柔性塑料保溫管及其生產技術

江澤佩

(四川森普管材股份有限公司，四川 德陽 618000)

柔性管道由于其操作的靈活性，已逐漸出現在人們的視野中。柔性管道安裝非常簡單，如建筑物之間可以通過管道彎曲繞過障礙物實現管道連接，這就使得完全不必要進行預先的管路規劃。柔性管可以幾百米不間斷鋪設，因此需要很少的連接頭，這就避免了在管道連接上花費時間，也避免了后續的填縫。最終我們可以在降低成本基礎上高效的完成管道鋪設。同時柔性管道鋪設只需很窄的溝槽，這也意味著挖掘成本的降低，特別是小管徑管道，成本可以得到很大程度節約。

在柔性保溫管系統中，介質管材料有薄壁鋼管、退火銅管、交聯聚乙烯（PEX）、鋁和聚丁烯，目前使用較多的材料是PEX，大多數柔性管平直管壁，有時也會采用波紋介質管和夾克管以增強管道的柔韌性以及泡沫層和管道在彎曲過程和彎曲過后的粘接性。保溫材料通常選擇的是聚氨酯泡沫，進水管和回水管可以共用一個夾克管，該夾克管可以采用鋼管、高密度或低密度聚乙烯，通常最佳選擇為柔韌性更高的低密度聚乙烯。

1 柔性復合管的設計

1.1 介質管

在管道系統中，柔性管介質管的選擇材料主要有：

（1）薄壁鋼管、軟銅管作為介質管

鋼管作為介質管耐熱性較好，但耐腐蝕性較差，例如isoplus生產的柔性管道isoflex和isowell（圖1所示）。isoflex柔性保溫管介質管由通過精密焊制并且內表面光滑的薄壁P195GH，1.034 8合金鋼管構成，合金鋼管的連接采用氣焊，如鎢極惰性氣體保護焊。該保溫管耐熱溫度可以達到130 ℃，最高工作壓強可以達到2.5 MPa，最大允許環應力可以達到150 N/mm2。isowell最大管徑能達到140 mm，介質管采用的是直縫焊螺旋波紋狀的1.440 4不銹鋼管，鋼管主要采用法蘭熱縮套連接，最大限制溫度為140 ℃，最大使用壓力為2.5 MPa。

圖1 isoflex（左） 和 isowell（右）

（2）軟銅管作為介質管

軟銅和鋼管一樣的突出優點是耐熱性能較好，但相比鋼管環應力較低些，如isoplus生產的柔性管道isocu（圖2所示），其介質管由冷成型的無縫軟銅管構成的，焊接方式采用的是毛細管焊接配件或壓力焊接配件。該管道管徑最大為90 mm，耐熱溫度可達130℃，運行壓強2.5 MPa，環應力最高可達110 N/mm2。

（3）交聯聚乙烯（PEX）作為介質管

圖2 isocu

采用交聯聚乙烯作為復合保溫管介質管的優點是耐化學腐蝕性能和耐水腐蝕性能優異，但耐熱溫度為較低，如isoplus生產的柔性管道isopex（圖3所示），管徑最大可達250 mm，其運行溫度為90 ℃，運行壓力為0.06 MPa（熱水管/污水管）。國外市場通常采用的柔性管介質管為耐腐蝕效果最佳的PEX，而國內由于人口多，尤其是小區建筑群龐大，需要管徑較大的保溫管以滿足需求，因而基本上采用的是直管鋼管類復合保溫管。

圖3 isopex

1.2 保溫層

柔性管保溫材料選擇的是聚氨酯泡沫，通常采用三種環保型即零臭氧消耗和零全球變暖潛能值的泡沫體系，包括：以水與異氰酸酯反應生成二氧化碳發泡的全水發泡體系、二氧化碳和物理發泡劑HFCs同時發泡聚氨酯的HFCs/水雙發泡體系以及采用二氧化碳和物理發泡劑環戊烷發泡聚氨酯的環戊烷/水雙發泡體系[1]。

為保證柔性保溫管的保溫層在盤卷以及安裝過程中不與介質管和夾克管分離，所需的聚氨酯泡沫體系，必須具備高度柔韌性，另外對于長期使用溫度低于95℃的PEX管來說，耐熱性達到95 ℃的保溫材料可以滿足需求，但是對于通常采用銅或鋼管為介質管，工作溫度達到130 ℃的管道系統來說，泡沫材料就需要更高的耐熱性。因而針對以往硬質聚氨酯泡沫柔韌性和耐熱性不能同時滿足的缺陷，我們需要在發泡體系上做出新的調整，如Huntsman研發出的新一代半柔質多元醇泡沫體系配方，通過長鏈和短鏈多元醇獨特的組合使得到的泡沫同時具備了高耐熱性和高柔韌性，同時為克服半柔質泡沫λ老化速度過快的缺陷，在體系配方上進一步進行研發，抓住長鏈和短鏈多元醇之間的平衡可以延緩氣體擴散的關鍵點，研發出了延緩半柔質泡沫體系λ老化的配方。

下示表1為Huntsman的半柔質泡沫體系，Daltofoam TE44200和Daltofoam TE44203，兩 個體系均完全按照配方配制多元醇混合物，即聚醚多元醇，水，硅氧烷表面活性劑，形成水吹塑泡沫。生成的泡沫適用于連續法軟質聚氨酯預制保溫管生產。Daltofoam TE44203高抗壓強度使其更適合大管徑管道，而Daltofoam TE44200更適用于小管徑管道。

表1 為Huntsman的半柔質泡沫體系

1.3 阻隔層

為了避免聚氨酯發泡過程發生氣體交換，在保溫層與夾克管之間通常還會有一層防擴散阻隔層。阻隔層一般在連續澆筑法生產工藝中應用，因為它可以保證泡沫在整個生產操作過程中的低熱量損失，從而形成穩定結構的泡沫保溫層。阻隔層材料可以是塑料薄膜或金屬箔，如isoflex和isowell等柔性保溫管生產工藝中均采用的是PE電暈處理后PE-鋁箔層，可以達到100%密封阻隔的效果。

1.4 夾克管

由于PE材料受天氣影響小，抗紫外線性好，并且能夠抵御土壤中幾乎所有的化合物腐蝕，因此在所有的國家以及國際標準中，它是提到的唯一合適的夾克管材料。由聚乙烯作為柔性管的夾克層，表面均勻光滑。在生產過程中，高彈性熱塑性低密度聚乙烯連續擠出在聚氨酯泡沫層表面形成夾克層，該夾克管表面均勻光滑，柔韌性優異，保溫效果好，如isoplus使用的夾克管導熱系數λPE為0.35 W/(m.K)。

2 柔性聚氨酯塑料保溫管生產技術

柔性保溫管作為管中管系統，生產技術包括間歇法和連續法，間歇法成本較低，可以生產較廣尺寸范圍的管道，通常應用在直管柔性管中，不適合于大規模生產。目前應用較多的間歇法生產方式是澆筑法，生產的管道長度最大只能到16 m，采用的生產工藝是通過在介質管和夾克管中間略微傾斜的水平空腔內澆筑聚氨酯泡沫，略微的傾斜可以使泡沫發泡密度分布更均勻，澆筑法生產工藝設備簡單，操作容易，缺點是傾斜度使得發泡擴張的距離過大，不容易達到最佳結構。澆筑法生產工藝如圖4所示。

圖4 澆筑法生產工藝示意圖

相比間歇法，連續法的優點不限制管道生產的長度，因而特別適用于盤卷柔性管的生產?？梢詫崿F相對低成本下的快速穩定的生產，同時所需較低的填充密度和套管厚度，有效的控制了材料成本[2]。因此目前大型管材制造商均采用連續法生產大量相同管徑管道。缺點是改變管徑和保溫層厚度時，相比間歇法需要更冗長的操作時間及更高的技術成本。

圖5 連續澆筑法生產柔性泡沫保溫管

連續法生產包括兩個階段，第一階段通過使用模具、傾倒或噴涂的方式將泡沫填充到介質管上，第二個階段通過擠壓或卷繞的方式在泡沫上形成夾克層，然后真空冷卻定型，切割所需長度的管道[3]。連續法生產柔性塑料保溫管過程中，目前需克服的難點主要有兩點：一是由于工廠場地限制，介質管采用的需是盤管方式，因而對管徑有所限制；二是對聚氨酯泡沫發泡系統要求更加嚴格，需要在介質管不斷運行的情況下，保證泡沫層均勻穩定的形成。

常見的連續法泡沫保溫管生產工藝有連續澆筑法和連續噴涂法。連續澆筑法相比連續噴涂法多了一層阻隔層，即在泡沫填充到介質管上的同時從盤卷中退出帶狀的金屬或塑料薄膜卷繞在介質管上，并給相應厚度的保溫層留出空間，形成密封阻隔層，

連續澆筑法和連續噴涂法的生產工藝流程如圖6所示：

圖6 連續噴涂法生產柔性泡沫保溫管

3 小結

聚氨酯泡沫保溫管主要用于區域供暖供冷，在國外，人口少，小區范圍不大，因此小尺寸管件的保溫管已能滿足要求，但在國內，人口眾多，小區結構較為復雜，柔性聚氨酯保溫管要想贏得市場，首先要做得就是不斷進行大尺寸保溫管的開發，其次還要將聚氨酯泡沫的長期耐熱性提高到180 ℃，若溫度能達到這個范圍，聚氨酯就能取代玻璃泡沫、礦棉或其他目前國內正在使用的無機保溫材料。當做到這兩點時，柔性管在時間和成本上的節約性，將使得其應用更加廣泛，獲得較大的管道市場份額。