毕业设计（论文）-HDPE燃气管道的性能研究.doc

（2011届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：HDPE燃气管道的性能研究 学 院（部）：包装与材料工程学院 专 业：高分子材料与工程 学 生 姓 名： 班 级： 高071班 学号 指导教师姓名： 职称 副教授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 目 录第一部分 过程管理资料一、2011届毕业设计（论文）课题任务书(3)二、湖南工业大学本科毕业设计（论文）开题报告(5)三、本科毕业设计（论文）中期报告(12)四、毕业设计（论文）指导教师评阅表(13)五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表(14)六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表(15)第二部分 毕业论文七、毕业论文(16)2011届本科毕业设计（论文）资料第一部分 过程管理资料2011届毕业设计（论文）课题任务书学院（部）：包装与材料工程学院 专业： 高分子材料与工程 指导教师石璞学生姓名吴凤课题名称HDPE燃气管道的性能研究内容及任务内容：了解HDPE燃气管的国内外发展情况；以具体的性能检测实验论证HDPE燃气管的优越性能；以具体事例说明HDPE燃气管巨大的开发潜力和工程应用方面的独特优势。任务：1. 广泛查阅中外期刊，掌握有关HDPE燃气管的性能和工程应用方面的相关信息；2. 以所掌握的资料信息为基础，确定配方并完成开题报告；3. 联系实验场地、准备实验原料、熟悉实验标准和过程；4. 完成实验，结合结果进行讨论；5. 完成论文，得出结论。拟达到的要求或技术指标1. 通过实验，论证HDPE燃气管的优越性能；2. 以所掌握的理论知识，设计出改性配方，并以实验论证该配方的可实施性；3. 根据HDPE燃气管的性能研究结果，说明其巨大的工程应用价值；4. 以实验和讨论为基础，就HDPE燃气管的性能与工程应用得出结论。进度安排起止日期工作内容2010.12.05定课题；2010.12.08文献检索，检查收集的资料；2010.12.12完成文献综述和3000字开题报告；2011.4.01-2011.4.12查阅相关资料、制定实验方案；2011.4.13-2010.5.10进行相关实验；2011.5.12-2010.5.15数据处理，对所得数据进行理论解释和讨论；2011.5.16-2011.6.08准备论文和答辩。主要参考资料1. 塑料材料学2. 高分子物理3. 塑料测试技术4. 聚乙烯燃气管道工程技术规程5. 聚乙烯燃气管道设计、施工、验收技术规程6. 塑料压力管道焊接技术的发展现状7. 聚乙烯管材的发展前景8. 聚合物动态挤出流变学系（教研室）意见签名：年 月 日学院（部）主管领导意见签名：年 月 日湖 南 工 业 大 学本科毕业论文开题报告（2011届）学 院（部）：包装与材料工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名： 吴凤 班 级： 071班 学号 07404300134 指导教师姓名： 石璞 职称 副教授 最终评定成绩： 2011年 1月12日题目：HDPE燃气管道的性能研究1结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述。高密度聚乙烯（HDPE）具备在管道方面应用的独特优势，它的柔顺性、抗腐蚀性、耐低温性、可焊接性以及“不开挖定向钻孔”等实用性拓展了其应用领域，尤其它在常用塑料材料中快速裂纹传递抵抗能力最佳，使其成为燃气管道的首选材料。1.1 高密度聚乙烯（HDPE）燃气管发展简史1.1.1 聚乙烯（PE）燃气管国内外发展历史在国外，从20世纪60年代后期开始使用HDPE燃气管道，经过30年的不断发展，到目前为止，HDPE燃气管道已成为最熟悉的管道之一。例如欧洲的PE燃气管、排水管道普及率极高，美国HDPE燃气管道的普及率已达100%，英国、丹麦等均超过90%，比利时、法国、德国分别达到77%、68%、65%。尽管如此，围绕HDPE燃气管道系统的各方面的研究、开发工作仍一直未间断，特别是关于HDPE管材的性能研究。在我国，近几年来，高密度聚乙烯（HDPE）燃气管材以其优良的使用性能而在我国管道业得到了广泛的应用。燃气用埋地HDPE管道从“七五”开始被列为国家重点攻关项目，原建设部充分肯定了HDPE管材在应用中的优良特性，认为是最有发展前景的新材料。根据国家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要，2010年我国的PE燃气管道市场占有率要达到60%以上。中国石油化工股份有限公司（简称中国石化）是国内最大的聚烯烃合成树脂供应商，在PE管道用材料的研发与生产上已实现了突破，可以改变PE管道材料一直以进口材料为主的局面，全面满足燃气管道对材料的性能要求。1.1.2 高密度聚乙烯（HDPE）燃气管的应用近年来，天然气的不断开采和利用使得天然气工业得到了迅速发展，专家们普遍认为21世纪中叶将是以天然气为主的能源时代。我国已将天然气开发和利用作为21世纪初能源结构优化和石油工业产业升级的重点，争取用10年时间使天然气在能源消费结构中的比例由目前的2.2%提高到8%左右。燃气事业的蒸蒸日上以及PE管材生产技术的逐步成熟，将使PE管材在燃气行业的应用日益广泛。上海是我国最早使用PE管输送燃气的城市，1982到1983年进行了部分区域性实验，总长度为440m，1992年把运行十年的聚乙烯管挖出，进行性能测定，得出“使用十年的聚乙烯管材的力学性能、耐化学试剂性及短期静水压性能变化都不大，其有关指标仍能满足对新管材的要求”这一结论。1991年到1992年由无锡、深圳、成都、广州和上海对外径32160mm的聚乙烯管进行了应用试点，积累了聚乙烯管的实际应用经验。而后几年间，全国各地许多城市都不同程度地采用了聚乙烯管道输送燃气，工程运用情况良好。有关PE燃气管道规范的推出，更是聚乙烯管材的应用得到较快发展，已呈现出取代金属管道的趋势。目前，我国聚乙烯燃气管已完全国产化，生产厂家已由1995年的几家发展到目前分布在山东、河北、黑龙江、上海等省市的几十家。随着聚乙烯燃气管的系列化生产，聚乙烯管材管件将会在更多城市的燃气管网中得到应用。1.2 高密度聚乙烯（HDPE）燃气管道技术的优越性能HDPE管材非常适合作为燃气管道系统使用，它与传统供气管材(如球墨铸铁管)相比，圆满地解决了传统管道腐蚀与接头渗漏的两大难题。HDPE管材具有的耐腐蚀性强、柔韧性好、质轻、抗冲击性能优，管材、管件采用同质熔接，系统安全可靠，施工成本低等特点，优点突出。1.2.1 耐化学腐蚀性强聚乙烯是惰性材料，除少数强氧化剂外， 可耐多种化学介质的侵蚀。无电化学腐蚀，不需要防腐层，特别适用于酸、碱性土壤的铺设。以前的输气工程所用管道选用球墨铸铁管或钢管，则管道的防腐费用高且效果不佳，而采用HDPE管则不需考虑防腐问题。1.2.2 HDPE管道柔韧性好，对地震或地基沉降抵抗力强在工程地基沉降较为明显的地区（在我国东南部用气量大的沪宁杭多为这种情况），HDPE管是一种韧性高的管材，其断裂伸长率超过500，对管基不均匀沉降适应能力非常强。而使用通过橡胶圈密封的球墨铸铁管，在地基不均匀沉降的情况下容易出现管道拉脱现象，造成管道系统的安全性低，隐患大，且管道基础的处理费用高。而在输气管道工程中采用HDPE管，管道基础一项就将节约10%的工程费用。1.2.3 HDPE管道的柔韧性具有巨大技术经济价值在现场施工中可以采用在管沟边连接好HDPE管道后再铺入管沟的施工方法。这种方法减少了连接的难度和管坑土方开挖的工作量。若采用球墨铸铁管需要安装工人下到管坑内操作，需要在开挖时预留工作位，增加了施工的难度。有些工程项目铺设的管路需要穿越山地、水田、河流等复杂地型，选用HDPE管材，在施工时，可在管子允许的弯曲半径内绕过障碍，降低施工难度，减少管件的数量。而且HDPE管安装对管沟的开挖要求不需太严格，部分弯曲的管沟，可以通过管材本身的柔韧性进行蛇行铺设。1.2.4 HDPE管路系统的密闭性优良HDPE采用热熔承插、热熔对接及电熔承插等连接方式，使管材、管件熔为一体，实现了接头与管材的一体化，基本上杜绝了传统管材存在的接头渗露问题。因此，HDPE管与球墨铸铁管的连接方式相比，密闭性非常好，直接避免了燃气资源的浪费，降低了供气企业生产、管理维护的成本。从金德管业集团各生产基地PE安装队完成的工程来看，HDPE管道试压验收基本上是一次性通过。密闭性的优势给施工单位节省了大量的人力、物力。1.2.5 HDPE管内壁光滑，流通能力大，经济优势明显在作管路试压测试研究时，某公司曾对上海外滩某段燃气管道进行实地压力测量。供气企业输出压力为0.25MPa，在经过约100公里的HDPE管道输送后，末端还有0.2496MPa的供气压力。这样大大降低了管路运行的能耗。1.2.6 便于运输安装聚乙烯管材密度小，施工时不需要大型吊装设备，在农田、山地等不利地形安装管道非常方便，这样减轻了工人的劳动强度，减少了施工单位的机械费用支出（如表1.1）。表1.1 HDPE管、球墨铸铁管的重量比较(kg/m)材料dn200dn300dn500HDPE管（1MPa）7.31849球墨铸铁管30.650.8104.3在遇到某些具体的工程时考虑多方面因素，如有些项目要求做单管长度长达10多米，这对铁管来说给运输带来了极大的不便，因在使用聚乙烯管材时，由于其可以做成盘管，不仅运输、安装方便，而且还能大大降低工人的劳动强度，提高工作效率，更能节约大笔的工程费用。1.2.7 工程造价方面采用PE管比球墨铸铁管节省安装费用，理由如下：1.2.7.1 管件由于HDPE管材的柔韧性比较好，在遇到障碍物或管沟开挖不直的情况下可以不用管件直接铺设，但球墨铸铁管就不行，有时必须用弯头或之字管之类管件来过渡连接。这样，在管件部分HDPE管优于球墨铸铁管。1.2.7.2 加固墩HDPE管材采用热熔对接连接，接口部位的强度非常好。球墨铸铁管采用承插连接，在三通，弯头等部位要求捣制混凝土加固墩进行加固。这方面费用自然是选用球墨铸铁管的比选用HDPE管材的高。1.2.7.3 使用寿命HDPE管材不需要防腐。但输气管材若选用球墨铸铁管，就要求球墨铸铁管管内外壁进行防腐处理。球墨铸铁管进行管内外壁防腐处理后，正常的使用寿命为20-25年。而HDPE管不存在腐蚀情况，正常的使用寿命为50年。1.3 总结HDPE燃气管在我国推广应用历史不长，尤其是作为燃气管，仅仅是最近十几年的事情。HDPE管除了具有塑料管重量轻、强度高、耐腐蚀、摩阻小、不结垢、使用寿命长等优异优点外，其特殊的柔韧性，极高的延伸率和独特的热熔焊连接方法，给应用带来了其它管材都不具备的优势。PE管材另一个最大的优点是经济效益好。根据国外资料，在采用HDPE管的发达国家，PE管的安装费用一般低于钢管的50，而定向钻孔穿管法又比PE管直接埋地法节约施工费3040。国内燃气用PE管的安装费用也显而易见要比钢管铺设工程费用低。从目前很多领域所安装的多个供气管道工程实例来看，HDPE管在市政供气领域还是具有很大的优势的。但随着沿海各省燃气工程的逐步实施和天然气在各大小城镇的普及，HDPE聚乙烯燃气管将会迅速发展，使聚乙烯管材得到更广泛的应用。参考文献1 景政红，赵丽梅.HDPE燃气管专用料6380MBL的性能J.合成树脂新产品开发与应用专栏，2007.2 孔德辉.燃气用聚乙烯管材现状及发展分析J.石化技术，2010，17（3）：61.3 罗艺，姜稳庄.聚乙烯燃气管道接口的质量控制R.深圳市建设工程质量监督总站，2004.4 王红霞.聚乙烯管在燃气工程中的应用J.工程塑料应用，2001,29（9）：29.5 李金玲，卢春华，石明霞，刘红扬，宋丕双.国内聚乙烯管材专用料生产现状及市场分析J.弹性体，2010，20（2）：83-88.6 齐芳娟等. 用裂纹张开位移评价HDPE燃气管材的断裂特性J. 工程塑料应用，2001,29（4）：23-24.7 GB15558.1-2003.燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统 第1部分：管材S.8 华北设计研究院.玉林市天然气利用工程专项规划S.2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案正是考虑到HDPE燃气管的巨大开发潜力,我就目前一些公司已经投产的燃气管原有材料配方的基础上,对HDPE燃气管进行性能研究和配方调整,以期望在理论基础上,通过实验更好的开发出改性产品,使HDPE燃气管的性能更好的体现出来。为达到这一基本目的以下表2.1的配方所加工出的产品为试验对象进行测试，以验证配方的合理性，为大规模工业生产提供依据。 表2.1 试验配方原料名称质量百分含量（%）DGDB2480H94KY-5002.9N99O2.3其他0.8加工工艺：自动上料加热挤出真空定径冷却二次浸水冷却 产品打印牵引定尺切割基本加工设备：PE大口径燃气管材生产线检测方法：完全按照GB/T1555812003所规定的燃气管检测方法来对试样进行检测。3.工作进度及具体安排2011年1月：准备原材料，熟悉相关标准。2011年23月：按设计好的实验路线进行试验。2011年4月：对试样进行全方位检测。2011年5月：整理材料，得出结论，完成论文。4.指导教师意见 指导教师： 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期：2011年4月26日学院（部）（公章）包装与材料工程学院班 级高材071班学生姓名吴凤课题名称：HDPE燃气管道的性能研究课题主要任务：在原有配方基础上，设计出HDPE燃气管改性配方，并通过实验进一步熟悉HDPE燃气管的优越性能和工程应用情况。1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果具体工作有：1) 查阅了大量的中外期刊，了解了国内外关于HDPE燃气管的研究情况；2) 进行初步实验，制备了一些HDPE燃气管的实验样品；3) 通过实验分析了一些原料成分对HDPE燃气管性能的影响。开题以来取得了一些进展，主要有以下几个方面：1) 通过实验加深了对HDPE燃气管的了解和认识；2) 得到了一些HDPE燃气管的样品，通过比较实验了解了HDPE燃气管各种原料的最佳配比；3) 熟悉了实验的过程，对实验结果可做出合理的预测和分析。2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排下一步主要研究各种PE纯料、炭黑、抗氧剂对HDPE燃气管性能的影响，通过实验检测进一步得出各种对比料与目标用料对HDPE燃气管综合性能影响的具体数据，最后以实验结果为基础进行讨论后得出结论，并说明其较好的工程应用性。3、存在的具体问题在制备实验样品时，由于所使用的是工厂大规模混料系统，对各种原料的加入量很难精确控制，同时在制备各种对比样品的过程中，无法完全保证换料的精度。4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名：日 期： 毕业设计（论文）指导教师评阅表学院（部）（公章）：包装与材料工程学院 学生姓名吴凤学 号07404300134班 级高071班专 业高分子材料与工程专业方向指导教师姓 名石璞课题名称HDPE燃气管道的性能研究评阅项目标准满分得分业务能力与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，独立分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规 范 化技术材料齐全，论文撰写符合本科毕业设计（论文）撰写规范的要求。20外语水平英文摘要写作水平高。10工作态度严肃认真，刻苦勤奋，善于与他人合作。10综合评价：是否同意参加答辩： 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）评阅教师评阅表学院（部）（公章）：包装与材料工程学院 学生姓名吴凤学 号074043000134班 级高071专 业高分子材料与工程专业方向课题名称HDPE燃气管道的性能研究评审项目指 标满分得分选 题体现专业内容；具有实际或理论意义；难易程度合适。10工 作 量完成任务书规定的内容，工作量饱满。 10业务能力与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识，分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。30论文质量条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺；方法正确，分析、论证充分；设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；专业名词术语准确。30规 范 化技术材料齐全，论文撰写符合规范要求。10外语水平英文摘要写作水平高。10针对论文提问：1、2、3、评 分：是否同意参加答辩 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩评阅人签名： 年 月 日毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表学院（部）（公章）：包装与材料工程学院 学生姓名吴凤学号07404300134班 级高071班答辩日期2011年6月7日课题名称HDPE燃气管道的性能研究指导教师石璞成 绩 评 定分值评 定教师1教师2教师3教师4教师5小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确、深入,知识面宽。70合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 30评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 30最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各学院（部）自己确定。2011届本科毕业设计（论文）资料第二部分 毕业论文（2011届）本科毕业设计（论文）HDPE燃气管道的性能研究学 院（部）： 包装与材料工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名： 吴凤 班 级： 高071班 学号 07404300134 指导教师姓名： 石璞 职称 副教授 最终评定成绩 2011 年 5 月 湖南工业大学本科毕业设计（论文）HDPE燃气管道的性能研究学 院（部）：包装与材料工程院 专 业：高分子材料与工程 学 号：07404300134 学 生 姓 名：吴凤 指导教师姓名：石璞副教授2011年 5 月湖南工业大学本科毕业论文摘 要高密度聚乙烯（HDPE）燃气管较之其它压力等级的燃气管材，在性能上更加优越，尤其是耐长期静压力的能力和断裂伸长率方面，比现在普遍使用的PE80级燃气管要高出很多。此外，它的抗氧化性能和耐气候性能也大大高于其它燃气管材。通过查阅大量的文献确定了一组目标配方，希望能在理论上将HDPE燃气管的性能更好的体现出来。做了大量的对比实验得到了HDPE燃气管的最佳配比，配比为：北欧化工生产的双峰DGDB2480H，用量为2.3的碳黑N990，用量为2.9的抗氧剂KY-500。由此配方得到的产品具有良好的抗氧性和力学综合性能。最后用目标配方生产的燃气管做了一系列检测实验，如静液压强度（HS）、断裂伸长率、炭黑分散级等测试项目。测试结果均符合选用标准的要求。关键词：高密度聚乙烯，燃气管，目标配方，最佳配比，性能ABSTRACTCompared to other pipes materials of different pressure rating ，the gas pipe made out of high density polyethylene (HDPE) owns superior properties, especially the better resistance to long-term static pressure and the elongation at break than those made out of widely used PE80 materials. Besides its inoxidizability and weather fastness are also better than others.The objective ratio can be got by lots of relevant documents, performing the HDPE gas pipe properties very well in theory. The best ratio of HDPE gas pipe is based on lots of comparative experiments and shows as follow: when the carbon black N990 gets to 2.3% and the proportion of antioxidant KY-500 is2.9%, with the production of bimodal Borealis DGDB2480H, we can get the production owning good inoxidizability and mechanical property.Finally，the gas pipe made by the objective ratio is tested by a sets of experiments including the test of hydrostatic strength (HS), elongation at break and the carbon black dispersing rating. All the test results meet the selective standards.Keywords：high density polyethylene，gas pipes，the target formula，the best ratio of ，performance目录第1章 绪论 11.1 聚乙烯（PE）燃气管发展简史11.1.1 聚乙烯（PE）燃气管国内外发展历史11.1.2 高密度聚乙烯（HDPE）燃气管在我国的应用11.2高密度聚乙烯（HDPE）燃气管道技术的优越性能21.2.1耐化学腐蚀性强21.2.2HDPE管道柔韧性好，对地震或地基沉降抵抗力强21.2.3 HDPE管道的柔韧性具有巨大技术经济价值21.2.4 HDPE管路系统的密闭性优良31.2.5 HDPE管内壁光滑，流通能力大，经济优势明显31.2.6 便于运输安装31.3发展前景预测41.4研究思路及方案41.5研究的意义4第2章 实验 62.1原料62.2仪器设备62.3实验方法和引用标准72.4HDPE燃气管的生产工艺72.4.1 技术数据72.4.2混配料72.4.3 制造色条的混配料72.4.4回用料72.4.5聚乙烯混配料的性能82.4.6材料力学性能测试要求92.4.7材料物理性能测试试验要求92.4.8 工艺过程92.5实验方案102.6 实验说明102.6.1 成品检测实验说明102.6.2 实验综合说明10第3章 结果与讨论123.1 不同PE料对HDPE燃气管性能影响123.2 不同炭黑对HDPE燃气管性能的影响133.2.1 炭黑对提高燃气管性能的分析133.2.2 不同种类炭黑的比较133.2.3 炭黑使用量的说明143.3 抗氧剂的选用和用量分析143.3.1 抗氧剂的选用143.3.2 抗氧剂的用量分析153.4 配方确定及小结163.4.1 目标配方管材的性能测试163.4.2 小结173.5 HDPE燃气管的工程应用技术173.5.1 PE管焊接技术简介18总结 20参考文献21致谢 2325第1章 绪论高密度聚乙烯（HDPE）具备在管道方面应用的独特优势，它的柔顺性、抗腐蚀性、耐低温性、可焊接性以及“不开挖定向钻孔”等实用性拓展了其应用领域，尤其它在常用塑料材料中快速裂纹传递抵抗能力最佳，使其成为燃气管道的首选材料。1.1 聚乙烯（PE）燃气管发展简史1.1.1 聚乙烯（PE）燃气管国内外发展历史在国外，从20世纪60年代后期开始使用HDPE燃气管道，经过40年的不断发展，到目前为止，HDPE燃气管道已成为最熟悉的管道之一。例如欧洲的PE燃气管、排水管道普及率极高，美国HDPE燃气管道的普及率已达100%，英国、丹麦等均超过90%，比利时、法国、德国分别达到77%、68%、65%。尽管如此，围绕HDPE燃气管道系统的各方面的研究、开发工作仍一直未间断，特别是关于HDPE管材的性能研究。在我国，近几年来，高密度聚乙烯（HDPE）燃气管材以其优良的使用性能而在我国管道业得到了广泛的应用。燃气用埋地HDPE管道从“七五”开始被列为国家重点攻关项目，原建设部充分肯定了HDPE管材在应用中的优良特性，认为是最有发展前景的新材料。根据国家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要，2010年我国的PE燃气管道市场占有率要达到60%以上。中国石油化工股份有限公司（简称中国石化）是国内最大的聚烯烃合成树脂供应商，在PE管道用材料的研发与生产上已实现了突破，可以改变PE管道材料一直以进口材料为主的局面，全面满足燃气管道对材料的性能要求。1.1.2 高密度聚乙烯（HDPE）燃气管在我国的应用近年来，天然气的不断开采和利用使得天然气工业得到了迅速发展，专家们普遍认为21世纪中叶将是以天然气为主的能源时代。我国已将天然气开发和利用作为21世纪初能源结构优化和石油工业产业升级的重点，争取用10年时间使天然气在能源消费结构中的比例由目前的2.2%提高到8%左右。燃气事业的蒸蒸日上以及PE管材生产技术的逐步成熟，将使PE管材在燃气行业的应用日益广泛。上海是我国最早使用PE管输送燃气的城市，1982到1983年进行了部分区域性实验，总长度为440m，1992年把运行十年的聚乙烯管挖出，进行性能测定，得出“使用十年的聚乙烯管材的力学性能、耐化学试剂性及短期静水压性能变化都不大，其有关指标仍能满足对新管材的要求”这一结论。1991年到1992年由无锡、深圳、成都、广州和上海对外径32160mm的聚乙烯管进行了应用试点，积累了聚乙烯管的实际应用经验。而后几年间，全国各地许多城市都不同程度地采用了聚乙烯管道输送燃气，工程运用情况良好。有关PE燃气管道规范的推出，更是聚乙烯管材的应用得到较快发展，已呈现出取代金属管道的趋势。目前，我国聚乙烯燃气管已完全国产化，生产厂家已由1995年的几家发展到目前分布在山东、河北、黑龙江、上海等省市的几十家。随着聚乙烯燃气管的系列化生产，聚乙烯管材管件将会在更多城市的燃气管网中得到应用。1.2 高密度聚乙烯（HDPE）燃气管道技术的优越性能HDPE管材非常适合作为燃气管道系统使用，它与传统供气管材(如球墨铸铁管)相比，圆满地解决了传统管道腐蚀与接头渗漏的两大难题。HDPE管材具有的耐腐蚀性强、柔韧性好、质轻、抗冲击性能优，管材、管件采用同质熔接，系统安全可靠，施工成本低等特点，优点突出。1.2.1 耐化学腐蚀性强聚乙烯是惰性材料，除少数强氧化剂外， 可耐多种化学介质的侵蚀。无电化学腐蚀，不需要防腐层，特别适用于酸、碱性土壤的铺设。以前的输气工程所用管道选用球墨铸铁管或钢管，则管道的防腐费用高且效果不佳，而采用HDPE管则不需考虑防腐问题。1.2.2 HDPE管道柔韧性好，对地震或地基沉降抵抗力强在工程地基沉降较为明显的地区（在我国东南部用气量大的沪宁杭多为这种情况），HDPE管是一种韧性高的管材，其断裂伸长率超过500，对管基不均匀沉降适应能力非常强。而使用通过橡胶圈密封的球墨铸铁管，在地基不均匀沉降的情况下容易出现管道拉脱现象，造成管道系统的安全性低，隐患大，且管道基础的处理费用高。而在输气管道工程中采用HDPE管，管道基础一项就将节约10%的工程费用。1.2.3 HDPE管道的柔韧性具有巨大技术经济价值在现场施工中可以采用在管沟边连接好HDPE管道后再铺入管沟的施工方法。这种方法减少了连接的难度和管坑土方开挖的工作量。若采用球墨铸铁管需要安装工人下到管坑内操作，需要在开挖时预留工作位，增加了施工的难度。有些工程项目铺设的管路需要穿越山地、水田、河流等复杂地型，选用HDPE管材，在施工时，可在管子允许的弯曲半径内绕过障碍，降低施工难度，减少管件的数量。而且HDPE管安装对管沟的开挖要求不需太严格，部分弯曲的管沟，可以通过管材本身的柔韧性进行蛇行铺设。1.2.4 HDPE管路系统的密闭性优良HDPE采用热熔承插、热熔对接及电熔承插等连接方式，使管材、管件熔为一体，实现了接头与管材的一体化，基本上杜绝了传统管材存在的接头渗露问题。因此，HDPE管与球墨铸铁管的连接方式相比，密闭性非常好，直接避免了燃气资源的浪费，降低了供气企业生产、管理维护的成本。从金德管业集团各生产基地PE安装队完成的工程来看，HDPE管道试压验收基本上是一次性通过。密闭性的优势给施工单位节省了大量的人力、物力。1.2.5 HDPE管内壁光滑，流通能力大，经济优势明显在作管路试压测试研究时，某公司曾对上海外滩某段燃气管道进行实地压力测量。供气企业输出压力为0.25MPa，在经过约100公里的HDPE管道输送后，末端还有0.2496MPa的供气压力。这样大大降低了管路运行的能耗。1.2.6 便于运输安装聚乙烯管材密度小，施工时不需要大型吊装设备，在农田、山地等不利地形安装管道非常方便，这样减轻了工人的劳动强度，减少了施工单位的机械费用支出（如表1.1）。表1.1 HDPE管、球墨铸铁管的重量比较(kg/m)材料公称直径/mm200300500HDPE管（1MPa）7.31849球墨铸铁管30.650.8104.3在遇到某些具体的工程时考虑多方面因素，如有些项目要求做单管长度长达10多米，这对铁管来说给运输带来了极大的不便，因在使用聚乙烯管材时，由于其可以做成盘管，不仅运输、安装方便，而且还能大大降低工人的劳动强度，提高工作效率，更能节约大笔的工程费用。1.3 发展前景预测相对水管来说，由于高密度聚乙烯（HDPE）管道系统主要用于小区和庭院管，直径较小，绝大部分在400mm以下，用量较少。2007年我国燃气用HDPE管约100kt，但是附加值较高。出于安全考虑，行业管理较为严格，原料和管材生产企业也不希望贸然进入该领域，因此管材生产企业比较集中。据调查，国内紧乔治费歇尔一家管材供应商就占有至少50%的市场份额。根据对往年HDPE燃气管材消耗量的调查及相关政策，预测今后5年我国燃气管的用量每年将以10%左右的速度增长，到2015年可达到300kt。1.4 研究思路和意义1.4.1 研究思路正是考虑到HDPE燃气管的巨大开发潜力,我就目前一些公司已经投产的燃气管原有材料配方的基础上,对HDPE燃气管进行性能研究和配方调整,以期望在理论基础上,通过实验更好的开发出改性产品,使HDPE燃气管的性能更好的体现出来。为达到这一基本目的设计了若干组实验以得到一组最佳配比。首先挑选性能满足要求的HDPE料，查阅大量文献初步确定在目前国内外大量使用的HDPE燃气管专用料DGDB2480H、HE3490、6380M、TR480中挑选，通过大量实验来从这四种原料中选定一种并确定其用量；然后选择合适的炭黑品种并确定其用量，初步选用N990、T-400B、N375这三种型号的炭黑，以实验来最终确定最佳品种及其用量；最后选择合适的抗氧剂并确定其用量以生产出满足要求的燃气管材。用PE大口径燃气管材生产线进行加工生产，然后完全按照GB/T1555812003所规定的燃气管检测方法来对试样进行性能检测。1.4.2 研究意义HDPE燃气管在我国推广应用历史不长，尤其是作为燃气管，仅仅是最近十几年的事情。HDPE管除了具有塑料管重量轻、强度高、耐腐蚀、摩阻小、不结垢、使用寿命长等优异优点外，其特殊的柔韧性，极高的延伸率和独特的热熔焊连接方法，给应用带来了其它管材都不具备的优势。PE管材另一个最大的优点是经济效益好。根据国外资料，在采用HDPE管的发达国家，PE管的安装费用一般低于钢管的50，而定向钻孔穿管法又比PE管直接埋地法节约施工费3040。国内燃气用PE管的安装费用也显而易见要比钢管铺设工程费用低。从目前很多领域所安装的多个供气管道工程实例来看，HDPE管在市政供气领域还是具有很大的优势的。但随着沿海各省燃气工程的逐步实施和天然气在各大小城镇的普及，HDPE聚乙烯燃气管将会迅速发展，使聚乙烯管材得到更广泛的应用。第2章 实验2.1 原料表2.1 实验所用原料材料型号生产厂家PE料HE3490北欧化工PE料DGDB2480H齐鲁石化PE料6380M燕山石化PE料TR480上海金菲炭黑N375山西恒大化工有限公司炭黑N990上海宁成高分子材料有限公司炭黑T-400B上海化工新材料有限公司抗氧剂1076上海加成化工有限公司抗氧剂1010广州嵩源新材料有限公司抗氧剂KY-1330山西省化工研究院精细所抗氧剂KY-500广州合成材料研究院开发所2.2 仪器设备表2.2 实验所用仪器仪器名称生产厂家平锥形单螺杆挤出机青岛科创塑料机械有限公司粒子表观密度测定仪承德金建仪器检测有限公司精密熔体质量流动速率测定仪承德金建仪器检测有限公司微机控制智能拉伸机深圳新三思WZY-240万能制样机承德市世鹏检测设备有限公司智能液压试验机深圳新三思炭黑测定仪 东莞市方圆仪器有限公司电子天平 沈阳教学仪器厂马福炉 长沙市远东电炉厂干燥器 天津玻璃仪器厂烘箱 苏州科达炉业有限公司2.3 实验方法和引用标准表2.3 试验方法和引用标准实验方法名称引用标准原料及成品检测总标准GB1555812003PE管材炭黑含量的测定GB/T2951.897塑料表观密度试验方法GB/T16362008熔体质量流动速率MFRGB/T 36822000热稳定性（氧化诱导时间）GB/T 19466.62009水分含量试验方法GB/T12496.41999碳黑分数试验方法GB/T182512000静液压强度（HS）GB/T 61112003断裂伸长