聚乙烯在管材中的應(yīng)用研究

孟宇 張金剛

（河北恒安泰油管有限公司 河北 衡水 053512）

引言

聚乙烯的化學(xué)式為( C2H4)n 簡(jiǎn)稱PE，聚乙烯管，也就是PE管的使用領(lǐng)域廣泛，其中給水管和燃?xì)夤苁瞧鋬蓚€(gè)最大的應(yīng)用市場(chǎng)[1]。PE的樹脂材料,都是由單體的聚乙烯合成,成本相對(duì)低廉，沒有毒性，手感與蠟類似，而且因?yàn)榫垡蚁┰诤铣蓵r(shí)的壓力，溫度等不確定因素的影響，會(huì)導(dǎo)致單體的聚乙烯在合成時(shí)的聚合反應(yīng)不同，最后得出的樹脂密度差異較大，大體可分為低密度，中密度和高密度的聚乙烯。

1 PE管材的發(fā)展歷史

國(guó)際上通常會(huì)把PE管材料，分為五個(gè)不同的級(jí)別。根據(jù)應(yīng)用的不同，根據(jù)相映的應(yīng)用條件，來選擇不同的樹脂，加工出不同類型的PE管材。運(yùn)用樹脂來進(jìn)行加工不同類型的聚乙烯管，可以分為三個(gè)不同的階段：第一階段，主要有HDPE和LDPE兩種，聚乙烯管材料，而這兩種據(jù)悉管材料分別是通過不同的低壓合成法和高壓合成法制成，但是這種聚乙烯管適用能力較差，通常的使用壽命較短。第二階段，聚乙烯管最早用于輸水，到了60年代，主要在PE32及PE60管材料基礎(chǔ)上增加共聚單體，也被現(xiàn)在稱為PE80的聚乙烯。HDPE具有低的缺口敏感性、高的剪切強(qiáng)度和優(yōu)異的抗刮痕能力，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能也非常突出，逐漸被應(yīng)用為輸送燃?xì)狻Ｍㄟ^改性得到的聚乙烯管材材料為PE80級(jí)的，最小密度在0.938g/cm左右，分為M DPE管材和HDPE管材，也就是說，中密度和高密度的管材。利用這種方式制備會(huì)使抗應(yīng)力開裂性會(huì)變得較好，在冬天施工時(shí)，管子不會(huì)裂開，可以更大程度上增加PE管的使用壽命。第三階段，在80年代初期的時(shí)候，第三代聚乙烯管材，隨著改革開放的發(fā)展，也迎來了他的新時(shí)期，聚乙烯的管道逐漸代替了鋼管，用于燃?xì)獾膫鬏?。聚乙烯管在融合制作時(shí)加入的重金屬較少，沒有結(jié)垢層，從而不會(huì)滋生很多細(xì)菌，對(duì)于燃?xì)獾妮斔鸵矔?huì)變得更加安全，并且這個(gè)時(shí)候的管道韌性較好，在受到外力重力壓迫的時(shí)候，也不會(huì)導(dǎo)致管道直接破裂，導(dǎo)致燃?xì)馔饴?。這使管道使用時(shí)更加安全。

2 聚乙烯管材的應(yīng)用

2.1 聚乙烯管材在發(fā)展中的應(yīng)用

聚乙烯(Polyethylene，PE)是由乙烯聚合而成之聚合物，產(chǎn)物成長(zhǎng)至今已有60年左右汗青，目前環(huán)球聚乙烯產(chǎn)量居五大泛用樹脂之首。聚乙烯依聚合法子、份子量凹凸、鏈布局之分歧，分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及線性低密度聚乙烯。低密度聚乙烯(LowDensityPolyethylene，LDPE)俗稱高壓聚乙烯，因密度較低，材質(zhì)最軟，主要用在塑膠袋、農(nóng)業(yè)用膜等。高密度聚乙烯(HighDensityPolyethylene，HDPE)俗稱低壓聚乙烯，與LDPE及LLDPE相較，有較高之耐溫、耐油性、耐蒸汽浸透性及抗環(huán)境應(yīng)力開裂性，別的電絕緣性和抗打擊性及耐寒機(jī)能很好，目前主要應(yīng)用于吹塑、注塑等范疇。線型低密度聚乙烯(LowLinearDensityPolyethylene，LLDPE)，則是乙烯與少量高檔α-烯烴在催化劑存在下聚合而成之共聚物。LLDPE表面與LDPE相似，透明性較差些，惟概況光芒好，具備低溫韌性、高模量、抗彎曲和耐應(yīng)力開裂性，低溫下抗打擊強(qiáng)度較佳等長(zhǎng)處，目前LLDPE應(yīng)用范疇?zhēng)捉呀傅剿蠰DPE市場(chǎng)?，F(xiàn)階段LLDPE和HDPE處于生命周期的發(fā)展階段；LDPE則在1980代末漸漸進(jìn)入成長(zhǎng)成熟期,目前世界上已少有LDPE設(shè)備投產(chǎn)。聚乙烯可用擠出、注射、模塑、吹塑和熔紡等法子成型，遍及應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)、包裝及日常產(chǎn)業(yè)中，在中國(guó)應(yīng)用相當(dāng)遍及，薄膜是其最大的用戶，約消耗低密度聚乙烯77%，高密度聚乙烯的18%，別的，注塑成品、電線電纜、中空成品等都在其消費(fèi)布局中占有較大的比例，在塑料產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位。

2.2 聚乙烯管材在油田上的應(yīng)用

聚乙烯柔性復(fù)合管是具備較高的強(qiáng)度、高壓力、耐腐蝕性、摩擦阻力系數(shù)較小、保溫性能較好、柔韌性較好以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在石油天然氣工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用頻率比較高，應(yīng)用效果比較理想。柔性復(fù)合管結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外主要是由管芯、增強(qiáng)層、外包層構(gòu)成，其中芯管主要是以高密度聚乙烯管為主。增強(qiáng)層主要是以管芯上編織和纏繞的增強(qiáng)纖維絲以及鋼絲繩為主，其增強(qiáng)纖維層之間采用年結(jié)合劑進(jìn)行粘連。外包層主要是以聚乙烯防腐材料為主，具備較高的防腐蝕性功能。聚乙烯柔性復(fù)合管的工作壓力為0至32MPa。 聚乙烯柔性復(fù)合管相對(duì)于鋼管而言，其優(yōu)勢(shì)比較多，主要在于以下幾個(gè)方面：（1）耐腐蝕性較高，除少數(shù)氧化劑外，不怕多種化學(xué)劑的侵蝕；（2）管道的內(nèi)壁不容易堆積污垢，不容易滋生細(xì)菌，在石油傳輸過程中，使管道運(yùn)輸?shù)陌踩禂?shù)比較高；（3）管道的質(zhì)量輕便，焊接的工藝比較簡(jiǎn)單，而且輸送流體的阻力非常低，在使用過程中可以根據(jù)實(shí)際的地形來進(jìn)行管道的彎曲，管道可以根據(jù)地形的起伏來調(diào)整彎曲的幅度，更好地適應(yīng)惡劣的地理環(huán)境，提升油氣管道的施工效率，而且油到的使用壽命通常可以達(dá)到50年左右；（4）傳熱系數(shù)比較低，絕熱性能比較理想，最高的使用溫度可以達(dá)到110℃，并且不需要使用任何的防腐保溫材料，在石油領(lǐng)域中的應(yīng)用較為理想；（5）操作便捷，施工簡(jiǎn)單快速，降低人力資源的投入，控制施工周期。除此之外，聚乙烯柔性復(fù)合管不僅施工操作簡(jiǎn)單，而且在簡(jiǎn)單的施工操作之后，柔性復(fù)合管的施工 性能非常理想，一般情況下柔性復(fù)合管的施工要求顯著低于鋼制管道的施工要求；（6）運(yùn)輸質(zhì)量較高，彎曲半徑一般可以控制在1米之內(nèi)；（7）管道的長(zhǎng)度可以按照施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性生產(chǎn)，在提升對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性的同時(shí)，可以降低管道材料的浪費(fèi)狀況；（8）抵抗低溫沖擊的性能比較理想，最低的工作溫度可以達(dá)到零下35℃；（9）管道儲(chǔ)存較為方面，所呈現(xiàn)的占地面積比較少，可以作為應(yīng)急管道使用，應(yīng)急成本和應(yīng)急能力比較理想；（10）柔性復(fù)合管的運(yùn)輸、儲(chǔ)存方式較為簡(jiǎn)單，在運(yùn)輸過程中不需要刻意的保護(hù)，在運(yùn)輸方面的成本比較低。從而可以看出，復(fù)合的管道在油田運(yùn)輸中的作用，十分突出，管道的應(yīng)用，對(duì)社會(huì)的發(fā)展也具有重要的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

聚乙烯材料，主要以良好的衛(wèi)生性能、卓越的耐腐蝕性能、使用性能的持久性、還有低廉的價(jià)格，成為管道中的嬌嬌者。另外由于聚乙烯柔性復(fù)合管具備非常強(qiáng)的抗腐蝕性、抗?jié)B漏能力，所以當(dāng)前許多油氣開采工程中都有廣泛的應(yīng)用，并且其應(yīng)用重要性也越發(fā)明顯。