对开发增强热塑性塑料管的几点建议.doc

对开发增强热塑性塑料管的几点建议作者：张玉川1积极又谨慎地开发增强热塑性塑料管众所周知，热塑性塑料管有许多突出的优点，因此在很多领域内被广泛应用，并且不断地在发展和增长。但是热塑性塑料也有其明显的缺点，其强度和刚度较低，耐热性能有限.等。因此国内外都在不断探索开发通过复合其他材料达到性能更理想的复合热塑性塑料管。我国塑料管业对于开发复合热塑性塑料管一直很积极，起步也比较早，积累了不少经验和教训，有的自主创新产品已经打开不小的市场。复合热塑性塑料管的品种很多，其中尤以实现增强（提高耐内压能力）为主要目标的最多。增强复合热塑性塑料管也已经有许多不同的种类，其中一大类的目标是通过增强达到能够承受高压，应用于工作压力超过1.6MPa的各种场合（不增强的热塑性塑料管通常最大工作压力在1.6MPa）；另一大类应用于工作压力在1.6MPa以下，其主要目标是通过增强减少热塑性塑料的消耗。国内外的实践证明增强热塑性塑料管确实具有独特的优点，不少应用领域适合甚至必须采用增强热塑性塑料管。中国塑料管业发展到今天的水平，开拓新应用领域，开发高技术含量和高附加值的塑料管道是时代的要求。而且，近年随着石油价格的爆涨，塑料树脂日益昂贵的压力也迫使塑料管业必须寻找减少热塑性塑料消耗的办法。因为在某些应用领域和范围（如直径较大的中低压输水管道）采用增强热塑性塑料管代替不增强热塑性塑料管已经显示有节约材料降低成本的经济效益，我们相信增强热塑性塑料管更大发展是必然的趋势。值得注意的是，过去发达国家开发和应用增强热塑性塑料管主要在高压领域（如石油天然气开采领域的RTP）和小直径范围（铝塑复合管），近年则不断有在中低压领域和大直径范围开发和应用增强热塑性塑料管的报道。例如：KRAH公司的DR系列（用含短玻纤聚乙烯做增强层，复合缠绕熔接成型。据介绍壁厚可以减少一半。直径范围300-4000mm。）SOLVAY开发的HexelOne*专利技术（用取向聚乙烯做增强层，复合缠绕熔接成型。直径范围180-1200mm，压力范围10-25bar）。我们分析在也是反映了热塑性塑料树脂价格高涨带来的新动向。同时，应该清醒地看到增强热塑性塑料管是处在发展探索阶段的新技术，在国际上也是开发和应用不久的新产品（例如：第一条RTP在1998年）。这和不增强的热塑性塑料管已经有长期使用经验，经过系统试验研究，建立了较完整理论和制订了较严密标准体系不同。尤其是，由于增强热塑性塑料管通常由性能特征相差很大的材料以不同的方式复合而成，因此其性能和行为的分析和判断变得比较复杂和困难。例如，由钢材（弹性体）和热塑性塑料（粘弹性体）复合的增强管，其力学性能和行为就既不同于弹性体材料又不同于粘弹性体材料，不能用任一种力学理论去解释和设计。历年来，国内外都有许多增强热塑性塑料管的新设计新专利提出来。但是并不是都能够在市场上立足。这是因为要通过复合其他材料增强时要做到优势互补而不带来不能接受的缺点或代价并不容易，需要解决很多技术问题。换句话说，如果设计不当，很可能增强效果有限，而复合形成的缺点确很突出，产品缺乏可靠性和竞争力。所以增强热塑性塑料管一直是个国内外热门的科研课题，许多企业和科研部门开展了大量的试验研究。近年增强热塑性塑料管的标准体系有了较大进展。目前海洋石油开采用的增强热塑性塑料管-挠性管已经有比较完整的标准和规范，（美国石油组织API规范和相应的ISO标准）。高压输天然气的增强热塑性塑料管RTP已经先后发布德国DVGW的标准和ISO标准。（参见附件A：增强热塑性塑料管有关的标准规范）。因为国外相关的新技术通常处在严格保密或专利保护下，我国发展增强热塑性塑料管不太可能如同过去发展不增强热塑性塑料管那样全套地引进设计、制造、检验、铺设和使用的技术（通常是已经公开和普及的技术）。我们只能在尽量吸收国外技术成果的同时，更多地依靠自主的试验研究和开发设计。所以我国开发增强热塑性塑料管必须要投入较大的功夫和经历较长的时间，不可能如同当年发展不增强热塑性塑料管那样迅速上马，立刻见效。希望有意向发展增强热塑性塑料管的企业和研究部门需要对于自主开发的艰巨性有充分的认识。尤其是需要对于增强热塑性塑料管在理论上和实践中的复杂性（不同于单纯热塑性塑料）有足够的估计。近年国内一些企业积极开发增强热塑性塑料管，提出了不同的方案，做了大量的探索。对于这些开发无疑应该支持和鼓励，但本文作者希望提醒这些开发者吸收历史的经验教训，把勇于创新的精神和尊重科学的态度结合好。特别是不要急于求成，不要把没有经过严密分析和系统试验的新产品就投入大量生产和使用。近来国内出现的一些增强热塑性塑料管的新产品在可靠性方面试验研究不足，难以让用户信任。例如：有的企业把钢增强塑料埋地排水管（按照提高环刚度为主要目标设计的）直接用于压力输水管显然不合理的。因为热塑性塑料短期性能和长期性能有很大差别，如果就根据短期可以使用就认定能够长期承受内压是很危险的。在开发新型管材方面我们应该学习国外先进国家的经验，在一种新产品大量生产和使用之前，一定要进行详细严格的分析研究，经过长期系统的试验和试用，明确规定质量保证的要求。例如：国际上为了完善和推广芳纶纤维增强热塑性塑料管RTP，由生产企业、用户企业和科研机构及大学联合组织起来开展一个JIP计划，几年来进行了大量的研究和试验，提出了相关的标准规范。所以衷心希望国内塑料管业能够总结和吸收历史的经验教训，积极又谨慎地开发增强热塑性塑料管，尽快赶上这个领域与国际的差距，并争取逐步走向自主创新。为了推动我国增强热塑性塑料管的发展，本文将分析和讨论增强热塑性塑料管的几个基础问题，提出一些意见和建议供探讨。并将介绍国内外开发增强热塑性塑料管的一些相关信息和资料供参考（并说明有关资料的来源和进一步查询的途径）。2增强热塑性塑料管的应用领域和种类因为在不同的应用领域有对不同的要求，国内外开发了多种不同材料和结构的增强热塑性塑料管。这些种类繁多的增强热塑性塑料管通常采用不同的名称，而且有不同的标准和规范。需要注意的是，国际上通常只把三层结构，中层用合成纤维或钢丝缠绕增强的那类增强管称为增强热塑性塑料管reinforcedthermoplasticpipes（简称RTP）。而本文中的增强热塑性塑料管是广义的，包括所有通过结合其他材料达到增加耐压强度的热塑性塑料管。（不包括涂塑或衬塑的金属管。）增强热塑性塑料管已经广泛应用于各个领域：?建筑内冷热水管道领域：铝塑复合管：铝塑复合管也是一种增强热塑性塑料管，目前已经在国内外广泛应用，国外的应用量不断增长。国内还有钢塑复合管（国外只见到一家企业Delpex有不锈钢的钢塑复合管。）?石油和天然气开采和天然气高压输送领域：三层结构增强热塑性塑料管RTP-reinforcedthermoplasticpipes。主要应用于陆地（和浅海）的石油和天然气开采（集油管，注水管等）,以及天然气的高压输送。直径范围在50-400mm最高压力到25MPa。生产企业有PIPLIFE（奥地利），TubedAquitane（法国），Coflexip（法国），Wellstream（美国），Zapsiptechnologies（俄罗斯）和我国的高详和晨光等。多层结构挠性管FlexiblePipe。应用于海洋石油和天然气开采（跨接管，流通管，上升管等）。生产企业有Wellstream（美国），Coflexip（法国），NKTFexibles（丹麦）等。国内还不年能生产，全部依靠进口。?城乡输水管道领域：目前国内应用最多的增强热塑性塑料管是细钢丝直接缠绕增强聚乙烯管-钢丝网骨架聚乙烯复合管（CJ/T189），此外还有早期开发的钢骨架聚乙烯复合管（CJ/T124）和孔网钢带聚乙烯复合管（CJ/T181）。主要应用城乡输水管道，目前最大直径610mm，最高压力到3MPa。近年新开发中的有钢增强低压聚乙烯复合输水管，主要应用于较大直径和较低工作压力的城乡输水管道（引水管、灌溉管），需要在增加抗内压能力的同时提高抗外压性能。?特殊管道领域，例如：海底输水管道-日本从1975起已大量应用多层复合增强聚乙烯管于海岛的水下供水管8。我国06年在大连向长海岛输水的18公里跨海管道工程（海中16公里）中采用煌盛管业集团生产的钢丝增强聚乙烯管（直径450mm，设计压力1.6MPa，每根长50米）。地热水输送管道-日本为了利用地热资源在温泉区建立热水管网，采用以交联聚乙烯PEX为内衬导管的增强热塑性塑料复合管（最高温度80，压力1MPa）8。消防管道-日本本州到四国的著名悬索大桥的消防管道就采用了多层复合增强聚乙烯管8。矿山和工业用管道-天津市东浩软管科技有限公司等生产的增强尼龙管以其优异的耐压、耐油、耐磨、耐高温性能应用于矿山和工业的液压传动中，增强聚四氟乙烯管适用于高温（250蒸汽）、高压的特殊环境。汽车飞机用管道上海市塑料研究所生产的钢丝增强聚四氟乙烯管应用航空和航天用飞机、火箭、导弹、高挡汽车用液压、燃油、滑油、氧化剂用管道。可见，国内外开发的增强塑性塑料管种类繁多，这些增强热塑性塑料管之间在材料、结构和设计上有很大差别。包括：?采用不同的增强材料：金属：钢丝、钢带、钢骨架、铝带；非金属：短纤维、长纤维丝（合成纤维、玻璃纤维、碳纤维等）、纤维丝织物等；热塑性塑料：取向增强带；热固性塑料：玻纤增强环氧树脂；?采用不同热塑性塑料；聚乙烯、交联聚乙烯、尼龙、聚丙烯、PVDF等；?采用不同的增强方式：缠绕增强；非缠绕增强；?采用不同的结合方式：粘接的复合；不粘接的复合；?达到不同的功能要求：单纯增强提高耐内压能力；提高耐内压能力的同时提高其他性能从国内外发展增强热塑性塑料管的实践经验看，成功进入市场的产品通常是针对应用领域的特别定要求进行设计的，都有一个适用的范围，并没有出现一种能够适应各个应用领域的增强热塑性塑料管。因此，本文作者第一个建议是：开发增强热塑性塑料管要先明确应用的领域和要求的目标。3增强热塑性塑料管的力学原理众所周知，任何管材在承受内压时将在管壁内形成环向的和轴向的拉应力。轴向拉应力比较小，是环向拉应力的一半。不增强的热塑性塑料管是由管壁的热塑性塑料承受这些应力。目前已经有完整的理论和标准来进行强度的计算和对于使用安全的判断。增强热塑性塑料管是依靠结合其他材料来增加管材的耐内压能力。换句话说，增强热塑性塑料管承受内压时在管壁内形成的环向的和轴向拉应力将由增强材料和热塑性塑料共同来承受。所以，增强热塑性塑料管力学原理的首要问题是负载的分担问题。我们必须搞清楚在承受内压时增强材料和热塑性塑料中分别承受的负载和形成的应力。这个负载分担问题不搞清楚就没有进行设计的基础。这又是一个比较复杂，长期有误解的问题（例如有的企业开发增强热塑性塑料管时按照增强层和塑料层同时达到容许应力的理想状态设计）。根据力学分析和参考对国内外各类增强热塑性塑料管的调查，本文作者建议国内在开发增强热塑性塑料管时可以按照以下的简化和安全原则进行设计计算：增强热塑性塑料管的内压负载全部由增强材料承受。此建议的理由是根据力学分析可以肯定增强热塑性塑料管的内压负载确实绝大部分是由增强材料承受的。使用时间越长，增强材料承受的比例越大。以下是简单的说明：（详细的分析和说明请参考本文作者的另一报告：金属增强复合塑料压力管的力学分析。）在增强热塑性塑料管中通常增强材料和热塑性塑料始终处在粘合状态（如非发生破坏），所以在界面上应变就必然是相等的。材料的应力和应变之间的比值是材料的弹性模量。在相等的应变下应力的比例就取决于弹性模量的比例。增强材料和热塑性塑料的弹性模量通常有巨大的差异，这就决定了在增强层和塑料层中应力的巨大差别。而且，热塑性塑料是粘弹性体材料Viscoelasticmaterial。在不容许自由应变的条件下（受到弹性模量高的增强层限制），粘弹性体材料将在恒定的应变下发生应力松驰。应力松驰使热塑性塑料层弹性模量随着使用时间不断降低，造成增强层和塑料层的应力比例逐步增大。因此，增强热塑性塑料管的一个特殊和重要的力学现象是内压负载在热塑性塑料层中形成应力很小，绝大部分的负载是由增强材料来承受的。这里用一个实例说明：瑞士EMPA的M.Farshad在2006年第13届国际塑料管会议发表的报告多层复合管的长期抗静液压强性能LONG-TERMHYDROSTATICRESISTANCEOFMULTI-LAYERPIPES中对于一铝塑复合管进行了详细的力学分析。得到的结论是由于铝的弹性模量远大于PE的弹性模量（初期差70倍，长期差467倍），内部静液压负载主要依靠中间的铝增强层承受（初期78.7%，长期88.1%）。在工作压力很高的增强热塑性塑料管中（尤其是采用钢材增强时）增强层承受负载比例更大。所以按照内压负载全部由增强材料承受设计显然是可以把设计问题简化，并保证安全。根据本文作者的调查，国际上增强热塑性塑料管的设计也是采用这个原则的：国外金属增强复合塑料压力管中有正式规范的是石油开采的挠性管（FlexiblePipe）。在美国石油组织（AmericanPetroleumInstitute）制定的API规范和ISO的相关标准中虽然没有直接说明，但是从对于增强层和塑料层分别规定的设计要求可以说明是按照全部内压负载由增强金属层承受计算的。英国NewcastleUpon大学A.G.Gibson在第10届国际塑料管会议上发表的连续纤维增强热塑性塑料管（RTPs）用于石油天然气工业的流体输送和分配报告中提供的爆破压力计算公式就是按照压力完全由增强纤维束承受得出的2。国内引进RTP技术的高详和晨光公司采用的短期爆破强度计算公式表面上不同，实际上都是按照内压负载全部由增强材料承受的原则计算的（在缠绕角度55度下可以换算成相同的计算公式）1112。此外，国内在增强橡胶管的设计中也一直是按照内压负载全部由增强材料承受的原则计算的。增强橡胶管在国内已经有较长的使用经验，可以作为对以上建议的另一个支持依据。必须强调说明的是：本文作者建议在耐压强度设计中不考虑塑料层，并不是认为塑料层不需要进行力学分析（如在增强材料间缝处塑料层的应变问题、形成应力集中处的断裂力学问题、在与管件连接处的蠕变和应力松驰问题），而是认为塑料层的结构和尺寸设计应该根据耐内压强度以外的其他要求确定。更不是认为既然内压负载都可以由增强层承受，塑料层就无关紧要，就可以采用低品质的材料。在ISO/TS18226技术规范中要求RTP内衬管要采用MRS超过8MPa的管材级聚合物，要求不含填充料等。4增强热塑性塑料管的材料增强热塑性塑料管中采用的热塑性塑料有聚乙烯PE、交联聚乙烯管PEX、聚酰胺PA、聚偏氟乙烯PVDF等。外护套层的树脂中含有紫外线抑制剂。应用最多的是高密度聚乙烯HDPE，HDPE柔韧，耐低温，容易加工，成本低。例如：目前PIPELIFE生产的三层增强热塑性塑料管-RTP，内衬管层和外护套层都规定采用PE100。这里选择PE100显然主要不是为其高强度而是为其高抗开裂性能。根据国内制造增强热塑性塑料管的经验，材料的抗开裂性能很重要。使用温度比较高的可以采用交联聚乙烯管PEX，例如：日本MESCO应用于输送温泉和地热水的管材GNG，内衬管就采用交联聚乙烯。海洋石油开采用挠性管的内衬管有的采用耐温和抗侵蚀更好的聚酰胺PA（尼龙polyamide11Rilsan）或聚偏氟乙烯PVDF（polyvinlidenefluoride）。NKTFlexibles公司挠性管的内衬管材料用HDPE的最高工作温度60；用PA的最高工作温度90；用PEX的最高工作温度100；用PVDF（不增塑的）的最高工作温度130。增强热塑性塑料管中采用的增强材料有金属、非金属两大类：金属增强材料有钢丝、钢带、钢骨架、铝带等。非金属增强材料有短纤维、长纤维丝（合成纤维、玻璃纤维、碳纤维等）、纤维丝织物等，还有热塑性塑料取向增强带。金属强度高，成本低是最多被采用的增强材料。国际上海洋石油开采用的多层增强热塑性塑料管-挠性管大部分采用钢带或钢丝缠绕增强，同时用钢型材带缠绕提高抗外压性能。主要为陆地石油开采和天然气高压输送开发的三层增强热塑性塑料管-RTP，大部分用芳纶纤维增强，但是也有部分采用钢丝索增强（先做成增强带），如PIPELIFE的SoluforceHeavy。我国目前应用量最多的增强热塑性塑料管也是采用钢丝、钢带或钢骨架增强的。此外，国内外已经大量生产和使用的建筑给冷热水用铝塑复合管也是一种增强热塑性塑料管，也是用金属增强。非金属材料通常强度相对比较低，但具有柔韧、质轻；耐腐蚀等优点。增强用非金属材料大部分采用纤维形态，一般绞合成连续的增强线（索）。为了达到分布均匀和受力一致，增强丝可以先和热塑性塑料复合成增强带，也有编织成带的。开发三层增强热塑性塑料管-RTP过程中应用过多种纤维形态增强材料，包括合成纤维（芳纶纤维和聚脂纤维），玻璃纤维，碳纤维等。但是目前见到国外的RTP产品增强材料大部分采用芳纶纤维，先把平行的芳纶纤维线和聚乙烯（MDPE）挤出熔合成平增强带。部分挠性管也采用非金属增强，例如NKT的FLEXTREMETM挠性管是为深海应用的，其增强层采用碳纤维增强聚合物CFRP（carbonfiber-reinforcedpolymer）。芳纶纤维（aramidfibres）全称为聚对苯二甲酰对苯二胺，增强热塑性塑料管用的是对位芳酰胺纤维（PPTA），国内还不能生产，国际上生产一直被杜邦（商品名KEVLAR）和帝人/阿克苏诺贝尔（商品名Technora/Twaron，）两大公司所垄断。芳纶纤维的突出优点是强度很高（约为细钢丝的1.5倍，芳纶纤维的断裂强度近3000MPa，细钢丝的断裂强度近2000MPa）。此外，芳纶纤维可以和聚乙烯很好结合（根据Newcastle的报告，只有芳纶纤维不需要浸渍处理。采用玻璃纤维和碳纤维，纤维必须用树脂浸渍以防止由于纤维相互之间的摩擦而损伤2），芳纶纤维的RTP轴向柔韧性接近聚乙烯实壁管。芳纶纤维的主要缺点是价格很高（约在300元/公斤）。本文作者对于国内开发增强热塑性塑料管的建议是：优先考虑采用细钢丝作为增强材料。理由是：?细钢丝强度高，性能/价格比高。?国内可以生产高质量的增强用细钢丝。同时开发采用芳纶纤维作为增强材料。理由是：?芳纶纤维也是热塑性塑料，容易保证和聚乙烯的结合，而且可以不妨碍对接熔焊?比钢增强重量轻（芳纶纤维的比重约1.44），更柔韧。满足某些应用领域的特殊需要。?国外实践证明芳纶纤维增强的RTP，虽然管材价格比钢管高，但是由于节省铺设、连接、测试和运行维修的费用，总的全寿命费用比较低，是有竞争力的。?国外使用芳纶纤维已经过系统试验研究和大量应用，有成熟的经验可以借鉴。希望国内开发增强热塑性塑料管的企业继续积极又谨慎地试验其他合成纤维和非合成纤维，如聚脂纤维，玻璃纤维，玄武岩纤维等。相信我国有可能自主开发出性能价格比更有竞争力的新产品。但是纤维增强的问题比较复杂，建议注意吸收增强热固性塑料领域的技术经验和成果，在没有经过系统试验和一定时间的试用前不要大量生产。5增强热塑性塑料管的增强方式增强热塑性塑料管的增强方式有两类，一类是增强材料焊接成完整筒状或者固化骨架包覆在塑料内，另外一类是增强材料成连续的丝带状缠绕在被增强的塑料内层管上。本文作者的建议是（除非要求增强层有阻隔渗透功能必须形成完整筒状）：采用增强材料成连续的丝带状缠绕的增强方式。建议的理由是：增强材料做成连续丝带状缠绕增强不需要焊接，可以充分发挥增强材料带强度特性，容易避免应力集中，不影响热塑性塑料层的成型。总结国内外增强热塑性塑料管的实践经验可以看到除铝塑复合管以外，成功的增强热塑性塑料管都采用了增强材料成连续的丝带状缠绕的增强方式。如：?美国海洋石油天然气开采用的挠性管采用缠绕增强方式，增强材料有钢丝，钢带，钢型材等；?欧洲PIPELIFE等生产的增强热塑性塑料管RTP采用缠绕增强方式，增强材料有芳纶纤维增强带、钢丝增强带等；?日本MESCO生产的聚乙烯多层复合管采用缠绕增强方式，增强材料有芳纶纤维、钢带、钢丝等；?德国KRAH公司开发的DR系列管材采用缠绕增强方式，增强材料是含短玻纤的聚乙烯；?SOLVAY开发的HexelOne*采用缠绕增强方式，增强材料是取向聚乙烯带；?国内金石东方开发的钢丝网骨架聚乙烯复合管（CJ/T189）采用缠绕增强方式，增强材料是钢丝；国际市场上没有见到增强材料焊接成骨架的增强热塑性塑料管，只有我国有自主开发的钢骨架聚乙烯复合管（CJ/T124）和孔网钢带聚乙烯复合管（CJ/T181）。对于我国自主创新开发的这两种增强热塑性塑料管产品。本文作者十分尊重和钦佩开发者的开创性和为推广增强热塑性塑料管做的大量工作。但是，请容许本文作者从纯粹技术的角度提出不赞成这种增强方式的意见供大家参考。本文作者认为采用增强材料焊接成骨架的方式有以下缺点：?焊接成骨架不可避免形成很多应力集中点和容易引发塑料开裂的启裂处；?骨架成型及焊接和塑料内外层的成型同时进行，很难保证形成完善塑料层所要求的熔融压力和温度。?需要焊接的钢材强度比连续钢丝钢带低很多；因此，采用增强材料焊接成骨架不可能制造耐压很高的增强热塑性塑料管，也较难保证产品的长期使用性能。本文作者建议有意向开发增强热塑性塑料管的企业注意借鉴增强热固性塑料管（玻璃钢管）和增强橡胶管的技术经验，采用增强材料成连续的丝带状缠绕的增强方式。6增强热塑性塑料管的柔韧和可盘卷性在很多应用领域，需要或希望增强热塑性塑料管具有柔韧性，能以可盘卷连续长管供应。原因在：?中小增强热塑性塑料管很多是高压管，采用可盘卷长管供应尽量减少接头可以显著地方便铺设和降低费用。例如：从油井到集油站的增强热塑性塑料管道常用按照用户要求长度定做的整根管，中间没有接头，以盘卷长管远到现场后只需要连接两端。?在某些不方便施工的铺设地区（如沙漠、沼泽、丛林、海洋等）以可盘卷长管供应可以显著提高效率和降低费用。?具有柔韧性，能以可盘卷连续长管供应可以适用于非开挖铺设新管道和非开挖修复旧管道。例如：。加拿大Fiberspar为修复旧管生产的外径4.5英寸复合管连续长度达到17,000英尺（压力3,000psi,温度48-129）。?某些应用必须要用柔韧可曲挠的管材-挠性管。例如：深海石油开采的挠性动态上升管（Flexibledynamicriser）（连接在位置固定的海底油井和位置浮动的采油平台之间，不断在活动的管道，或称挠性动态立管）。因此，在海洋石油天然气开采使用到增强热塑性塑料管都是可曲挠的，所以在石油业就称为挠性管。PIPELIFE公司主管Soluforce经理JohnNewbert来北京交流时就讲过，中小直径高压增强热塑性塑料管如果不能以可盘卷长管供应，就没有在市场上立足的竞争力。建议：开发中小直径增强热塑性塑料管要尽可能做到具有柔韧性，能以可盘卷长管供应。能以可盘卷长管供应的增强热塑性塑料管直径范围当然是有限制的。根据国外的经验，如果需要在陆地上用车辆运输，由于受到车辆总高度（通过桥梁）的限制，盘卷的直径不能过大（通常采用专门的车辆），增强热塑性塑料管的外直径通常在150毫米以下。例如：PIPELIFE生产的SoluforceM570，外径150毫米，每盘长400米。如果产品可以船运，盘卷的直径就可以很大。例如：日本MESCO生产的海洋送水管WEETS外直径最大到446毫米。丹麦NKT生产的挠性管内径最大到16英寸，盘卷直径到9.2米。据报道，世界上最长的连续可盘卷复合管是挪威NATCompipe制造的海底油田注水管，长度15公里，内径3英寸，工作压力5510psi，铺设在挪威Asgard油田。内衬管是交联聚乙烯，增强层是玻璃纤维和环氧树脂复合缠绕。值得提请注意的是国外在非增强热塑性塑料管的应用中也大量采用可盘卷长管，因为这可以明显提高铺设效率和降低费用。在这方面我国塑料管业历来比较落后，除了小直径的农村用管材外，较少利用可盘卷长管。国内在管材生产线的配置（盘卷设备）和运输工具（专门车辆）方面也有差距。希望企业注意到克服这个差距可以提高竞争力。7增强热塑性塑料管的连接可靠和方便的连接方法是所有管道系统成功的基础。对于增强热塑性塑料管连接方法问题尤其显得突出，这是因为增强热塑性塑料管连接时无法把两个管端的增强材料连接起来形成力的传递结构，而增强热塑性塑料管通常又是应用于高工作压力，保证接头的密封性更不容易。所以在开发增强热塑性塑料管时必须从一开始就考虑连接的方法，在评价增强热塑性塑料管时特别注意其连接方法的可靠性和方便性（包括成本）。增强热塑性塑料管的连接方法通常有机械压紧方式和非机械压方式两大类1,5：应用最广泛的是机械压紧方式。我们熟悉的铝塑复合管就通常采用机械压紧方式。机械压紧方式的原理是把增强热塑性塑料管的各层依靠机械作用压紧到金属接头件上，实现密封的同时实现轴向负载的传递。然后连接是由金属接头完成的（完成增强热塑性塑料管和增强热塑性塑料管的对接或者增强热塑性塑料管和其他管材或器件的连接）。从国际上增强热塑性塑料管应用的实际经验看，机械压紧方式是中小直径增强热塑性塑料管最常用最可靠的连接方法。所以，本文作者建议：开发中小直径增强热塑性塑料管必须配套开发机械压紧方式接头。事实上如果没有可靠的机械压紧方式接头，开发增强热塑性塑料管都没有办法进行，因为没有办法进行耐压试验。开发机械压紧方式接头可以吸收国外的经验。某些增强热塑性塑料管可能采用非机械压紧方式连接。例如：三层结构的芳纶纤维增强热塑性塑料管RTP可以采用电熔连接套实现RTP和RTP的对接。方法是先采用对接熔焊把端面熔接，但是这一熔接只是起到密封作用（防止输送流体接触到端面的增强材料）并不能传递管材的轴向负载。所以需要另外用一特殊加长并增强的电熔连接套和连接管材的外护套层熔接。显然轴向负载的传递是经过一管材管端外护套层和电熔连接套的熔接面传递到电熔连接套，再经过电熔连接套和另一管材管端的熔接面传递到另一管材的。所以必须要求传递过程中各界面有足够的承受负载能力。（显然在种连接方法不能应用于增强层和塑料层不粘接的不粘合挠性管）。开发接头也可以吸收国外的经验。例如：非机械压紧方式?PIPELIFE介绍，其后开发的三层结构钢丝增强热塑性塑料管RTP也可以采用上述开发的非机械压紧方式接头。?FRIATECAG为三层结构的芳纶纤维增强热塑性塑料管RTP开发了专门接头。为了更好地保证管材截面上的增强纤维不接触输送介质，在连接的RTP内采用一种衬袖状电熔套筒（电热丝在外表面）来代替通常采用的对接熔焊5,9。?日本MESCO的增强复合聚乙烯管（如WEETA）采用的连接方法是剥去一段增强层，将聚乙烯内导管（管壁较厚）对接熔焊或用电熔套筒熔焊，然后补加增强带，最后用热收缩交联聚乙烯套防护。机械压紧方式英国SHANDUK（）是国际上生产机械压紧方式软管接头的著名企业。产品按照欧洲标准BSEN14421。用于高压需要采用双向压紧的连接套（DualSwageCouplings），8增强热塑性塑料管的市场定位根据目前国内的市场需要，本文作者建议：增强热塑性塑料管开发的重点放在直径50-200毫米高中压增强热塑性塑料管和直径600-2000低压增强热塑性塑料管。50-200毫米高中压增强热塑性塑料管主要面向石油天然气开采、矿山和工业。直径600-2000低压增强热塑性塑料管是面向引水管、输水管、有压排水管和灌溉输水管。分别说明如下8-150-200毫米高中压增强热塑性塑料管众所周知，当前约束和影响我国经济发展的最大难题是石油问题。我国石油消耗在快速增长，每年依靠进口的石油量越来越大。因此石油和天然气开采是国家最需要发展的领域。国际上在石油和天然气开采领域已经大量使用各种增强热塑性塑料管，国内开发和生产这些增强热塑性塑料管既是塑料管业不容推脱的责任，也是可以带动行业进步的重大商机。目前，国内石油天然气开采业已经开始认识到采用增强热塑性塑料管替代传统钢管可能带来的效益。几大油田都已经开始使用国产的增强热固性塑料管（玻璃钢管）和增强热塑性塑料管（包括钢丝、钢带和芳纶纤维带的增强管）。同时，在我国的海洋采油中已经使用进口的增强热塑性塑料管（挠性管），1989年北部湾就铺设了第一条1800米6英寸的挠性管（法国Coflexip产品），以后不断有少量进口挠性管应用于南海、渤海等海上油田。（近年，各种增强橡胶管已经在我国的石油业打开不小的市场，仅仅在河北景县就有河北欧亚特种胶管有限公司等多家企业在供应海洋高压输油胶管。）国内开发和生产石油开采用增强热固性塑料管（玻璃钢管）较早，目前年销售值已达几亿。开发和生产增强热塑性塑料管还在起步阶段，至今只有几家企业开始少量生产，年销售值约在几千万。根据有关企业的调查，增强热塑性塑料管在我国石油天然气开采领域的前景是很广阔的（2005年高详公司的调查结果是：北方油田对非金属管线的年需要量约2000公里）。尤其是因为我国有以下的特殊国情：?中国西部的油田很多在沙漠地区，东部的油田不少在沼泽和海滩，这些地区铺设传统管道比较困难，很适合采用以可盘卷长管供应的增强热塑性塑料管。根据国外经验RTP的铺设速度可以达到每小时一公里。?不少中国的石油和天然气资源含腐蚀介质（硫化氢很高，采用钢管防腐蚀成本很高。?中国的油田通常油井比较密，不少需要配上注水井，因此注水管和集油管的需要量比较大。?我国石油资源的最大希望是在海洋，肯定今后要越来越依靠深海采油。国际经验证明深海采油特别适合采用多层的增强热塑性塑料管-挠性管。增强热塑性塑料管在能源开发和输送方面另外一个前景广阔的用途是燃气的开采和输送。21世纪全球的能源结构都在从石油向天然气转化。我国天然气的应用比较落后（在一次能源中仅占5%左右左右，全球的平均比例是25%左右。）今后必须也必然要逐步提高能源中天然气的比重。天然气可压缩，长途输送必须用高压才经济。非增强热塑性塑料管耐压有限，至今只能应用于燃气管网末端（用在经过减压以后的输配管网，通常压力在1MPa以下），传统上长途输送燃气的高压（大于1.6MPa）管道只能用钢管。RTP的开发打开了塑料管进入燃气网前端的道路。近年国外正在努力推动把RTP应用于天然气的开采和输送。2000年德国就铺设了一条长1公里，PN100输送非干性含硫天然气的RTP管道，到2004年底德国已经铺设4.5公里(DN125，PN25，PE100)燃气管，德国给水和燃气协会DVGW2004年公布了最早的RTP标准-VP642（2004）运行压力在16bar以上用于天然气的纤维增强PE管（RTP）和附带的连接件。2006年ISO138/SC3技术委员会已经制定出燃气输送RTP（最大工作压力40bar）的标准ISO18226。根据欧洲经验采用RTP代替钢管输送燃气大约可以节约费用25%5。所以，希望我国塑料管业有意向和实力发展高科技含量和高附加值塑料管的企业注意到这个潜力巨大的市场，抓住为发展能源产业服务的历史性机遇，积极投入开发和生产高中压的增强热塑性塑料管。开拓这个市场需要做大量的工作（产品试验研究、生产设备配置、铺设应用推广等各方面），不可能如同以前搞非增强热塑性塑料管那么容易上马。但是，成功以后将有广阔又稳定的市场和良好的经济和社会效益。本文作者建议目前先从比较简单的三层增强热塑性塑料管-RTP起步，打开市场和积累经验后逐步开发多层的增强热塑性塑料管-挠性管，最后从陆地扩展到海洋，从浅海进入到深海，打破国外的垄断，把附加价值最高的塑料管国产化。本文作者建议：先开发比较简单的三层增强热塑性塑料管-RTP：如果主要面向石油开采领域，建议优先开发钢增强热塑性塑料管。注意我国需要两类高压增强热塑性塑料管，一类是油田用注水管，直径比较小（50-100mm）但是压力要求高（5-25MPa）。因为要求压力高这类增强热塑性塑料管采用纤维增强有困难，建议采用钢丝增强带（或钢带）增强。产品开发可以参考PIPLIFE的SoluforceHeavy和WELLSTREM的FlexSteelTM。另外一类是油田用集油管道，直径较大（100-200mm），压力要求较低（1.6-5MPa）。因为要求压力较低这类增强热塑性塑料管的增强层可以采用纤维增强带（柔韧性更好）也可以采用钢丝增强带或钢带（成本较低）。产品开发可以参考PIPLIFE的SoluforceClassic和WELLSTREM的FlexSteelTM。如果主要面向高压输送天然气领域，建议优先开发芳纶纤维增强热塑性塑料管。因为已经有ISO标准和欧洲的实用经验，比较容易被用户接受。产品开发可以参考PIPLIFE的SoluforceClassic。建议先开发国际上已经应用较多的钢和芳纶纤维增强，然后探索开发其他增强材料，如聚脂纤维，玻璃纤维等，产品开发可以参考FlexpipeSystems的FPLP。这些RTP在矿山和某些工业领域也有市场。例如：深矿井的供水和排水需要比较高的工作压力，柔韧，抗冲击、耐腐蚀的RTP很适用。这两类增强热塑性塑料管都要做成具有柔韧性，能以可盘卷长管供应。生产线可以参考KRAUSS-MAFFEI的RTP生产线等。国内现在有几个机械企业在开发这种生产线，广州励进新技术有限公司已经领先自主开发成功柔性热塑性增强塑料管复合管生产线。8-2直径600-2000毫米低压增强热塑性塑料管。至今我国输水领域用塑料压力管主要在中小直径范围（800毫米以下），较大直径范围（800毫米以上）的输水压力管还主要是用球墨铸铁管、钢管和混凝土管。为什么卫生性和抗腐蚀性更好的塑料管还很少进入较大直径范围的输水压力管呢？原因是：?制造较大直径非增强热塑性塑料压力管（直接挤出成型）比较困难。目前，我国生产的聚氯乙烯实壁管的最大直径到800毫米，聚乙烯实壁管的最大直径到1600毫米。而且制造较大直径非增强热塑性塑料管（直接挤出成型）的生产线需要很大投资。?较大直径非增强热塑性塑料压力管（直接挤出成型）难以满足对于性能的要求。例如：直径大于1000毫米的聚乙烯管，只能应用于工作压力1.0MPa以下。?较大直径非增强热塑性塑料压力管（直接挤出成型）耗费原材料很多，成本很高。例如直径1600毫米，工作压力0.6MPa的PE100管材，SDR=26，每米超过200公斤。因此，近年国内外都在探索开发较大直径的增强热塑性塑料压力管。目标市场是引水管、输水管、排水管（有压力的）和灌溉用输水管。希望能够不仅卫生性和抗腐蚀性更好，而且安全可靠，成本低，铺设方便，可以替代传统的管道。根据我国的国情分析和各方面反映的信息，这是一个需求很大的市场。目前，国内外已经出现多种不同的设计。但是，还都在试验和少量试用的阶段，没有经过大量生产和应用的考验。我国企业在此领域起步不晚，开发工作已经有一些可喜的成果。例如：金石东方开发的钢丝直接缠绕增强聚乙烯压力管，目前最大直径到630毫米，比同样直径和压力的聚乙烯实壁管可以节约材料和降低成本；最近金石东方正在开发的钢肋缠绕增强聚乙烯管直径可以更大。希望我国的塑料管业注意到这些新动向，抓住这个新机遇。国内外在探索开发较大直径低压增强热塑性塑料压力管中有一些做法或设计值得我们注意和借鉴，介绍于下供开发企业参考：?较大直径低压增强热塑性塑料压力管的塑料层可以采用缠绕熔接成型：换句话说，增强管的内衬管或外护套管不一定要如同实壁管那样整体挤出成型，可以采取挤出塑料带材缠绕熔接成型。这样可以用比较小和经济的设备制造直径比较大大管材，而且改变规格比较容易。采用带材缠绕熔接成型应用于无压力管（埋地排水管、护套管）已经有长期的成熟经验，但是应用于承受内压力的压力管还是新技术，需要谨慎地处理。从德国KRAH公司用缠绕熔接方法制造增强塑料压力管的测试和实用结果看，如果能够控制好熔接的温度和压力，采用多层错缝熔接是可以保证可靠的。?较大直径的增强热塑性塑料压力管不一定要连续生产：较大直径的压力管不可能再盘卷，只能以一定长度的直管供应。所以为了制造方便可以采用非连续的方法，先制造内衬管段，再在旋转的内衬管上缠绕增强丝或增