PE管材详细讲解

1应用范围

20世纪90年代以来我国的合成树脂工业蓬勃发展，产量和消费一直保持着良好的增长势头。连美国、日本、德国、韩国之后，居世界第五位。但是，塑料管道所需的各种专用树脂尚有较大缺口，在我国虽然PE和PP树脂产量很大，但适合做管材的树脂不多，尤其是适合做城市供水、城市燃气输送用的PE管专用料和建筑冷热水用的PP-R专用料更少，还需进口一定数量的塑料管道专用树脂。

2管道发展

我国塑料管道发展很快，质量在不断提高。其中聚乙烯PE管由于其自身独特的优点被广泛的应用于建筑给水，建筑排水，埋地排水管，建筑采暖、输气管，电工与电讯保护套管、工业用管、农业用管等。其主要应用于城市供水、城市燃气供应及农田灌溉等领域。

3特性效益

我们以附件表格中《常见给（冷）水管道特性的比较》来进行分析

耐腐蚀性

（1）聚乙烯具有优良的耐腐蚀性、较好的卫生性能和较长的使用寿命

聚乙烯为无惰性材料，除少量强氧化剂外，可耐多种化学药品侵蚀，且不易滋生细菌。众所周知钢管、铸铁管被塑料管所取代的原因不仅是因为塑料管材比其输水能耗低、生活能耗低、重量轻、水流阻力小、安装简便迅速、造价低、寿命长、具有保温功能等，还因为塑料管耐腐蚀、不易滋生微生物等性能优于钢管及铸铁管。

聚乙烯管材的使用寿命为50年以上，这一点不仅已为国际标准和国外的一些先进标准所确认，而且已经被实践所证明。

聚乙烯能够推广应用的另一个原因是因为聚氯乙烯日益受到环境保护方面的压力。首先是聚氯乙烯本身的卫生性能问题：众所周知，在正规生产和严格控制下生产聚氯乙烯管是可以保证卫生性能的，容许应用在饮用水领域。但是还是有人担心在控制不严的地方可能会发生问题：如聚氯乙烯树脂中氯乙烯单体的超标，在给水用聚氯乙烯管的配方中误用了有毒的助剂。把不保证无毒的排水用聚氯乙烯管和管件误用到了给水管和管件等。其次是聚氯乙烯管的回收问题：聚氯乙烯和聚乙烯一样是热塑性塑料，从理论上讲都是可以利用的，但是各国的证明，旧塑料制品能回收再生的比例有限，主要的处理方式是焚烧回收能源，聚氯乙烯因为含氯，在焚烧时控制不好就可能产生有害物质，而聚乙烯仅含碳氢，焚烧后生成水和二氧化碳。

柔韧性和耐刮痕

（2）聚乙烯具有独特的柔韧性和优良的耐刮痕的能力

聚乙烯管道系统的挠性有着巨大的技术经济价值。聚乙烯的挠性是一个重要的性质，它极大的提高了该材料对于管线工程的价值。良好的挠性使聚乙烯管可以盘卷，以较长的长度进行供应，避免了大量的接头和管件。例如在全国城市改水示范单位——南通自来水公司在一户一表改造中选材时便充分利用了PE小口径管材可盘卷的特性，从水表至用户一根管材到底，中间无须管接头，既节约了成本，又提高了工效。PE小口径管的这种特性已得到全国各城市有水表出户工程的自来水公司的认可，成为其改水作业的首选产品。同时，挠性和重量轻及具有优良的耐刮痕能力，使之可采用多种可减轻对环境和社会生活的影响且费用经济的安装方法，如免开挖施工技术。免开挖施工技术是指利用各种岩土钻掘的技术手段，在地表不开沟（槽）的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的施工技术。多种免开挖施工技术非常适宜采用聚乙烯管材，如铺设新管线的水平定向钻进和导向钻进法，原位更换旧管线的胀管法及修复旧管线的穿插更新内衬法及各种改进的内衬法（折叠变形法、热拔法和冷轧法）。

PE独特的柔韧性还使其能够有效的抵抗地下运动和端载荷。从表面上看，强度和刚性方面，塑料埋地管不及水泥管及金属管道，但从实际应用看，塑料埋地管是属于“柔性管”，在正确设计和铺设施工下塑料埋地管是和周围土壤共同承受负载的。所以塑料埋地管不需要达到“钢性管”一样的强度和刚性就可以满足埋地使用中的力学性能的要求。同时，聚乙烯的压力松弛特性可有效地通过形变而消耗应力，其实际轴向应力水平远比理论计算值低，而且其断裂伸长率一般都大于500%，弯曲半径可以小到管直径的20～25倍，是一种高韧性材料，对地基不均匀沉降的适应能力非常强，这些特点使其成为抵御地震、地基沉降以及温差伸缩的最为优秀的管道。例如在1995年日本神户大地震中，PE给水管及燃气管就是唯一幸免的管道系统。

耐低温

（3）聚乙烯具有非常突出的耐低温性能

PE管的低温脆化点为-70℃，优于其他管道。在冬季野外施工时聚氯乙烯（PVC-U）管容易脆裂，我国北京地区铺设聚氯乙烯（PVC-U）埋地给水管试点工程中总结的一条经验是温度在零度以下就不适宜进行聚氯乙烯（PVC-U）管的铺设施工了。还有一个明显的佐证，为改进PP的韧性和低温耐冲击性能，可将乙烯与丙烯单体共聚制成无规共聚聚丙烯（PP-R），其一般采用iPP的工艺路线和方法，使丙烯和乙烯的混合气体进行共聚合，得到主链中无规则地分布着丙烯和乙烯段的共聚物（即PP-R管材料），PP-R管材料中的乙烯含量大多在3%左右。但改善后的PP-R耐低温性能仍不尽人意，其脆化点约为-15℃，远高于聚乙烯管的脆化点温度-70℃。

裂纹增长断裂韧性

（4）聚乙烯具有良好的快速裂纹增长断裂韧性

发生快速裂纹增长破坏时，裂纹可以100～45m/s速度快速扩展几百米至十几公里，造成长距离管路损坏，发生大规模泄漏事故，以及后续的燃烧爆炸（输天然气）或洪水（输水）事故。这种事故发生概率不大，一旦发生，危害极大。对塑料压力管的持续发展来讲，防止发生快速裂纹增长破坏要求的重要性已经超过了对长期寿命强度性能的要求。其原因为：在同一SDR（管材直径与其厚度之比）时，计算的长期寿命—长期强度与增大管径无关（实际上大口径管可能比小口径管安全），但快速裂纹增长危险随管径增大而增加。在现有大品种塑实验方法料管中，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯管等，达到一定管径时，由防止快速裂纹增长破坏所决定的许用压力，总是比由长期强度问题所决定的许用压力低。也就是说，按防止快速裂纹增长破坏的要求决定了许用压力后，长期寿命（如20℃，50年）要求可自行得到满足；快速裂纹增长断裂韧性差的材料将遭到淘汰，不管它的长期强度性能好或坏。如聚氯乙烯（PVC-U）燃气管已经基本上全部被聚乙烯（PE）燃气管所取代。欧洲聚氯乙烯（PVC-U）给水管被聚乙烯（PE）管取代的趋势已经明朗。

我国尚未建立监控快速裂纹增长破坏的试验装置。我国的塑料压力管标准都未涉及这一问题，这表明我国的塑料压力管水平比世界一般水平至少落后一个发展阶段。

聚乙烯管道安装

（5）聚乙烯管道安装连接方便、可靠

聚乙烯管可以用比较方便的热熔对接、承插方法得到可靠的、内表面与原管材接近的牢固连接（连接处有不大的熔接凸起环），或采用专门的电熔管件连接聚乙烯管。对于小口径管材还可以采用我们公司生产的卡压式连接，连接方便可靠（此种产品是我们公司引进的专利技术，广泛应用于我国许多水司的一户一表工程）。聚乙烯管的熔接接头可以承受轴向负荷而不发生泄露和脱开。

4PE管材验收、存放、搬运和运输

1、一般规定

①管材、管件应具有质量检验部门的产品质量检验报告和生产厂的合格证。

②管材存放、搬运和运输时，应用非金属绳捆扎，管材端头应封堵。

③管材、管件存放、搬运和运输时，不得抛摔和剧裂撞击。

④管材、管件存放、搬运和运输时，不得曝晒和雨淋;不得与油类、酸、咸等其它化学物质接触。

⑤管材、管件从生产到使用之间的存放期不宜超过一年。

2、材料验收

① 接收管材、管件必须进行验收。先验收产品使用说明书、产品合格证、质量保证书和各项性能检验验收报告等有关资料。

② 验收管材、管件时，应在同一批中抽样，并按现行国家标准《给水用(PE)聚乙烯材》进行规格尺寸和外观性能检查，必要时宜进行全面测试。

3、存放

① 管材、管件应该存放在通风良好、温度不超过40℃的库房或简易的棚内。

② 管材应水平堆放在平整的支撑物或地面上。堆放的高度不宜超过1.5米，当管材捆扎成1mx1m的方捆，并且两侧加支撑保护时，堆放高度可适当提高，但不宜超过3m,管件应逐层叠放整齐，应确保不倒塌，并且便于拿取和管理。

③ 管材、管件在户外临时堆放时，应有遮盖物。

④ 管材存放时，应将不同直径和不同壁厚的管材分别堆放。

4、 搬运

① 管材搬运时，必须用非金属绳吊装。

② 管材、管件搬运时，应小心轻放，排列整齐。不得抛摔和沿地拖曳。

③ 寒冷天气搬运管材、管件时，严禁剧烈撞击。

5、运输

①车辆运输管材时，应放在平车底上，船运时，应放置在平坦的船舱内。运输时，直管全长应设有支撑，盘管应叠放整齐。直管和盘管均应捆扎、固定，避免相互碰撞，堆放触不应有可能损伤管材的尖凸物。

②管件运输时，应按箱逐层叠放整齐，并固定牢靠。

③管材、管件在运输途中，应有遮盖物，避免曝晒和雨淋。

5使用材料

ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）

未增塑的聚氯乙烯（UPVC ）

CPVC（后氯化聚氯乙烯）

PP（聚丙烯）

PE（聚乙烯），也称为LDPE，MDPE和HDPE（低，中，和高密度）

6连接技术

发展到今天，聚乙烯的连接技术已经非常成熟可靠。统计数字表明，聚乙烯管的漏损率不到十万分之二，远远低于球墨铸铁管的2-3%，大幅度提高了管道的安全性和经济效益，这也是燃气管道较多的使用聚乙烯管的非常重要的原因。

7国家标准

本标准与ISO 4427：1996的主要差异为：1．本标准仅包含PE 63、PE 80、PE 100材料制造的管材，不包含PE 32、PE 42材料制造的管材；2. 本标准增加了定义一章；3．对管材的性能要求，增加了

本标准与ISO 4427：1996的主要差异为：

1．本标准仅包含PE 63、PE 80、PE 100材料制造的管材，不包含PE 32、PE 42材料制造的管材；

2. 本标准增加了定义一章；

3．对管材的性能要求，增加了"断裂伸长率"项目；

4．增加了"检验规则"一章；

本标准与GB/T 13663－1992的差异为：

GB/T 13663－1992《给水用高密度聚乙烯（HDPE）管材》未采用国际标准制定。

自本标准实施之日起，同时代替GB/T 13663－1992

本标准的附录A为提示的附录。

本标准由国家轻工业局提出。

本标准由全国塑料制品标准化技术委员会归口。

范围

准规定了用聚乙烯树脂为主要原料的材料，经挤出成型的给水用聚乙烯管材（以下简称"管材"）的产品规格、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存。本标准还规定了原料的基本性能要求，包括分类体系。

本标准适用于用PE63、PE 80和PE 100材料（见4．1）制造的给水用管材。管材公称压力为0.32MPa～1.6MPa，公称外径为16 mm～1000 mm。

本标准规定的管材适用于温度不超过40C，一般用途的压力输水，以及饮用水的输送。

引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB/T 2918一1998 塑料试样状态调节和试验的标准环境（idt ISO 291：1997）

GB/T 3681-1983 塑料自然气候曝露试验方法

GB/T 3682-1983 热塑性塑料熔体流动速率试验方法

GB/T 6ill－1985 长期恒定内压下热塑性塑料管材耐破坏时间的测定方法（eqv ISO/DP 1167：1978）

GB/T 6671．2一1986 聚乙烯（PE）管材纵向回缩率的测定（idt ISO 2506：1981）

GB/T 8804．2一1988 热塑性塑料管材拉伸性能试验方法 聚乙烯管材（eqv ISO/DIS 3504-2）

GB/T 8806一1988 塑料管材尺寸测量方法（eqv 1974）

GB/T 13021～199 1聚乙烯管材和管件炭黑含量的测定热失重法（neq 1986

GB/T 17219－1998 生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准

GB/T 17391－1998 聚乙烯管材与管件热稳定性试验方法（eqv 1991）

GB/T 18251－2000 聚烯烃管材、管件和混配料中颜料及炭黑分散的测定方法

GB/T 18252-2000 塑料管道系统 用外推法对热塑性塑料管材长期静液压强度的测定

定义、符号和缩略语

本标准采用下列定义、符号和缩略语。

3.1 定义

3.1.1几何定义

3.1.1.1 公称外径dn：规定的外径，单位为毫米。

3.1.1.2 平均外径dem：管材外圆周长的测量值除以3.142（圆周率）所得的值，精确到0.1mm，小数点后第二位非零数字进位。

3.1.1.3 最小平均外径dem,min：本标准规定的平均外径的最小值，它等于公称外径dn,单位为毫米。

3.1.1.4 最大平均外径dem,max：本标准规定的平均外径的最大值。

3.1.1.5 任一点外径dey:通过管材任一点横断面测量的外径，精确到0.1mm,小数点后第二位非零数字进位。

3.1.1.6 不圆度：在管材同一横断面处测量的最大外径和最小外径的差值。

3.1.1.7 公称壁厚en：管材壁厚的规定值，单位为毫米，相当于任一点的最小壁厚ey,min。

3.1.1.8 任一点的壁厚ey：任一点上管材壁厚的测量值，精确到0．lmm，小数点后第二位非零数字进位。

3.1.1.9 最小壁厚ey,min：本标准规定的管材圆周上任一点壁厚的最小值。

3.1.1.10最大壁厚ey，max：根据最小壁厚（ey，min）的公差确定的管材圆周上任一点壁厚的最大值。

3.1.1.11标准尺寸比（SDR）：管材的公称外径与公称壁厚的比值。SDR=dn/en

3.1.2与材料有关的定义

3.1.2.1混配料：以聚乙烯基础树脂加入必要的抗氧剂、紫外线稳定剂和颜料制造而成的粒料。

3.1.2.2 σlpl1):与20℃、50年、概率预测97.5%相应的静液压强度，单位为兆帕。

3.1.2.3 最小要求强度（MRS）：σlpl圆整到优先数R10或R20系列中的下一个较小的值。

3.1.2.4 设计应力σs：在规定应用条件下的允许应力，MRS除以系数C，圆整到优先数R20系列中下一个较小的值，即：σs=〔MRS〕/C ………………（1）

3.1.2.5总使用（设计）系数C：一个数值大于1的总系数，它考虑了未在预测下限中体现出的使用条件和管道系统中配件等组成部分的性质。

3.1.3与使用条件有关的定义

3.1.3.1公称压力（PN）：本标准中公称压力PN 相当于管材在20℃时的最大工作压力，单位为兆帕。

3.1.3.2最大工作压力（MOP）：管道系统中允许连续使用的流体的最大有效压力，单位为兆帕。

3.2符号

C：总使用（设计）系数；

dem:平均外径；

dem,max:最大平均外径；

dem,mix:最小平均外径；

dn:公称外径；

ey:任一点壁厚；

ey,min：最小壁厚；

ey,max：最大壁厚；

ft：温度对压力的折减系数；

ty：管材任一点的壁厚公差；

σlpl：与20℃、50年、概率预测97.5%相应的静液压强度；

σs：设计应力；

3.3缩略语

MFR：熔体流动速率；

MOP：最大工作压力；

MRS：最小要求强度；

PE：聚乙烯；

PN：公称压力；

SDR：标准尺寸比。

材料

4.1 命名

本标准中的聚乙烯管材料按如下步骤进行命名：

4.1.1按照GB/T18252确定材料的与20℃、50年、预测概率97.5%相应的静液压强度σlpl。

4.1.2按照表1，依据σlpl换算出最小要求强度（MRS），将MRS乘以10得到材料的分级数。

4.1.3按照表1，根据材料类型（PE）和分级数对材料进行命名。

表1　材料的命名

表1 材料的命名

σlpl,Mpa MRS,Mpa 材料分级数 材料的命名

6.30～7.99 6.3 63 PE63

8.00～9.99 8.0 80 PE80

10.00～11.19 10.0 100 PE100

4.2　使用混配料生产聚乙烯管材，混配料为蓝色或黑色，基本性能应符合表, 2要求。蓝色管用材料应能保证使用该材料制造的管材的耐候性符合表12的要求。对于PE63级材料，也可采用管材级基础树脂加母料的方法生产聚乙烯管材，对材料性能的要求自管材上取样进行测试。

按本标准生产管材时生产的洁净回用料，只要能生产出符合本标准的管材时，可掺入新料中回用。

表2 材料的基本性能要求

序号 项目 要求

1 炭黑含量1），（质量）% 2.5±0.5

2 炭黑分散1） ≤等级3

3 颜色分散2） ≤等级3

4 氧化诱导时间（200）， ≥20

5 熔体流动速度3）（5，190）， 与产品标称值的偏差不应超过±25%

注： 1 仅适用于黑色管材料 2 仅适用于蓝色管材料 3 仅适用于混配料

5、产品规格

5.1 本标准的管材按照期望使用寿命50年设计。

5.2 输送20℃的水，C最小可采用Cmin=1.25.由式（1）得到的不同等级材料的设计应力的最大允许值，见表3。

表3　不同等级材料设计应力的最大允许值

材料的等级 设计应力的最大允许值σ,Mpa

PE63 5

PE80 6.3

PE100 8

5.3 管材的公称压力（PN）与设计应力σs、标准尺寸比（SDR）之间的关系为：PN=2σs/（SDR－1）………………………….（2）

式中：PN与σs的单位均为兆帕。

5.4 使用PE63、PE100等级材料制造的管材，按照选定的公称压力，采用表3中的设计应力而确定的公称外径和壁厚应分别符合表4、表5和表6的规定。管道系统的设计和使用方可以采用较大的总使用（设计）系数C，此时可选用较高公称压力等级的管材。

PEM管具有质量轻且坚硬的特性，容易运输和保管。运输是以卡车运输为主，标准装载量如下。

品名 规格 装载量 8TON 11TON

水 道 管 D50（ROLL） 42R/L 50R/L

D75（ROLL） 22R/L 27R/L

D75（6M） 500本

D100 350本

D125 130本

D150 175本

D200 110本

D250 66本

D300 52本

D350 37本

D400 27本

D450 20本

D500 16本

D600 12本

D700 8本

D800 6本

管道装载量 8TON=2.3m×7m 11Ton=2.3m×9m

（注：图表上的量词“本”到底是多少？译者不清楚，只供参考）。

PE给水管施工安装:管理/保管

10、管理

A、经常把管径最大的堆在底面。

B、PEM管道内外面很光滑，为了防止滑下，装载时要把它安全地固定。

C、小口径直管或轻的管可以用手装卸。[1]施工安装:管理/保管

11、保管

A、PEM管材要在干净的场地里保管。

B、长期保管时为了防止光线直射，应放置于室内或使用盖遮布。

C、把管堆在地面保管时，应除掉石头或其它锐利物，把地面整理平坦后堆放。

D、PEM管应远离热源，进行保管。

E、要注意在过高装载或堆积的情况下，管材会发生变形。

装载列数限制如下表

管径 装载列数

SDR18以下 SDR19—26 SDR26-32.5

D100 45 26 14

D150 31 17 10

D200 24 13 8

D250 17 10 6

D300 13 8 5

D350 12 7 4

D400 11 6 4

D450 10 6 4

D500 9 6 3

D600 7 4 3