柔性塑料保温管及其生产技术

江泽佩

(四川森普管材股份有限公司，四川 德阳 618000)

柔性管道由于其操作的灵活性，已逐渐出现在人们的视野中。柔性管道安装非常简单，如建筑物之间可以通过管道弯曲绕过障碍物实现管道连接，这就使得完全不必要进行预先的管路规划。柔性管可以几百米不间断铺设，因此需要很少的连接头，这就避免了在管道连接上花费时间，也避免了后续的填缝。最终我们可以在降低成本基础上高效的完成管道铺设。同时柔性管道铺设只需很窄的沟槽，这也意味着挖掘成本的降低，特别是小管径管道，成本可以得到很大程度节约。

在柔性保温管系统中，介质管材料有薄壁钢管、退火铜管、交联聚乙烯（PEX）、铝和聚丁烯，目前使用较多的材料是PEX，大多数柔性管平直管壁，有时也会采用波纹介质管和夹克管以增强管道的柔韧性以及泡沫层和管道在弯曲过程和弯曲过后的粘接性。保温材料通常选择的是聚氨酯泡沫，进水管和回水管可以共用一个夹克管，该夹克管可以采用钢管、高密度或低密度聚乙烯，通常最佳选择为柔韧性更高的低密度聚乙烯。

1 柔性复合管的设计

1.1 介质管

在管道系统中，柔性管介质管的选择材料主要有：

（1）薄壁钢管、软铜管作为介质管

钢管作为介质管耐热性较好，但耐腐蚀性较差，例如isoplus生产的柔性管道isoflex和isowell（图1所示）。isoflex柔性保温管介质管由通过精密焊制并且内表面光滑的薄壁P195GH，1.034 8合金钢管构成，合金钢管的连接采用气焊，如钨极惰性气体保护焊。该保温管耐热温度可以达到130 ℃，最高工作压强可以达到2.5 MPa，最大允许环应力可以达到150 N/mm2。isowell最大管径能达到140 mm，介质管采用的是直缝焊螺旋波纹状的1.440 4不锈钢管，钢管主要采用法兰热缩套连接，最大限制温度为140 ℃，最大使用压力为2.5 MPa。

图1 isoflex（左） 和 isowell（右）

（2）软铜管作为介质管

软铜和钢管一样的突出优点是耐热性能较好，但相比钢管环应力较低些，如isoplus生产的柔性管道isocu（图2所示），其介质管由冷成型的无缝软铜管构成的，焊接方式采用的是毛细管焊接配件或压力焊接配件。该管道管径最大为90 mm，耐热温度可达130℃，运行压强2.5 MPa，环应力最高可达110 N/mm2。

（3）交联聚乙烯（PEX）作为介质管

图2 isocu

采用交联聚乙烯作为复合保温管介质管的优点是耐化学腐蚀性能和耐水腐蚀性能优异，但耐热温度为较低，如isoplus生产的柔性管道isopex（图3所示），管径最大可达250 mm，其运行温度为90 ℃，运行压力为0.06 MPa（热水管/污水管）。国外市场通常采用的柔性管介质管为耐腐蚀效果最佳的PEX，而国内由于人口多，尤其是小区建筑群庞大，需要管径较大的保温管以满足需求，因而基本上采用的是直管钢管类复合保温管。

图3 isopex

1.2 保温层

柔性管保温材料选择的是聚氨酯泡沫，通常采用三种环保型即零臭氧消耗和零全球变暖潜能值的泡沫体系，包括：以水与异氰酸酯反应生成二氧化碳发泡的全水发泡体系、二氧化碳和物理发泡剂HFCs同时发泡聚氨酯的HFCs/水双发泡体系以及采用二氧化碳和物理发泡剂环戊烷发泡聚氨酯的环戊烷/水双发泡体系[1]。

为保证柔性保温管的保温层在盘卷以及安装过程中不与介质管和夹克管分离，所需的聚氨酯泡沫体系，必须具备高度柔韧性，另外对于长期使用温度低于95℃的PEX管来说，耐热性达到95 ℃的保温材料可以满足需求，但是对于通常采用铜或钢管为介质管，工作温度达到130 ℃的管道系统来说，泡沫材料就需要更高的耐热性。因而针对以往硬质聚氨酯泡沫柔韧性和耐热性不能同时满足的缺陷，我们需要在发泡体系上做出新的调整，如Huntsman研发出的新一代半柔质多元醇泡沫体系配方，通过长链和短链多元醇独特的组合使得到的泡沫同时具备了高耐热性和高柔韧性，同时为克服半柔质泡沫λ老化速度过快的缺陷，在体系配方上进一步进行研发，抓住长链和短链多元醇之间的平衡可以延缓气体扩散的关键点，研发出了延缓半柔质泡沫体系λ老化的配方。

下示表1为Huntsman的半柔质泡沫体系，Daltofoam TE44200和Daltofoam TE44203，两 个体系均完全按照配方配制多元醇混合物，即聚醚多元醇，水，硅氧烷表面活性剂，形成水吹塑泡沫。生成的泡沫适用于连续法软质聚氨酯预制保温管生产。Daltofoam TE44203高抗压强度使其更适合大管径管道，而Daltofoam TE44200更适用于小管径管道。

表1 为Huntsman的半柔质泡沫体系

1.3 阻隔层

为了避免聚氨酯发泡过程发生气体交换，在保温层与夹克管之间通常还会有一层防扩散阻隔层。阻隔层一般在连续浇筑法生产工艺中应用，因为它可以保证泡沫在整个生产操作过程中的低热量损失，从而形成稳定结构的泡沫保温层。阻隔层材料可以是塑料薄膜或金属箔，如isoflex和isowell等柔性保温管生产工艺中均采用的是PE电晕处理后PE-铝箔层，可以达到100%密封阻隔的效果。

1.4 夹克管

由于PE材料受天气影响小，抗紫外线性好，并且能够抵御土壤中几乎所有的化合物腐蚀，因此在所有的国家以及国际标准中，它是提到的唯一合适的夹克管材料。由聚乙烯作为柔性管的夹克层，表面均匀光滑。在生产过程中，高弹性热塑性低密度聚乙烯连续挤出在聚氨酯泡沫层表面形成夹克层，该夹克管表面均匀光滑，柔韧性优异，保温效果好，如isoplus使用的夹克管导热系数λPE为0.35 W/(m.K)。

2 柔性聚氨酯塑料保温管生产技术

柔性保温管作为管中管系统，生产技术包括间歇法和连续法，间歇法成本较低，可以生产较广尺寸范围的管道，通常应用在直管柔性管中，不适合于大规模生产。目前应用较多的间歇法生产方式是浇筑法，生产的管道长度最大只能到16 m，采用的生产工艺是通过在介质管和夹克管中间略微倾斜的水平空腔内浇筑聚氨酯泡沫，略微的倾斜可以使泡沫发泡密度分布更均匀，浇筑法生产工艺设备简单，操作容易，缺点是倾斜度使得发泡扩张的距离过大，不容易达到最佳结构。浇筑法生产工艺如图4所示。

图4 浇筑法生产工艺示意图

相比间歇法，连续法的优点不限制管道生产的长度，因而特别适用于盘卷柔性管的生产。可以实现相对低成本下的快速稳定的生产，同时所需较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连续法生产大量相同管径管道。缺点是改变管径和保温层厚度时，相比间歇法需要更冗长的操作时间及更高的技术成本。

图5 连续浇筑法生产柔性泡沫保温管

连续法生产包括两个阶段，第一阶段通过使用模具、倾倒或喷涂的方式将泡沫填充到介质管上，第二个阶段通过挤压或卷绕的方式在泡沫上形成夹克层，然后真空冷却定型，切割所需长度的管道[3]。连续法生产柔性塑料保温管过程中，目前需克服的难点主要有两点：一是由于工厂场地限制，介质管采用的需是盘管方式，因而对管径有所限制；二是对聚氨酯泡沫发泡系统要求更加严格，需要在介质管不断运行的情况下，保证泡沫层均匀稳定的形成。

常见的连续法泡沫保温管生产工艺有连续浇筑法和连续喷涂法。连续浇筑法相比连续喷涂法多了一层阻隔层，即在泡沫填充到介质管上的同时从盘卷中退出带状的金属或塑料薄膜卷绕在介质管上，并给相应厚度的保温层留出空间，形成密封阻隔层，

连续浇筑法和连续喷涂法的生产工艺流程如图6所示：

图6 连续喷涂法生产柔性泡沫保温管

3 小结

聚氨酯泡沫保温管主要用于区域供暖供冷，在国外，人口少，小区范围不大，因此小尺寸管件的保温管已能满足要求，但在国内，人口众多，小区结构较为复杂，柔性聚氨酯保温管要想赢得市场，首先要做得就是不断进行大尺寸保温管的开发，其次还要将聚氨酯泡沫的长期耐热性提高到180 ℃，若温度能达到这个范围，聚氨酯就能取代玻璃泡沫、矿棉或其他目前国内正在使用的无机保温材料。当做到这两点时，柔性管在时间和成本上的节约性，将使得其应用更加广泛，获得较大的管道市场份额。