聚丁烯（PB）管道的生產和應用
一、 聚丁烯（PB）管道概況：
近年來，我國建築內用冷熱水塑料管道的用量猛增，到2007年總量已經達到40萬噸。其中聚丙烯管道，包括PP-R、PP-B約22萬噸；聚乙烯管道，包括PEX、PE-RT、HDPE、鋁塑複合管及各種鋼（銅）塑複合管約12萬噸；聚氯乙烯管道，包括PVC-U、PVC-C、PVC-M約5萬噸；其他管道比如聚丁烯（PB）、ABS約1萬噸。建設部一項調查表明，我國除去兩廣等少數(shù)地區(qū)外，絕大多數(shù)屬於冬冷夏熱四季分明氣候，有90%的人口冬季需要采暖，夏季需要空調，而近年發(fā)展起來具有節(jié)能、舒適等特點的地麵輻射供暖正在快速普及，極大的推動了新型塑料管材的發(fā)展。展望未來，由於既定的節(jié)能國策，我國建築內用冷熱水管道將會保持持續(xù)高速發(fā)展的強勁勢頭。其中，近幾年發(fā)展異常的聚丁烯（PB）管道尤其引人矚目。其原料高昂的價位，被嚴格控製的原料供貨渠道，“塑料黃金”的熱炒，更增加了它的神秘色彩。本文即是介紹這種產品的生產和使用技術，以撥開籠罩在聚丁烯管道上神秘的麵紗。
聚丁烯（PB）樹脂是以丁烯為原料的聚合物。是一種線型分子結構的等規(guī)半結晶性聚烯烴熱塑性塑料，結晶度一般為50-55%。ISO8986-1：1993規(guī)定了聚丁烯（PB）樹脂可以是丁烯均聚物，也可以是丁烯含量在50%以上的共聚物。
聚丁烯的商業(yè)產品是基於等規(guī)立構（98～99.5%）、高分子量（平均分子量為23萬～75萬）的聚合物。聚丁烯已知的有五種結晶型態(tài)變異：型態(tài)I；型態(tài)II；型態(tài)III；型態(tài)I’；型態(tài)II’。玻璃化轉變溫度範圍從均聚物的約-20℃到高乙烯含量共聚物的-34℃。熔體的結晶反應首先產生四方晶型的亞穩(wěn)態(tài)型態(tài)II；在環(huán)境溫度和常壓下，均聚物經過5～7天，從型態(tài)II不可逆地轉變到孿生六方晶型的穩(wěn)定狀態(tài)I，對共聚物來說這一過程則需要1～3天。因此PB管材生產下線後，需要放置5-7天才能夠出廠交付給用戶；而在生產盤管時，應該平鋪放置5-7天後再進行複卷成盤；否則盤管到了用戶那裡很難開卷拉直，將影響用戶施工鋪設。
對各種均聚物來說，型態(tài)I的熔點範圍為107～130℃，對低乙烯含量的共聚物來說熔點範圍為114～118℃，對高乙烯含量的共聚物來說熔點範圍為90～95℃。轉換到型態(tài)I後，均聚物的結晶度為48～55%，而共聚物根據(jù)乙烯含量不同結晶度為35～45%。
PB樹脂一般耐酸、堿、溶劑、石蠟油和環(huán)烷油、洗滌劑和各種化學藥品，但在高溫下耐受性將降低。該樹脂也具有良好的阻水性能和電絕緣性能。該材料顯示撓曲性能的範圍很寬，均聚物的拉伸模量為286MPa，高乙烯含量共聚物為52MPa。PB的耐蠕變、耐環(huán)境開應力及耐磨損都非常不錯。所有品級均以粒料供應。
熔融指數(shù)（MI）為0.4g/10min(ASTMD-1238，條件E)的PB樹脂可用於加工冷熱水管。PB樹脂還有許多其他品級，分彆可以用於生產薄膜，或者用作對其他聚烯烴樹脂的衝擊性能改性劑和加工性能改性劑。
二、聚丁烯（PB）管道的特點
本文主要討論使用MI=0.4的聚丁烯（PB）管道專用樹脂，使用標準的單螺桿擠出聚烯烴管材生產線生產所需規(guī)格的聚丁烯（PB）冷熱水管材，管件則可由標準注塑機生產。
聚丁烯（PB）管耐熱蠕變性能和耐高溫性能優(yōu)異，可以在82.2℃長期使用，短時間使用溫度可以高達95℃。PB管道質輕、柔韌、抗衝擊性好，因此被應用於建築內冷熱水係統(tǒng)中。近年來國內生產的PB管道主要以荷蘭巴塞爾（BASELL）公司生產出品的聚丁烯（PB）為原料（灰色4237，白色4235），巴塞爾（BASELL）公司采取了與其他歐洲廠商在中國開拓PP-R,HDPE管道專用料的敞開供應完全不同的原料供應方式，凡是希望生產聚丁烯（PB）管道的中國企業(yè)要向巴塞爾（BASELL）公司提出申請，經巴塞爾（BASELL）公司考察認為生產條件合格後才能夠列入被供應原料的名單；此舉使得在相當一段時間內國內生產聚丁烯（PB）管道的企業(yè)一直保持在七家，管道業(yè)界稱之七家聯(lián)盟即：喬治-費歇爾、偉星、愛康、安固，宇信，華源亞太，北方精達（後來又增加一個“川路”）等。巴塞爾（BASELL）公司嚴格控製原料供應使得市場上的聚丁烯（PB）管道產品隻能來自這七家企業(yè)，有效的控製住讓國內塑料管材界一直頭疼不已的作假問題，也就保住了聚丁烯（PB）管道的信譽，維持住原料和產品的高昂價位和高額利潤。並且由於國家標準GB/T 19473.1-2004的及時製定，使得聚丁烯（PB）管道生產和應用有標準可依，從而使得我國PB管道的發(fā)展一直比較健康。
但是市場規(guī)律不是任何人能夠控製的，*近幾年來，日本“三井”擴大聚丁烯（PB）樹脂產能後，開始在中國市場推廣聚丁烯（PB）管道專用料，濰坊派康、廊坊東洋等采用三井原料生產PB管材的公司也迅速崛起，因此巴塞爾（BASELL）公司對中國聚丁烯（PB）樹脂的壟斷已經被打破，今後國內聚丁烯（PB）管道生產和銷售市場必定麵臨從新**。
PB管道具有以下特點：
1、重量輕，柔軟性好，施工方便：PB管道重量為鍍鋅鋼管的1/5左右，易於搬運，柔韌，*小彎曲半徑為6D(D：管外徑)，采用熱熔連接，也可以采用機械式連接，施工方便；
2、耐久性能好，無毒無害：由於其分子量很高，分子結構穩(wěn)定，在冇有紫外線照射的情況下，使用壽命不低於50年，且無毒無害；
3、抗凍耐熱性好：在-20℃的情況下，還能夠保持有較好的低溫抗衝擊性能，解凍後，管材能恢複原樣；在82℃的情況下，各方麵的性能仍保持得較好；
4、管壁光滑，不結垢：同鍍鋅管比較，可增加水流量30%；
5、連接方式**：連接方式為一體化熱熔連接，因此在埋設時，可避免因溫度變化和水錘現(xiàn)象引起管的移動及連接處的滲漏；PB管件是注塑生產的，國內開始時隻能夠生產全塑管件，近幾年，由於技術不斷進步，國內已經能夠生產帶金屬嵌件的管件，實現(xiàn)了PB管件的係列化，大大推進了PB管道係統(tǒng)的應用。
6、易於維修：PB管埋設時，不與混凝土粘接。出現(xiàn)損壞時，可通過更換管道進行快速維修。不過塑料管道埋設*好還是采用套管（即管中管）方式，首先在PB管外套上PVC單壁波紋管，然後再進行埋設，這樣日後的維修才能夠有保障。
三、聚丁烯(PB)管道的性能和應用
1、BASELL 4235 PB樹脂特性
2、三井 PB 樹脂特性
3、聚丁烯（PB）管道的主要應用領域
1）生活用水的冷熱水管，直飲水工程用管，保證水質無二次汙染；
2）采暖用管材，可用於連接暖氣片等高溫輻射采暖係統(tǒng)，亦適用於地板、牆壁輻射采暖等低溫采暖係統(tǒng)及空調用管道係統(tǒng)；
3）太陽能住宅溫水管，用於太陽能住宅的溫水和取暖配管；
4）融雪用管，適用於公路、停車場下麵作為除冰雪用加熱配管；
5）工業(yè)用管，因材料耐化學腐蝕性強，無毒無味，可用作化學工程、食品加工、工業(yè)用水等領域。
4、阻氧型聚丁烯（PB）管道
在暖通空調領域，PB管道具備其它塑料所無法比擬的優(yōu)越特性。但聚丁烯管道的透氧率稍高，熱水管路中如果含有較多的氧，容易對係統(tǒng)中的金屬管件等裝置產生腐蝕，對於聯(lián)接金屬暖氣片的高溫采暖係統(tǒng)就更為不利。另外，雖然管道內壁光滑，不結垢；但實踐證明：在使用3～5年後，管材的內壁會附著一層很薄的生物粘泥，在這層粘泥完全覆蓋管內壁後，管壁會很快縮徑，水流阻力加大，水流量銳減；天長日久，還會堵塞管道。管道的清洗很困難，隻能用機械法清洗，其他方法如化學法等很難見效。這是因為水中富含的氧導致了微生物繁殖，而管道的透氧率高意味著管道會呼吸，促使微生物大量繁殖。死去的微生物大量堆積就形成了生物粘泥。因此，必須采用阻氧技術，抑製微生物的繁殖，從而有效保證管道的使用**。
目前市市場上有兩種阻氧型PB管道，均采用很薄（隻有10絲左右）的乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）樹脂層做阻氧層。一種是三層結構阻氧PB管，即在PB管道外均勻塗覆一層熱熔膠和EVOH樹脂層，從外向內的結構是：阻氧層/熱熔膠/PB樹脂，20*2.0管材壁厚設計尺寸是：0.10/0.05/2.0㎜。由於EVOH樹脂較易吸潮且吸潮後的EVOH樹脂阻氧能力會大大降低，加之施工時對表麵易有劃傷，因此阻氧作用會降低；因此三層結構阻氧PB管不是完整意義上的阻氧管。另一種是五層共擠阻氧PB管，其中，內層PB較厚，起承壓作用，外層PB較薄，起保護和熔接作用，結構是：PB樹脂/熱熔膠/阻氧層/熱熔膠/PB樹脂，20*2.0管材壁厚設計尺寸是0.60/0.05/.010/0.05/1.40；不難看出，這種管道較為理想，但加工難度大，設備成本高。根據(jù)測試結果，阻氧層的增加可以把PB單層管的透氧量減少99.6%。通俗一點講，不加阻氧層，氧的透入量是100%（相當於每2天給整個係統(tǒng)換一次新水），如果要給它加了一層阻氧層之後，他的氧透入率減少了99.6%（相當於每125天給整個係統(tǒng)換一次新水），完全可以滿足德國標準DIN 4726對采暖用塑料管道氧阻隔性的要求。阻氧型PB管道的生產比較複雜，三層結構的可以用一次共擠出工藝，也可以用二次共擠塗覆工藝。後一種方法控製比較容易，模具的設計和製造也比較簡單，*主要的優(yōu)點是廢品率比較低。由於帶阻氧層的PB管道廢品無法回收再利用，而原料價位又很高，因此許多企業(yè)選擇了二次共擠塗覆工藝。當然它也有缺點，相對一次共擠出工藝，二次共擠塗覆工藝管材的塗覆層要厚一些；由於EVOH的價位比PB還要高出幾乎一倍，塗覆層越厚，管材的生產成本也越高。而生產五層結構帶阻氧層的PB管道，目前隻有一次共擠工藝在應用。
目前國內生產阻氧管的廠家不多，主要有喬治、偉星，安固、華源、博維信、派康等，其中一部分企業(yè)使用進口生產線，而像博維信、派康等企業(yè)則是采用國產設備生產。
5、聚丁烯（PB）管道的應用條件。
PB管道真正的優(yōu)越性還是在於它的高強度，下表是各種冷熱水塑料管道在不同使用條件下的設計應力?？梢钥吹剑谒械那闆r下，PB管道的設計應力是*高的，也就是在同等外徑條件下，使用PB管道，管材的壁厚*小，通徑*大。
下表是濰坊派康PB管道的管道規(guī)格和技術參數(shù)
性能指標
下表表示了在不同的使用溫度條件和不同的使用壽命要求下，各種係列PB管道所允許使用的工作壓力。
PB管道設計溫度、工作壓力與使用壽命的對應關係
5，聚丁烯（PB）管道生產設備。
在國內開始生產PB管之初，主要依賴進口生產線，這種情況大大製約了我國PB管材行業(yè)的發(fā)展。但是近年來，我國已經成為**上*大的塑料機械生產國，國內一些塑機企業(yè)相繼推出PB管材機組，並迅速占領市場，生產設備的國產化大大加快了我國PB管材行業(yè)的發(fā)展。目前國產PB管材機組除速度外，在連續(xù)生產穩(wěn)定性，管材產品的質量上已經和進口線相差無幾；而在價格上僅為進口線的1/8-1/10左右，並且在幾年前就已經有國產設備通過巴塞爾（BASELL）公司考察取得購買原料資格的實例。因此目前國內新上PB管道的企業(yè)中絕大多數(shù)，都選擇國產設備。
聚丁烯（PB）管道生產線與一般聚烯烴管道生產線主要區(qū)彆在冷卻定徑部分，由於聚丁烯（PB）熔體粘度大，為了使管坯容易進入定徑套，有的做法是在定徑套前，增加一個預冷環(huán)。另外由於聚丁烯（PB）熱焓大，為了加快冷卻速度，可以采用套管式和碟片式組合冷卻定型裝置。
一項*新的成果值得注意。在以往的PB-1管材擠出生產線上一般配有熔體泵，熔體泵的使用有二個目的，其一是穩(wěn)定熔體通過口模時的壓力，有利於穩(wěn)定擠出和控製產品的壁厚和外徑；其二是對高分子量的PB樹脂分子鏈進行解纏，以消除管材外表麵的隱形波紋。因此在PB管材擠出生產線上配置熔體泵，已經成為公認習慣的做法；並且由於熔體泵國內已經能夠供應，因此更是很少有人提出異議。但是現(xiàn)在，“山東濰坊凱德塑料機械有限公司”通過實踐努力，在PB管材生產線上把熔體泵取消了，同樣可以穩(wěn)定的生產出質量合格的PB管材，也冇有出現(xiàn)管材外表麵的隱形波紋。取消熔體泵帶來的好處是：其一，節(jié)省了熔體泵的固定投資，降低了設備成本。其二，簡化了操作，不需要進行調整泵前後的壓力差，減少了開機時的原料損耗。其三，由於物料不需要再經過熔體泵，擠出工藝溫度可以降低15-20℃.有利於保持PB樹脂的優(yōu)良性能。
展望聚丁烯（PB）管道的發(fā)展前景，儘管它有種種優(yōu)點，但是從根本上，其原料的來源，目前全**隻有“BASELL”和“三井”兩家，這二家原料的性能和質量均可滿足PB管的各項要求；這兩家外商在中國市場上采取了不同的原料銷售策略，有利於打破聚丁烯原料在中國市場上由“BASELL”壟斷的局麵，但是期望有比較大幅度的降價，顯然是不可能的。而國產原料的開發(fā)，現(xiàn)在還冇有聽到任何信息。因此由於聚丁烯（PB）管道的價位比較高，不能不限製了它的應用範圍和總量，預計在國內總用量達到已有的熱水管道（鋁塑複合管，PP-R管，PEX管等）品種的規(guī)模是比較困難的。當然現(xiàn)在聚丁烯（PB）管道生產設備實現(xiàn)國產化，是我國發(fā)展聚丁烯（PB）管道生產和應用的有利因素。消費市場**需求將長期存在，而且這種需求將越來越大，這些都決定了PB管道在我國將會有比較大的發(fā)展空間。
