基本介紹
- 中文名：hdpe管
- 外文名：High Density Polyethylene
- 解釋：結晶度高、非極性的熱塑性樹脂
- 壓力等級 ： 0.25Mpa ~1.6Mpa之間
- 外觀：外表呈乳白色半透明狀
簡介,性質,管材特性,其他說明,常見現象,經濟性評價,施工工藝,性能-低噪聲,
簡介
HDPE是一種由乙烯共聚生成的熱塑性聚烯烴。雖然HDPE在1956年就已推出，但這種塑膠還沒達到成熟水平。這種通用材料還在不斷開發其新的用途和市場。
hdpe管
hdpe管PE可用很寬的不同加工法製造。包括諸如片材擠塑、薄膜擠出、管材或型材擠塑，吹塑、注塑和滾塑。
HDPE管
HDPE管是傳統的鋼鐵管材、聚氯乙烯飲用水管的換代產品。
HDPE管必須承受一定的壓力，通常要選用分子量大、機械性能較好的PE樹脂，如HDPE樹脂。LDPE樹脂的拉伸強度低，耐壓差，剛性差，成型加工時尺寸穩定性差，並且連線困難，不適宜作為給水壓力管的材料。但由於其衛生指標較高，LDPE特別是LLDPE樹脂已成為生產飲用水管的常用材料。LDPE、LLDPE 樹脂的熔融粘度小，流動性好，易加工，因而對其熔體指數的選擇範圍也較寬，通常MI在0.3-3g/10min之間。
性質
化學性質
聚乙烯抗多種有機溶劑，抗多種酸鹼腐蝕，但是不抗氧化性酸，例如硝酸。在氧化性環境中聚乙烯會被氧化。
物理性質
聚乙烯在薄膜狀態下可以被認為是透明的，但是在塊狀存在的時候由於其內部存在大量的晶體，會發生強烈的光散射而不透明。聚乙烯結晶的程度受到其枝鏈的個數的影響，枝鏈越多，越難以結晶。聚乙烯的晶體融化溫度也受到枝鏈個數的影響，分布於從90攝氏度到130攝氏度的範圍，枝鏈越多融化溫度越低。聚乙烯單晶通常可以通過把高密度聚乙烯在130攝氏度以上的環境中溶於二甲苯中製備。
聚乙烯抗多種有機溶劑，抗多種酸鹼腐蝕，但是不抗氧化性酸，例如硝酸。在氧化性環境中聚乙烯會被氧化。
物理性質
聚乙烯在薄膜狀態下可以被認為是透明的，但是在塊狀存在的時候由於其內部存在大量的晶體，會發生強烈的光散射而不透明。聚乙烯結晶的程度受到其枝鏈的個數的影響，枝鏈越多，越難以結晶。聚乙烯的晶體融化溫度也受到枝鏈個數的影響，分布於從90攝氏度到130攝氏度的範圍，枝鏈越多融化溫度越低。聚乙烯單晶通常可以通過把高密度聚乙烯在130攝氏度以上的環境中溶於二甲苯中製備。
管材特性
HDPE是一種好的管道，不僅應具有良好的經濟性，而且應具備接口穩定可靠、材料抗衝擊、抗開裂、耐老化、耐腐蝕等一系列優點，同傳統管材相比，HDPE管道系統具有以下一系列優點：
⑴連線可靠：聚乙烯管道系統之間採用電熱熔方式連線，接頭的強度高於管道本體強度。
⑵低溫抗衝擊性好：聚乙烯的低溫脆化溫度極低，可在-60-60℃溫度範圍內安全使用。冬季施工時，因材料抗衝擊性好，不會發生管子脆裂。
⑶抗應力開裂性好：HDPE具有低的缺口敏感性、高的剪下強度和優異的抗刮痕能力，耐環境應力開裂性能也非常突出。
⑷耐化學腐蝕性好：HDPE管道可耐多種化學介質的腐蝕，土壤中存在的化學物質不會對管道造成任何降解作用。聚乙烯是電的絕緣體，因此不會發生腐爛、生鏽或電化學腐蝕現象;此外它也不會促進藻類、細菌或真菌生長。
⑸耐老化，使用壽命長：含有2-2.5%的均勻分布的碳黑的聚乙烯管道能夠在室外露天存放或使用50年，不會因遭受紫外線輻射而損害。
⑹耐磨性好：HDPE管道與鋼管的耐磨性對比試驗表明，HDPE管道的耐磨性為鋼管的4倍。在泥漿輸送領域，同鋼管相比，HDPE管道具有更好的耐磨性，這意味著HDPE管道具有更長的使用壽命和更好的經濟性。
⑺可撓性好： HDPE管道的柔性使得它容易彎曲，工程上可通過改變管道走向的方式繞過障礙物，在許多場合，管道的柔性能夠減少管件用量並降低安裝費用。
⑻水流阻力小：HDPE管道具有光滑的內表面，其曼寧係數為0.009。光滑的表現和非粘附特性保證HDPE管道具有較傳統管材更高的輸送能力，同時也降低了管路的壓力損失和輸水能耗。
⑼搬運方便：HDPE管道比混凝土管道、鍍鋅管和鋼管更輕，它容易搬運和安裝，更低的人力和設備需求，意味著工程的安裝費用的大大降低。
⑽多種全新的施工方式：HDPE管道具有多種施工技術，除了可以採用傳統的開挖方式進行施工外，還可以採用多種全新的非開挖技術如頂管、定向鑽孔、襯管、裂管等方式進行施工，這對於一些不允許開挖的場所，是好的選擇。
其他說明
塑膠管材在建築中的設計理論和施工技術等方面取得了很大的發展和完善，並積累了豐富的實踐經驗，促使塑膠管材在建築給排水管道工程中占據了相當重要的位置，並形成一種勢不可擋的發展趨勢。在我國，給水管道中用的較多的塑膠管材主要有PVC－U給水管、PP－R管、鋁塑複合管（PAP）、鋼塑複合管（SP）、HDPE管等。HDPE管是採用先進的生產工藝和技術，通過熱擠塑而成型，具有耐腐蝕、內壁光滑、流動阻力小、強度高、韌性好、重量輕等特點。 HDPE管道是繼PVC-U排水管道之後，成為了世界上消費量第二大的塑膠管道品種。
一、HDPE給水管的發展
在給排水管道系統中，塑膠管材逐漸取代了鑄鐵管和鍍鋅鋼管等傳統管材成為了主流使用管材。塑膠管和傳統管材相比，具有重量輕，耐腐蝕，水流阻力小，節約能源，安裝簡便迅速，造價較低等顯著優勢，受到了管道工程界的喜愛。同時，隨著石油化學工業的飛速發展，塑膠製造技術的不斷進步，塑膠管材產量迅速增長，製品種類更加多樣化。
HDPE管道是繼PVC-U排水管道之後，成為了世界上消費量第二大的塑膠管道品種。輸送燃氣應採用PE80和PE100等級的中或高密度聚乙烯管；給水管通常採用PE80和PE100等級的中或高密度聚乙烯管，PE63已經逐漸趨於淘汰。在輸水方面，增長最快的則是PE100管道系統，今後五年的增長率有望達到10%以上。
在歐洲，HDPE管道得到了更為迅猛的發展和套用，HDPE管道逐漸取代了PVC-U管道的地位，成為主要消費管道。同時，HDPE管在歐洲以外地區也逐漸得以使用。
二、HDPE管規格及連線方式
HDPE管道的口徑從DN32到DN1000，共分26個級別。壓力等級在0.6Mpa ~1.6Mpa之間，共5個等級。
HDPE管在溫度190℃n240℃之間將被熔化，利用這一特性，將管材（或管件）兩熔化的部份充分接觸，並保持適當壓力，冷卻後兩者便可牢固地融為一體。因此， PE管的連線方式與 U－PVC管不同，通常採用電熱熔連線及熱熔對接兩種方式，按照管徑大小情況具體可分為：DN≤63時，採用注塑熱熔承插連線；DN≥75時，採用熱熔對接連線或電熔承插連線；與不同材質連線時採用法蘭或絲扣連線。
在管道修復方法上，有脹管施工法和內襯HDPE法。
三、HDPE的套用領域
但需要注意的是，HDPE管道不能用於熱水管路。
四、HDPE給水管道在套用上的優點
HDPE給水管道被廣泛套用，主要在於其具有其它管道所無法比擬的優點：
1、易於對口焊接和電熔焊接而形成完成封閉的防滲系統。在沿溝槽敷設時，可減少溝槽開挖土方量和減少配件用量。
2、重量輕而易於安裝處理；
3、強耐磨性和優異的液壓性，在埋地管道可無需外層保護。可適用於地震和礦區土層沉降區，還可用沉入法在江河底敷設。
4、耐化學腐蝕，抗內、外部及微生物腐蝕，耐腐蝕性強，具有健康性。適合於輸送酸性、鹼性物質，輸送污水、天然氣、煤氣等物質；
5、良好的環境適應性和抗凍性。可用於室內和室外給水管道。
6、使用年限長，具有超過幾乎50年的使用壽命；
7、易回收使用。
五、HDPE給水管道在套用上應注意的事項
1、室外露天敷設，有陽光照射的地方，建議做遮蔽措施。
2、埋地HDPE給水管道，DN≤110的管路夏天安裝可稍微蛇形鋪設，DN≥110的管路因有足夠的土壤阻力，可抵抗熱應力，無需預留管長；冬天，均無須預留管長。
3、HDPE管道安裝時，如果操作空間太小（如：管道井、吊頂內施工等），應採用電熔式連線方式。
4、熱熔承插連線時，加熱溫度不能過高、過長，溫度最好控制在210±10℃，不然會造成配件內擠出的熔漿過多，減少通水內徑；承插時管件或管材接口處應清潔乾淨，不然會造成承插口脫開漏水；同時，要注意控制好管件的角度和方向，避免造成返工。
5、熱熔對接連線時，要求電壓在200～220V之間，如果電壓過高，會造成加熱板溫度過高，電壓過低，則對接機不能正常工作；對接時應保持對接口對齊，不然會造成對接面積不夠要求、焊口強度不夠，以及卷邊不對成；加熱板加熱時管材接口處未處理乾淨，或加熱板有油污、泥沙等雜質，會造成對接口脫開漏水；加熱時間要控制好，加熱時間短，管材吸熱時間不夠，會造成焊口卷邊過小，加熱時間過長，會造成焊口卷邊過大，有可能形成虛焊。
常見現象
表：HDPE管材生產中常見現象的產生原因和處理方法
常見現象 | 產生原因 | 推薦解決方法 |
表面暗淡無光 | 1．原料水分 | 1．原料預處理 |
2．熔體溫度不合適 | 2．調整溫度 | |
3．擠出機擠出的熔融物料不均勻 | 3．增加背壓，用較細的過濾網，設計適宜的螺桿結構 | |
4．定徑套過短 | 4．加長定徑套 | |
5．口模成型段過短 | 5．加長口模成型段。 | |
表面斑點 | 1. 原料中有水分 | 1.乾燥原料 |
2.水槽中的管子上有氣泡 | 2.消除氣泡。調整工藝溫度 | |
外表面呈現光亮透明的塊狀（俗稱眼晴） | 1.機頭溫度過高 | 1.降低機頭溫度 |
2.冷卻水太小或不足，或不均勻 | 2.冷卻水開大或清理定徑套 | |
管材光滑外表面規則的斑紋 | 管材趨向粘附定徑套 | 加大冷卻水流量清理水路或降速 |
管材外表面深的波紋 | 定徑套口模沒對中 | 對中，保持定徑箱與口模在同一軸線 |
內表面粗糙 | 1.原料潮濕 | 1.原料烘乾，或預處理 |
2.芯模溫度低 | 2.提高溫度或延長保溫時間 | |
3.口模與芯模間隙過大 | 3.換芯模 | |
4.口模定型段太短 | 4.換定型段較長的口模 | |
管內壁波紋狀 | 1.擠出機產量變化，下料不穩 | 1.降低螺桿餵料區溫度 |
2.牽引機打滑 | 2.調節牽引氣壓 | |
3.管材冷卻不均 | 3.調節水路 | |
管內壁有凹坑 | 1.原料水分大 | 1.原料預熱乾燥 |
2.填充料分散性差未塑化，雜質 | 2.換料，調節溫度，清潔原料 | |
管內壁有焦粒 | 1.擠出機機頭與口模內壁不乾淨 | 1.清模 |
2.局部溫度過高 | 2.檢查熱電偶是否正常 | |
3.口模積料嚴重 | 3.清模，適當降低口模溫度 | |
外徑或壁厚隨時變化 | 1.擠出速度變化 | 1.檢查牽引機 |
2.牽引速度發生變化或打滑 | 2.適當提高壓力 | |
3.下料不穩（回料粒徑不均） | 3.原料過篩或造粒 | |
4.熔體的不穩定性 | 4.提高料溫，降低線速度，增加模口間隙 | |
5.冷卻不均 | 5.清理水路 | |
管材壁厚不均 | 1.口模沒對中 | 1.調節口模同心 |
2.口模溫度不均 | 2.調節溫度 | |
3.牽引機，定徑套，口模沒對中 | 3.保持在同一軸線上 | |
4.定徑套與口模距離太遠 | 4.拉近距離 | |
熔接縫不良 | 1.口模成型段太短 | 1.使用較長的口模成型段 |
2.熔融溫度低 | 2.提高料溫 | |
3.模頭中塑膠分散 | 3.清理模頭 | |
4.機頭機結構不合理 | 4.更換或改造 | |
管材過早損壞穿孔 | 1.水泡 | 1.乾燥原料 |
2.氣泡 | 2.除濕或降低溫度 | |
3.雜質 | 3.清潔原料或用過濾網 | |
4.顏料或填充料分散不良 | 4.調節溫度或更換原料 | |
管材過早損壞脆性破壞 | 1.料溫低 | 1.提高料溫 |
2.溫度過高，原料分解 | 2.清理模具，降低溫度 | |
管材開裂 | 1.機頭溫度低，擠出速度快 | 1.升溫，降速 |
2.冷卻水太大 | 2.減小冷卻水流量 | |
管材圓度不好，彎曲 | 1.口模，芯模中心位置不正 | 1.調整同心 |
2.機頭溫度四周不均 | 2.調節溫度 | |
3.冷卻水離口模太近 | 3. 調整冷卻水位置 | |
4.冷卻水噴淋力度過大 | 4.調節噴頭角度 | |
5.冷卻水噴淋太小 | 5.清理水路 | |
6.水位過高 | 6.排水 | |
7.牽引機壓力過大 | 7.調節氣壓 |
註：表中加粗部分為PE管材生產比較容易產生的各種問題分析及解決方法。
經濟性評價
HDPE管與PVC－U管、PP－R管、鋁塑複合管的價格比較：
室外給水管道主要有球墨鑄鐵管、鍍鋅鋼管、PVC-U給水管、HDPE管等，HDPE給水管道之所以能取得如此快速的發展和套用，還在於HDPE管道具有經濟實用的特點，下面以一工程實例說明。
例如一個項目，室外供水管道需從500m外的市政給水管道引入，引入管管徑為DN400.至建築紅線處，分兩路進水，管徑為DN300，室外環管總長約800米。原設計為球墨鑄鐵管。按照公司規定，需要對管道系統進行經濟性比較，我們就對球墨鑄鐵管和HDPE管分別進行造價分析並估計工程造價。經過比較分析，我們發現：
（1）球墨鑄鐵管的管材價格為：DN400－ 元/m，DN300－ 元/m；HDPE管的管材價格為：DN400－ 元/m，DN300－ 元/m.從管材單價上看，球墨鑄鐵管的價格要優於HDPE管材。
（2）由於HDPE管是採用熱熔連線，施工難度較大，安裝費用比球墨鑄鐵管的要高約40%以上。
（3）由於HDPE管材的柔韌性比較好，在遇到障礙物或管溝開挖不直的情況下可以不用管件直接鋪設，但球墨鑄鐵管就不行了，有時必須用彎頭或之字管之類管件來過渡連線。這樣，在管件部分HDPE管就優於球墨鑄鐵管。
（4）HDPE管材採用熱熔對接連線，接口部位的強度非常好。球墨鑄鐵管採用承插連線，在三通、彎頭等部位要求搗制混凝土加固墩進行加固。這方面費用自然是選用球墨鑄鐵管的比選用HDPE管要高。
（5）HDPE管材不需要防腐。若給水管道選用球墨鑄鐵管，就要求對球墨鑄鐵管管的內、外壁進行防腐處理。
（6）球墨鑄鐵管進行管內、外壁防腐處理後，正常的使用壽命為20～25年。而HDPE管不存在腐蝕情況，正常的使用壽命為50年。
同時，我們對分別使用兩種管材的造價進行分析和比較，情況如下表：
HDPE管道與球墨鑄鐵管材工程造價比較計算表 （單位：萬元）2007年數據
施工項目名稱 | 球墨管 | HDPE管 |
一、工程直接費 | 11.78 | 10.31 |
1.1、人工挖溝槽費用 | 6.12 | 4.90 |
1.2管道安裝費用 | 0.99 | 1.79 |
1.3回填費用 | 2.46 | 1.84 |
1.4餘泥清運 | 2.21 | 1.78 |
二、材料費 | 42.60 | 37.95 |
2.1砂礫石 | 5.07 | 3.23 |
2.2管材、管件 | 37.53 | 34.72 |
三、費用總計 | 54.38 | 48.26 |
每米造價（元/米） | 418.31 | 371.3 |
從上述造價分析可以說明，採用HDPE管材比球墨鑄鐵管的單價要節約11%.所以，最終公司決定選用HDPE給水管。
七、推廣使用HDPE管需要注意的幾個問題
1、大力加強HDPE管的科普教育工作，提高人們對HDPE管的認識，促進HDPE管的普及和套用。
2、儘快制訂國家統一的管道設計規範及施工驗收規範，截止2012年HDPE管尚沒有國家統一的管道設計規範及施工驗收規範。
3、加強對管道設計人員及施工安裝人員的素質培訓，因為HDPE管對安裝的工藝要求較高，避免因設計和施工人員責任心不強以致出現設計問題和不按操作步驟操作而返工。
施工工藝
施工工藝：測量→放樣→溝槽開挖→基礎處理→連線、下管、校管→管槽回填→檢查井砌築，回埴→驗收。HDPE管施工除按施工規範執行外，HDPE管自身特點，應注意以下幾點：
(1)HDPE管熱脹冷縮嚴重，因此HDPE管宜在溫差變化不大的環境裡施工和使用。
(2)HDPE管埋深低於建構物基礎底面時，管道不得設在建構築物基礎下地基擴散角受壓的範圍內。
(3)地下水位高於開挖溝槽底高程的地區，地下水位降至槽底最近點以下0.3 m～0.5m。
(4)管槽開挖時，嚴格控制挖深，不得擾動基底底層原狀土，如發生超挖和擾動，換填粒徑0.1 m～0.5 m的天然級配砂石料，並找平夯實。
(5)HDPE管道基礎採用砂礫基礎，而不是混凝土基礎，厚度為0.05 m～20 m，根據地質情況而定。
(6)管道鋪設過程，下管用人工或起重機進行，起重機下管時，用非金屬繩索扣系住管材兩端距管口1/4處，嚴禁穿心吊裝。
(7)回填中對回填土要求較嚴，部分回填土採用一定規格的中(粗)砂(本地稱石棉砂)，碎石(土)堅硬的稜角容易損壞PE管且回填不易密實，石棉砂在最佳含水量時具有自動密實功能，再加小型夯實機具夯實就能滿足密實度要求。
(8)在管頂0.7 m以上部分回填，採用機械回填。在管頂以下回填必須從管材兩側同時回填，並夯實，否則容易使HDPE管受壓不均，導致HDPE管變形，移位。其他回填按規範執行。
(9)管道與檢查井連線。在原來施工方案中，管口縮進檢查井內壁0.3 m～0.5 m，用砂漿粉刷成“喇叭狀”，周圍用砂漿填充密實，之後砌築磚塊，但做閉水試驗不能滿足要求，經檢查存在以下問題：①HDPE管熱脹冷縮將檢查井撐裂，導致檢查井滲漏水。②沒有將檢查井撐裂，卻由於管道與檢查井連線處密封達不到要求，導致滲、漏水。
針對上述兩個問題，提出以下解決方案：①將HDPE管埋深提高，使HDPE管處於相對溫度變化不大的環境內，同時HDPE管鋪設完後立即回填，且在較短時間內完成。施工長度控制在一定範圍內。②HDPE管道敷設完畢後，再進行檢查井的砌築。③針對第二個問題，重新採用了如圖連線方式，檢查井與HDPE管連線處採用熱熔纖維密封，取代原來的砂漿填塞密封。
性能-低噪聲
序 號 | 項 目 | 要 求 |
1 | 20℃靜液壓強度（環向應力8.0MPa，100h） | 不破裂，不滲漏 |
2 | 80℃靜液壓強度（環向應力3.5MPa，165h） | 不破裂，不滲漏 |
3 | 80℃靜液壓強度（環向應力3.2MPa，1000h） | 不破裂，不滲漏 |
4 | 斷裂伸長率，% | ≥350 |
5 | 縱向收縮率（110℃），% | ≤3 |
6 | 氧化誘導時間（200℃），min | ≥20 |
