提高了对大口径管道、非开挖装置、高温和含有高浓度消毒剂的环境的适用性。例如在 PE100 的基础上,通过分子结构设计,引入己烯作为共聚单体,已经研发耐开裂的双峰聚乙烯 PE100—RC。与传统的金属管道相比,PE 管安装速度更快,故障率更低,耐腐蚀等优点,在燃气、化工等领域的应用越来越广泛,主要包括非承压管和承受中低压管。这一广泛采用是由于 PE 管道的灵活性、耐腐蚀性,与管道本身一样坚固的焊接接头,以及优良的抗慢速裂纹增长 (SCG)能力。树脂性能的演变对 PE 管道系统的持续推广应用和发展起了重要作用。高性能的聚乙烯树脂不仅为管道提供了更高的额定压力,而且还使得额定压力更低的管道的壁厚减小,从而提高了网络的整体成本效率。壁厚与管径之比被定义为标准尺寸比(SDR),SDR 已经标准化,以确保管道部件之间的兼容性。
燃气管材专用料的性能,国际标准化组织采用 ISO 4437.1—2014,欧洲采用 EN 1555.1—2010。ISO 4437.1—2014 和 EN 1555.1—2010 对燃气管聚乙烯专用料的要求是完全一致的,见表 2。GB 15558.1—2015 在内容上已经大致与国际标准保持一致。
材料对内部压力的每一次增加都必须伴随着对其他潜在失效模式的抵抗的增加。除第三方损伤外,现场最常见的管道失效模式是由 SCG 引起的“脆性”破坏。根据 PPDC 统计数据,聚乙烯管道配件失效占失效总数 53%,接头失效占 13%。随着压力的增加,管壁应力增大,管道对裂纹的萌生和扩展更加敏感。因此,PE100 管道必须通过更严格的 SCG 性能规范。例如,在 920 kPa 的缺口管道测试中至少需要 500 h,与 PE80 在 800 kPa 下进行测试相当。在 PE 树脂发展过程中必须考虑的另一种失效模式是快速裂纹扩展 (RCP)。在高内部气压与低使用环境温度共同作用下,RCP 性能受到关注,因此在开发 PE100 时引入了这一附加要求。图 1 概述了用于压力管道应用的 PE 树脂关键材料性能的改进发展。
PE 树脂发展的另一个重要因素是长时间抗氧化降解的能力。聚乙烯管材受到环境中光照、氧、湿气 等自然因素的影响,逐渐发生老化,性能逐渐降低,从而影响使用寿命。针对最新一代 PE100 材料已经开发了先进的稳定保护层,在正常使用条件下可提供 100 多年的保护。当温度超过 20℃和/或使用管道输送含有高浓度氯基消毒剂的水时,会加速氧化并缩短管道寿命。系带分子链、短支链含量及分布、片晶厚度等微观结构影响聚乙烯管材性能。随着基于 PE100 材料类的聚乙烯管材树脂的发展,出现了具有特殊性能、适用于不同环境的 PE 树脂,各种缩略语也被引入。这里说明了主要的几种 PE100 树脂,并在图 2 中总结了 PE100 的不同等级的性能。
3 下一代 PE 管材树脂