PE100具有普通PE管材专用料的传统性能、优点,而且由于分子结构的改进,使其在物理力学性能方面有非常大的提高,且专用料的加工性能较好,所以PE100管材专用料能被用于更多的领域,其具有的优势是:
(1)更高的压力等级
由于PE100具有10MPa最小必须强度,比其它聚乙烯更耐压,可对气体和液体进行高压输送,通常按SDR(SDR=公称外经/公称规定璧厚),将聚乙烯管材料进行分级,SDR越大,等级越高。表1是PE80与PE100的快速开裂扩展性能比较。
表1 PE80与PE100的快速开裂扩展性能比较
材料 | 管材系列 SDR | 压力/MPa | |
气体 | 水 | ||
E80 | 17.6 | 0.2 | 0.8 |
11 | 0.4 | 1.25 | |
PE100 | 17.6 | 0.4 | 1.0 |
11 | 1.0 | 1.6 |
对于给定的管径,压力的增长会明显的增加管子的输送能力,图1为管径一定时,PE80与PE100对气体输送能力的比较(SDR为11)。
图1:PE80与PE100对气体输送能力的比较
如果管道输送介质为天燃气,增加输送能力或缩小管径可以同时选择,这样就会使总成本降低,缩小管径可使管道变得更小,便于缠绕从而减少焊接接头。
(2) 更薄的管壁
在通常的操作压力下,使用PE100管材专用料制造的管材其厚度可大大降低,比使用PE80可降低一个SDR等级。比如PE80要使用SDR17.6达到输送能力0.4MPa,而PE100则使用SDR11就可以了。表2列出了使用PE100相比于使用PE80对减少给水、给气管的管壁厚度和增强输送能力的影响程度。对于大口径的输水管,使用薄壁管,可以节约材料和扩大管道横截面积,在恒定压力下,可增加管材的输送能力。如果输送能力恒定,横截面积的增大,带来流速的降低这样可以通过更小的功率泵实现输送,因而节约费用。
表2 使用PE100管材料对减少壁厚和增加输送能力数据
操作压力 | 节约原材料 % | 增加横截面 % | 输送能力增加 % |
水:1.0 MPa | 33 | 16 | 35 |
气体:≤0.4 MPa | 35 | 17 | 24 |
(3)更高的硬度
PE100管材专用料具有1250MPa的拉伸弹性模量(标准HDPE树脂为950MPa),这样使PE100管具有更高的环刚度,这个优点有利于承压和非承压污水管网的设计。
(4)更高的长期静液压强度
长期静液压强度是通过测定在不同温度下(20、40、60、80℃)管材所承受的压力大小来计算得到。通过计算,在20℃下,正常使用50a后PE100管还能耐受10MPa的最小必须强度,而PE80的最小耐受强度为8.0MPa。
(5)优良的环境应力开裂性能
PE100管材专用料具有优良的耐环境应力开裂性能,延迟了应力开裂的出现(大于10000h),在20℃条件下,正常使用寿命可延长到100a。
PE100所具有的优良性能很大程度上取决于它的半结晶结构。它的短期强度、冲击强度、拉伸强度、硬度等主要由材料的结晶相限定;而它的长期强度,如耐环境应力开裂性能,则依赖于无定形区的链缠结分子,晶间系带连接分子越多该性能越好。
(6)突出的抵抗裂纹快速扩展能力
抵抗裂纹快速扩展能力的要求使传统PE管的用途受到限制:如气体输送方面,压力限为0.4MPa,水输送压力限为1.0MPa。PE100显著的抵抗裂纹快速扩展能力,使天然气网络中输送压力提高到1.0MPa,水网输送压力提高到1.6MPa。总之,PE100在管道中的应用,将使管网更安全,更经济,且具有更长的使用寿命。