国内外塑料管的应用都是从较小直径起步，逐步向较大直径(DN800 mm以上)发展。由于塑料管是“环境友好”的绿色建材，和传统管道比较可以显著减少碳排放，出于对环境报告的重视，近些年来国内外大口径塑料管出现了良好的发展趋势。

大口径厚壁PE管材主要应用于污水排放、海水淡化厂的海水输送、工业冷却水供给、饮用水输配等领域。在生产大口径厚壁PE管材时，随着最大工作压力的增大，管材的壁厚也逐渐增加，如表2所示，因此在选用原料时，一般采用低熔垂PE管材专用料，使生产的管材壁厚均匀。

在国外，大口径PE厚壁管材的挤出生产线、配套焊接设备和施工方案都比较完善，应用案例也比较多。比如，西班牙Pescanova渔场集团子公司Acuinova公司在葡萄牙北部Mira扩建项目，采用5 300 m的大口径(DN2 000 mm×76.9 mm)管材，将海水输送到养鱼场的鱼池中，采用的原料为道达尔石化XLS 12B。博禄公司中东聚合装置安装了一个DN1 600 mm长25 km的PE100海水冷却管道，采用的原料为北欧化工的HE3490LS。

表2 管材壁厚比(SDR)、最大运行压力(MAOP)和管道壁厚关系

1) DN800指管道公称外径为800 mm，其它依此类推。

在国内，由于PE管道和传统的球墨铸铁相比，具有卫生、抗腐蚀和铺设方便快捷的优势，同时符合国家的“节能减排”方针，因此低熔垂大口径PE管材在我国的应用也逐年增多，用于中水管道和饮用水的输送、排海管道等领域。比如，在河北曹妃甸产业园铺设了长度6 718 m，DN1 000 mm口径的PE100级给水管道，作为工业水厂主输水管线。北京市排水集团中水公司在亮马桥中水管道的铺设过程中，采用DN1 200 mm、壁厚达到70 mm的管材。

5 发展建议

随着我国城镇化建设的快速推进以及国家加大对农业、水利、城市管网等基础设施建设的投入，将为塑料管道发展带来新的发展机遇。与国外管材原料生产企业相比，国内石化企业还存在着一定的差距和不足，建议在以下方面开展工作。

(1) 开发高性能高附加值的PE管材专用料。近些年来，虽然国内石化企业加大了科研力度，能够生产PE100级管材专用料的厂家增多，但是和国外企业相比，在燃气管材、低熔垂大口径管材以及PE100-RC抗划痕管材等方面，还有着很大的差距，需要加大企业创新力度，开发高性能高附加值的管材专用料，提高企业的市场竞争力。

(2) 建立完善的技术服务体系，提高技术支持水平。国内各大石化企业应当建立生产-销售-科研-技术服务一体化的工作模式，组建高水平的技术服务队伍，从材料的鉴别、管材的加工和施工质量等方面入手，为客户提供强有力的技术支持。

参 考 文 献：

[1] 国际标准化组织.ISO 9080：2012 Plastics piping and ducting systems-Determination of the long-term hydrostatic strength of thermoplastics materials in pipe form by extrapolation[S].瑞士：国际标准化组织，C2012.

[2] 国际标准化组织.ISO 12162：2009 Thermoplastics materials for pipes and fittings for pressure applications-Classification,designation and design coefficient[S].瑞士：国际标准化组织，C2009.

[3] DesLauriers P J,McDaniel M P,Rohlfing,et al.A comparative study of multimodal vs bimodal polyethylene pipe resins for PE-100 applications[J].Polymer Engineering and Science,2005,45(9):1203-1213.

[4] 沈继红.用固体核磁技术分析PE100管材料的抗熔垂性[J].合成树脂及塑料,2007,24(4):12-15.

[5] 毕家林,李连鹏,胡建洪，等.国内外PE100级管材专用料的发展和应用概况[J].弹性体,2014,24(2):73-79.