FR-HDPE纖維增強(qiáng)承插式雙壁纏繞管

相關(guān)研究與應(yīng)用

隨著城市化進(jìn)程的加快，市政排水工程對(duì)管材的性能要求日益提高。傳統(tǒng)HDPE雙壁纏繞管在高環(huán)剛度需求下存在技術(shù)瓶頸，難以滿足超大口徑排水管道的工程需求。為此，清遠(yuǎn)科技研發(fā)了FR-HDPE纖維增強(qiáng)承插式高密度聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管，通過纖維增強(qiáng)技術(shù)顯著提升了管材的力學(xué)性能，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白。

HDPE雙壁纏繞管是一種以高密度聚乙烯(HDPE)為原料，經(jīng)高溫高壓纏繞焊接成類似彈簧結(jié)構(gòu)的管材，具有柔韌性好、壽命長(zhǎng)、防腐、耐磨、抗低溫沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn)，是市政排水、排污的優(yōu)質(zhì)管材。盡管HDPE雙壁纏繞管具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是仍存在一些不足之處(如管材厚重、環(huán)剛度等級(jí)少、價(jià)格昂貴）限制了其應(yīng)用市場(chǎng)的進(jìn)一步拓展。通過增加工字鋼型結(jié)構(gòu)壁的慣性矩或HDPE樹脂彈性模量可以在一定程度上提高管材的環(huán)剛度，但是要做到環(huán)剛度等級(jí)SN16以上(甚至于SN25)單憑借常規(guī)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，隨著管材環(huán)剛度和口徑不斷地提高棟，管材重量驟升、原輔材料消耗巨大、生產(chǎn)穩(wěn)定控制難度高、管材環(huán)柔性和抗沖擊性有所下降，限制了大口徑HDPE雙壁纏繞管的應(yīng)用推廣，難以滿足市場(chǎng)的需求。

高密度聚乙烯(HDPE)是一種粘彈性熱塑性高聚物，是一種耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)的性能優(yōu)異的高分子材料，也具有蠕變和應(yīng)力松弛的特性，但是HDPE的質(zhì)地軟、彈性模量低。為了解決上述問題，需要對(duì)HDPE雙壁纏繞管進(jìn)行改性。清遠(yuǎn)科技聯(lián)合上海交通大學(xué)，通過大量的研究及論證，采用纖維對(duì)HDPE雙壁纏繞管進(jìn)行增強(qiáng)改性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)HDPE雙壁纏繞管輕量化、高強(qiáng)度、使用安全性好的目標(biāo)。

纖維具有許多優(yōu)良性能，如：強(qiáng)度和模量高、無蠕變、耐超高溫、耐疲勞性好、熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性、耐腐蝕性好等。使用纖維增強(qiáng)HDPE可獲得高模量、高韌性、輕量化等特點(diǎn)。

清遠(yuǎn)科技與上海交通大學(xué)合作攻關(guān)《纖維增強(qiáng)聚乙烯及HDPE雙壁纏繞管輕量化的關(guān)鍵技術(shù)》，成功開發(fā)纖維增強(qiáng)HDPE承插式雙壁纏繞管。通過纖維對(duì)基體樹脂進(jìn)行增強(qiáng)改性，能在很大程度上提高材料的彈性模量，有助于獲得高環(huán)剛度，即相同環(huán)剛度等級(jí)下，纖維增強(qiáng)HDPE雙壁纏繞管的原料用量更少；相同耗材量(相同單重)下，纖維增強(qiáng)HDPE雙壁纏繞管的環(huán)剛度更高。因此，采用纖維對(duì)HDPE基體樹脂進(jìn)行增強(qiáng)改性，能有效提高管材的強(qiáng)度，獲得更高環(huán)剛度等級(jí)的纖維增強(qiáng)HDPE雙壁纏繞管，經(jīng)權(quán)威檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)檢測(cè)得出，環(huán)剛度規(guī)格可達(dá)SN16-25，甚至可達(dá)SN40，環(huán)剛度等級(jí)遠(yuǎn)超產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)環(huán)剛度最高規(guī)格SN16)；同時(shí)還具有高環(huán)柔性、高抗沖擊性、優(yōu)異的抗蠕變性、抗環(huán)境應(yīng)力開裂性、耐高低溫沖擊等力學(xué)性能，尤其是對(duì)于大口徑塑料埋地排水管材而言，能有效地降低不規(guī)范施工及使用環(huán)境對(duì)管材使用壽命的影響，從而提高管道工程質(zhì)量的安全性。

通過纖維增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外能夠生產(chǎn)大口徑 HDPE雙壁纏繞管DN3500mm以上的空白，最大口徑達(dá)DN4600mm，打破了大口徑塑料埋地排水管材生產(chǎn)口徑的紀(jì)錄，拓寬了塑料管道的應(yīng)用領(lǐng)域。

2016年6月2日，上海市建設(shè)科技推廣中心主持召開了清遠(yuǎn)科技的“纖維增強(qiáng)HDPE承插式雙壁纏繞管“新產(chǎn)品評(píng)估(鑒定)會(huì)。專家組聽取了清遠(yuǎn)科技對(duì)產(chǎn)品的介紹，經(jīng)討論，與會(huì)專家一致同意通過評(píng)估(鑒定)。

項(xiàng)目實(shí)施過程中，共申請(qǐng)專利14項(xiàng)專利，覆蓋管材專用料、生產(chǎn)工藝及加工設(shè)備。本項(xiàng)目也獲得上海張江國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)專項(xiàng)發(fā)展資金重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):201411-JS-C104-006)的資助。

FR-HDPE纖維增強(qiáng)承插式高密度聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《埋地用聚乙烯(PE)結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng)第2部分:聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管材》GB/T19472.2-2017。經(jīng)過幾年的應(yīng)用，在市場(chǎng)上得到了很好效果，已經(jīng)被錄入上海市工程建設(shè)規(guī)范《埋地塑料排水管道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ08-308-2018，為產(chǎn)品推廣應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

目前FR-HDPE纖維增強(qiáng)雙壁纏繞管在一些特殊工況或重大工程上應(yīng)用廣泛，很多業(yè)主、設(shè)計(jì)院也在管材設(shè)計(jì)選用時(shí)優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)纖維增強(qiáng)FRHDPE雙壁纏繞管。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于市政排水、排污、水利輸水等工程，替代普通HDPE雙壁纏繞管及其二次焊接加工成型的市政用塑料檢查井、雨水口等衍生產(chǎn)品。其優(yōu)異的性能得到了用戶的高度評(píng)價(jià)。

本技術(shù)自2016年開始推廣，目前已在水利和市政建設(shè)中的供水、排水、排污及管道修復(fù)工程中得到廣泛應(yīng)用，典型工程如下:

01, 上海軌道交通十八號(hào)線兩港截流合流總管改遷工程，盾構(gòu)管片內(nèi)襯采用DN2600大口徑纖維增強(qiáng)HDPE雙壁纏繞管材，一次性內(nèi)襯長(zhǎng)度1067米，為工程從原方案工期70天縮短到39天，工期節(jié)約44%，造價(jià)節(jié)約33%;

02, 閔行區(qū)南虹橋朱建路新建工程，路長(zhǎng)4km，項(xiàng)目總投資3億。管道口徑采用DN300-DN1400纖維增強(qiáng)HDPE雙壁纏繞管材，輕量化、高強(qiáng)度的管材為項(xiàng)目投資節(jié)約30%的材料成本，且降低不規(guī)范施工及使用環(huán)境對(duì)管材壽命的影響。

目前累計(jì)參與工程項(xiàng)目數(shù)量近千個(gè)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

產(chǎn)品在市場(chǎng)上得到較多應(yīng)用特別是用于大口徑埋地排水管道程，用戶使用反映良好，該產(chǎn)品曾獲2020年度上海市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng);2023年，還被列入水利部《2023年度水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄》等。

FR-HDPE纖維增強(qiáng)雙壁纏繞管不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著市政工程等排水管網(wǎng)對(duì)高性能管材需求的增加，該產(chǎn)品在市場(chǎng)上的應(yīng)用前景廣闊。

FR-HDPE纖維增強(qiáng)承插式高密度聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管通過技術(shù)創(chuàng)新，解決了傳統(tǒng)HDPE雙壁纏繞管在高環(huán)剛度需求下的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了輕量化和高安全性。其成功研發(fā)與應(yīng)用為排水管網(wǎng)工程提供了高效、可靠的解決方案，具有重要的推廣價(jià)值。