FR-HDPE纤维增强承插式双壁缠绕管

相关研究与应用

随着城市化进程的加快，市政排水工程对管材的性能要求日益提高。传统HDPE双壁缠绕管在高环刚度需求下存在技术瓶颈，难以满足超大口径排水管道的工程需求。为此，清远科技研发了FR-HDPE纤维增强承插式高密度聚乙烯缠绕结构壁管，通过纤维增强技术显著提升了管材的力学性能，填补了国内在该领域的技术空白。

纤维增强HDPE管破局之道

HDPE双壁缠绕管是一种以高密度聚乙烯(HDPE)为原料，经高温高压缠绕焊接成类似弹簧结构的管材，具有柔韧性好、寿命长、防腐、耐磨、抗低温冲击性能好等优点，是市政排水、排污的优质管材。尽管HDPE双壁缠绕管具有上述优点，但是仍存在一些不足之处(如管材厚重、环刚度等级少、价格昂贵）限制了其应用市场的进一步拓展。通过增加工字钢型结构壁的惯性矩或HDPE树脂弹性模量可以在一定程度上提高管材的环刚度，但是要做到环刚度等级SN16以上(甚至于SN25)单凭借常规技术无法实现。同时，随着管材环刚度和口径不断地提高栋，管材重量骤升、原辅材料消耗巨大、生产稳定控制难度高、管材环柔性和抗冲击性有所下降，限制了大口径HDPE双壁缠绕管的应用推广，难以满足市场的需求。

高密度聚乙烯(HDPE)是一种粘弹性热塑性高聚物，是一种耐腐蚀、使用寿命长的性能优异的高分子材料，也具有蠕变和应力松弛的特性，但是HDPE的质地软、弹性模量低。为了解决上述问题，需要对HDPE双壁缠绕管进行改性。清远科技联合上海交通大学，通过大量的研究及论证，采用纤维对HDPE双壁缠绕管进行增强改性，进而实现HDPE双壁缠绕管轻量化、高强度、使用安全性好的目标。

纤维具有许多优良性能，如：强度和模量高、无蠕变、耐超高温、耐疲劳性好、热膨胀系数小且具有各向异性、耐腐蚀性好等。使用纤维增强HDPE可获得高模量、高韧性、轻量化等特点。

校企联手突破极限

清远科技与上海交通大学合作攻关《纤维增强聚乙烯及HDPE双壁缠绕管轻量化的关键技术》，成功开发纤维增强HDPE承插式双壁缠绕管。通过纤维对基体树脂进行增强改性，能在很大程度上提高材料的弹性模量，有助于获得高环刚度，即相同环刚度等级下，纤维增强HDPE双壁缠绕管的原料用量更少；相同耗材量(相同单重)下，纤维增强HDPE双壁缠绕管的环刚度更高。因此，采用纤维对HDPE基体树脂进行增强改性，能有效提高管材的强度，获得更高环刚度等级的纤维增强HDPE双壁缠绕管，经权威检验结构检测得出，环刚度规格可达SN16-25，甚至可达SN40，环刚度等级远超产品国家标准(产品国家标准环刚度最高规格SN16)；同时还具有高环柔性、高抗冲击性、优异的抗蠕变性、抗环境应力开裂性、耐高低温冲击等力学性能，尤其是对于大口径塑料埋地排水管材而言，能有效地降低不规范施工及使用环境对管材使用寿命的影响，从而提高管道工程质量的安全性。

通过纤维增强技术应用填补了国内外能够生产大口径 HDPE双壁缠绕管DN3500mm以上的空白，最大口径达DN4600mm，打破了大口径塑料埋地排水管材生产口径的纪录，拓宽了塑料管道的应用领域。

八年深耕，从技术鉴定到行业重点推广

2016年6月2日，上海市建设科技推广中心主持召开了清远科技的“纤维增强HDPE承插式双壁缠绕管“新产品评估(鉴定)会。专家组听取了清远科技对产品的介绍，经讨论，与会专家一致同意通过评估(鉴定)。

项目实施过程中，共申请专利14项专利，覆盖管材专用料、生产工艺及加工设备。本项目也获得上海张江国家自主创新示范区专项发展资金重点项目(项目编号:201411-JS-C104-006)的资助。

FR-HDPE纤维增强承插式高密度聚乙烯缠绕结构壁管参照国家标准《埋地用聚乙烯(PE)结构壁管道系统第2部分:聚乙烯缠绕结构壁管材》GB/T19472.2-2017。经过几年的应用，在市场上得到了很好效果，已经被录入上海市工程建设规范《埋地塑料排水管道工程技术标准》DG/TJ08-308-2018，为产品推广应用提供了标准依据。

目前FR-HDPE纤维增强双壁缠绕管在一些特殊工况或重大工程上应用广泛，很多业主、设计院也在管材设计选用时优先考虑设计纤维增强FRHDPE双壁缠绕管。产品广泛应用于市政排水、排污、水利输水等工程，替代普通HDPE双壁缠绕管及其二次焊接加工成型的市政用塑料检查井、雨水口等衍生产品。其优异的性能得到了用户的高度评价。

本技术自2016年开始推广，目前已在水利和市政建设中的供水、排水、排污及管道修复工程中得到广泛应用，典型工程如下:

01, 上海轨道交通十八号线两港截流合流总管改迁工程，盾构管片内衬采用DN2600大口径纤维增强HDPE双壁缠绕管材，一次性内衬长度1067米，为工程从原方案工期70天缩短到39天，工期节约44%，造价节约33%;

02, 闵行区南虹桥朱建路新建工程，路长4km，项目总投资3亿。管道口径采用DN300-DN1400纤维增强HDPE双壁缠绕管材，轻量化、高强度的管材为项目投资节约30%的材料成本，且降低不规范施工及使用环境对管材寿命的影响。

目前累计参与工程项目数量近千个，社会经济效益显著。

产品在市场上得到较多应用特别是用于大口径埋地排水管道程，用户使用反映良好，该产品曾获2020年度上海市科学技术进步奖三等奖;2023年，还被列入水利部《2023年度水利先进实用技术重点推广指导目录》等。

FR-HDPE纤维增强双壁缠绕管不仅填补了国内技术空白，还具有显著的经济效益和社会效益。随着市政工程等排水管网对高性能管材需求的增加，该产品在市场上的应用前景广阔。

FR-HDPE纤维增强承插式高密度聚乙烯缠绕结构壁管通过技术创新，解决了传统HDPE双壁缠绕管在高环刚度需求下的技术难题，实现了轻量化和高安全性。其成功研发与应用为排水管网工程提供了高效、可靠的解决方案，具有重要的推广价值。