聚乙烯在管材中的应用研究

孟宇 张金刚

（河北恒安泰油管有限公司 河北 衡水 053512）

引言

聚乙烯的化学式为( C2H4)n 简称PE，聚乙烯管，也就是PE管的使用领域广泛，其中给水管和燃气管是其两个最大的应用市场[1]。PE的树脂材料,都是由单体的聚乙烯合成,成本相对低廉，没有毒性，手感与蜡类似，而且因为聚乙烯在合成时的压力，温度等不确定因素的影响，会导致单体的聚乙烯在合成时的聚合反应不同，最后得出的树脂密度差异较大，大体可分为低密度，中密度和高密度的聚乙烯。

1 PE管材的发展历史

国际上通常会把PE管材料，分为五个不同的级别。根据应用的不同，根据相映的应用条件，来选择不同的树脂，加工出不同类型的PE管材。运用树脂来进行加工不同类型的聚乙烯管，可以分为三个不同的阶段：第一阶段，主要有HDPE和LDPE两种，聚乙烯管材料，而这两种据悉管材料分别是通过不同的低压合成法和高压合成法制成，但是这种聚乙烯管适用能力较差，通常的使用寿命较短。第二阶段，聚乙烯管最早用于输水，到了60年代，主要在PE32及PE60管材料基础上增加共聚单体，也被现在称为PE80的聚乙烯。HDPE具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力，耐环境应力开裂性能也非常突出，逐渐被应用为输送燃气。通过改性得到的聚乙烯管材材料为PE80级的，最小密度在0.938g/cm左右，分为M DPE管材和HDPE管材，也就是说，中密度和高密度的管材。利用这种方式制备会使抗应力开裂性会变得较好，在冬天施工时，管子不会裂开，可以更大程度上增加PE管的使用寿命。第三阶段，在80年代初期的时候，第三代聚乙烯管材，随着改革开放的发展，也迎来了他的新时期，聚乙烯的管道逐渐代替了钢管，用于燃气的传输。聚乙烯管在融合制作时加入的重金属较少，没有结垢层，从而不会滋生很多细菌，对于燃气的输送也会变得更加安全，并且这个时候的管道韧性较好，在受到外力重力压迫的时候，也不会导致管道直接破裂，导致燃气外漏。这使管道使用时更加安全。

2 聚乙烯管材的应用

2.1 聚乙烯管材在发展中的应用

聚乙烯(Polyethylene，PE)是由乙烯聚合而成之聚合物，产物成长至今已有60年左右汗青，目前环球聚乙烯产量居五大泛用树脂之首。聚乙烯依聚合法子、份子量凹凸、链布局之分歧，分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯。低密度聚乙烯(LowDensityPolyethylene，LDPE)俗称高压聚乙烯，因密度较低，材质最软，主要用在塑胶袋、农业用膜等。高密度聚乙烯(HighDensityPolyethylene，HDPE)俗称低压聚乙烯，与LDPE及LLDPE相较，有较高之耐温、耐油性、耐蒸汽浸透性及抗环境应力开裂性，别的电绝缘性和抗打击性及耐寒机能很好，目前主要应用于吹塑、注塑等范畴。线型低密度聚乙烯(LowLinearDensityPolyethylene，LLDPE)，则是乙烯与少量高档α-烯烃在催化剂存在下聚合而成之共聚物。LLDPE表面与LDPE相似，透明性较差些，惟概况光芒好，具备低温韧性、高模量、抗弯曲和耐应力开裂性，低温下抗打击强度较佳等长处，目前LLDPE应用范畴几近已浸透到所有LDPE市场。现阶段LLDPE和HDPE处于生命周期的发展阶段；LDPE则在1980代末渐渐进入成长成熟期,目前世界上已少有LDPE设备投产。聚乙烯可用挤出、注射、模塑、吹塑和熔纺等法子成型，遍及应用于产业、农业、包装及日常产业中，在中国应用相当遍及，薄膜是其最大的用户，约消耗低密度聚乙烯77%，高密度聚乙烯的18%，别的，注塑成品、电线电缆、中空成品等都在其消费布局中占有较大的比例，在塑料产业中占有举足轻重的地位。

2.2 聚乙烯管材在油田上的应用

聚乙烯柔性复合管是具备较高的强度、高压力、耐腐蚀性、摩擦阻力系数较小、保温性能较好、柔韧性较好以及寿命长等特点，在石油天然气工业当中的应用频率比较高，应用效果比较理想。柔性复合管结构由内到外主要是由管芯、增强层、外包层构成，其中芯管主要是以高密度聚乙烯管为主。增强层主要是以管芯上编织和缠绕的增强纤维丝以及钢丝绳为主，其增强纤维层之间采用年结合剂进行粘连。外包层主要是以聚乙烯防腐材料为主，具备较高的防腐蚀性功能。聚乙烯柔性复合管的工作压力为0至32MPa。 聚乙烯柔性复合管相对于钢管而言，其优势比较多，主要在于以下几个方面：（1）耐腐蚀性较高，除少数氧化剂外，不怕多种化学剂的侵蚀；（2）管道的内壁不容易堆积污垢，不容易滋生细菌，在石油传输过程中，使管道运输的安全系数比较高；（3）管道的质量轻便，焊接的工艺比较简单，而且输送流体的阻力非常低，在使用过程中可以根据实际的地形来进行管道的弯曲，管道可以根据地形的起伏来调整弯曲的幅度，更好地适应恶劣的地理环境，提升油气管道的施工效率，而且油到的使用寿命通常可以达到50年左右；（4）传热系数比较低，绝热性能比较理想，最高的使用温度可以达到110℃，并且不需要使用任何的防腐保温材料，在石油领域中的应用较为理想；（5）操作便捷，施工简单快速，降低人力资源的投入，控制施工周期。除此之外，聚乙烯柔性复合管不仅施工操作简单，而且在简单的施工操作之后，柔性复合管的施工 性能非常理想，一般情况下柔性复合管的施工要求显著低于钢制管道的施工要求；（6）运输质量较高，弯曲半径一般可以控制在1米之内；（7）管道的长度可以按照施工现场的实际情况进行针对性生产，在提升对施工现场实用性的同时，可以降低管道材料的浪费状况；（8）抵抗低温冲击的性能比较理想，最低的工作温度可以达到零下35℃；（9）管道储存较为方面，所呈现的占地面积比较少，可以作为应急管道使用，应急成本和应急能力比较理想；（10）柔性复合管的运输、储存方式较为简单，在运输过程中不需要刻意的保护，在运输方面的成本比较低。从而可以看出，复合的管道在油田运输中的作用，十分突出，管道的应用，对社会的发展也具有重要的作用。

3 结语

聚乙烯材料，主要以良好的卫生性能、卓越的耐腐蚀性能、使用性能的持久性、还有低廉的价格，成为管道中的娇娇者。另外由于聚乙烯柔性复合管具备非常强的抗腐蚀性、抗渗漏能力，所以当前许多油气开采工程中都有广泛的应用，并且其应用重要性也越发明显。