塑料管材的力学性能设计要求

塑料管材是指用塑料制作的有一定长度、截面为空心圆形或空心矩形的塑料型材。常用作输送固体、气体、液体材料的管道或经二次加工制作储存容器或常用其代替金属管、水泥管、陶瓷管等传统管材。它与传统的金属管、水泥管相比，具有密度小、质轻（为金属管的1/5～1/8）、耐化学腐蚀性好、电绝缘性优良、不生锈、内壁光滑、流动阻力小、流水噪声低、抗粘附、内壁不易结垢、热导率低、保温隔热性好、价格便宜、加工性好、节能且生产效率高、施工及维护方便、接口漏水率低等各种优点，而且可配制各种性能的塑料管，如耐磨、无毒等特性管材等。其缺点是力学及耐压强度低，使用温度范围窄，热变形大等。但目前，采用了各种方法也改善了其一些缺点，扩大了其使用范围。塑料管材自20世纪前叶问世以来，至今已广泛用于化工、农业、建筑、交通、通信、水利、能源、石油、矿井、医疗卫生、市政建设、道路桥梁、食品加工、航空航海、电力电缆（海底、江底、长距离）及日常生活等各个领域。

塑料管用的塑料品种、加工方法及管材结构形式很多，尺寸范围也很广，细的如毛细管，粗的管径可达4m以上。不同塑料品种管的性能及用途各不相同，各有其适用范围，但各种管材及配套管件的尺寸、规格、性能等指标，国家或行业都已制订了标准，可按需要逐一分类择取。

1.塑料管的分类

塑料管材有很多种类，其典型分类方法的分类如下：

1）按管材输送介质的分类见表17-9。

2）按管材密实程度的分类见表17-10。

3）按管材结构形式的分类见表17-11。

4）按管材加工方法的分类见表17-12。

5）按管材塑料品种的分类见表17-13。

6）按管材用途的分类见表17-14。

表17-9 管材按输送介质的分类

表17-10 管材按管壁密实程度的分类

表17-11 管材按结构的分类

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表17-12 管材按成型工艺的分类

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表17-13 管材按塑料品种的分类

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表17-14 管材按用途的分类

2.各种用途管材的性能及选料

各种用途管材的性能指标不同，一般而言，都要求成本低、便于加工及施工，耐应力开裂、耐压强度、冲击强度高。但对不同用途的管材而言，其具体性能指标不同。例如，同为给水管，但用于不同楼层高的管材，其耐压强度要求就不同。对于输送介质压力高的管材，要选用耐压高的材料，如XLPE、PB等材料的耐压强度都比较高；对于供暖管，要求耐热温度在100℃以上；对于输油管，要求耐油性好，常用HDPE、PA11及PA12等；对于地埋管材，要求刚性高，常用U-PVC及HDPE等；对于寒冷地区，要求耐低温性好，U-PVC、PP及PB等应尽可能少用；对于输送可燃介质的管材，要求抗静电性和阻燃性都要好；对于长距离输送气体的管材，阻隔性要好，以防造成渗透损失；对于高温输送的管材，要求材料的保温性要好，可用夹芯或发泡管材；对于医用及上水输送管材，要求管材的卫生性要好。如果用PVC材料，要选用无毒树脂及添加剂。具体要求为：PVC树脂中的VC单体含量小于1.0mg/kg；铅的萃取值：第一次小于1.0mg/L，第三次小于0.3mg/L；锡的萃取值，第一次小于0.02mg/L，镉的萃取值，三次萃取液每次不大于0.01mg/L；汞的萃取值，三次萃取液每次不大于0.001mg/L。由此可见，不同用途的管材性能指标各有差别，现举例简述如下：

（1）固体物料输送 管该类管材属于压力管，可分为用气体压力输送松散颗粒料及用水力输送固-液混合物料两种，气体输送管多数用于粮食、食品、饲料、油脂、塑料、矿井、烟草、酿造、发酵、玻璃、制盐、建材、医药、制糖、化工、化纤、电厂（干法除灰）等行业的产品加工过程中输送原料或产品，或在仓储发料时运转物料所用。传统的输送管道常采用钢管、白铁皮管、不锈钢管等管材，磨损严重，使用寿命短。如粮食加工行业用的铁皮管，平均使用寿命4个月左右，且磨损的金属粉末还会掺入物料中。又如各矿粉、电厂除灰运输采用的厚壁钢管，其平均寿命也只有4～12个月。水力输送物料主要用于矿采、冶金、水煤浆工程、电厂水力冲灰、海湖盐化工程、河道疏浚、排泥挖淤、市政工程、三废治理、排污及建筑水泥行业中。传统采用钢管输送，其使用寿命也不长，如填充砂浆用钢管使用寿命约6000～10000h，我国矿用输送管年耗量约20余万吨。由此可见，对这类输送管的材质有较高的要求。

固体物料输送管的通用性能包括如下几个方面：

①力学性能。风力管周向管内压力一般小于0.25MPa，水力输送管道内压力一般为0.4～0.6MPa。

在设计气力或满管水力输送物料管时，需进行耐内压、抗蠕变、抗冲击等力学性能的计算。

如确定管材在气压及液压作用下承载引发周向拉应力（又称环向应力）的能力；管材挤出时沿料流方向会产生熔接缝，熔接处强度低，故管材应具有承载蠕变开裂能力；管材还应具有抗水锤冲击能力，因为当发生突然停电等事故时，管内输送的气体或液体会发生涌动而引发水涌压力波（水锤）冲击管材。

上述各种原因都会对管壁产生胀压应力、蠕变应力、水锤冲击应力，最终使管壁产生强大的周向拉伸应力，且管材的周向拉伸强度远比塑料的拉伸强度低，所以设计管材时必须进行气（液）内压的周向应力、抗蠕变开裂、抗水锤冲击、耐压强度等力学性能计算。

另外，如输送管为地埋管时，则还需进行刚性计算。

②耐磨性。用于气力输送颗粒物料时，管壁会发生粘着磨损；用水力输送固/液物料时，管壁会发生磨粒磨损。不同输送形式的管材磨损形式也不同，如磨粒磨损时物料对管壁有刨削作用和冲击磨损作用，粘着磨损时管壁会发生剪切作用，磨损量较大。

管材的耐磨性与材料、输送形式、输送物的尺寸形状及物性。工作环境等因素有关。通常，选用摩擦因数较低、有自润滑性、耐冲刷、不易结垢、抗静电防粘附的塑料制作管材为宜。

③对输送物料的性能及输送工作环境的适应性。如输送化工溶液时应选用耐腐蚀塑料管。此外，还可选用耐热、耐寒、耐候、低线胀系数、阻燃、抗静电、低热导率、无毒、卫生等各种性能的塑料管以适应输送物料的性能及工作环境的需要。

④经济性。固体物料输送管为损耗性材料，因此选料时还应采用价廉物美的材料。

⑤施工性。管材安装施工要简便，管子与管子、管子与管件应配置适当的连接方式。

固体输送管常用材料是改性耐磨HDPE，但目前最理想材料为UHMWPE。气力输送管可用耐压为0.25MPa的UHMWPE管，水力输送可采用耐压为0.4～0.6MPa管，或钢塑（UHMWPE）复合管（即钢外管与UHMWPE为内衬的复合管）。其他还有耐环境应力的PVC管、PE管及PA管；耐高温的PI、PPS管、耐腐蚀的氟塑料管等。

（2）排水管 用排水管之处很多，有市政用、住宅用、农业用、工业用等，按布置地点有户外用、室内用、埋地管，按排出介质有生活污水管、工业污水管，雨水管等。目前，其常用管材有聚氯乙烯系管系，如PVC-U管、芯层发泡管、螺旋缠绕管、径向筋管等；聚乙烯管系，如螺旋缠绕管、双波纹管。排污管有CPVC管、XLPE管、无规共聚PP管、ABS管、铝塑管等。大口径管有玻璃钢管、钢塑管、衬塑钢管等。管材及管件尺寸规格性能均有国家标准。目前，PVC-U管最大直径达700mm，双波纹管直径可达1800mm以上，缠绕波纹管直径达4000mm。各种管材的性能都是在设定的条件下测试的。

其力学性能要求与水力输送管相似，管内压力一般为0.5MPa左右，但用作排污管时，一般要求使用期较长（如有长达50年），而且会受到污水侵蚀，所以在进行力学计算时要用蠕变断裂应力并考虑各种安全系数进行。

管材应按排放水质和工作环境选料，如废水、废液、污水等排放管应选用耐蚀性管材；室内管应具有阻燃、隔声性；雨水管应具有耐候性、色彩及形式（方管或圆管）应与住宅形式配套；埋地管应具有刚性、抗振、抗冲击、抗疲劳、耐寒性及连接方便等特点。

（3）给水管 给水管有市政用、住宅用、户外或户内用、冷水用、热水用等不同用途。其力学性能要求比排水管高。其耐压强度可分为0.4MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.0MPa五个级别。目前，给水管外径可达16～1600mm。

给水管的性能要求具有相应的耐压强度（如不同高度的楼层、耐压强度也不同）、抗冲击；耐热（如热水管、热水供暖管等，耐热温度>100℃）；耐寒；便于弯曲、连接，施工方便；耐老化及抗蠕变开裂等性能。其管材期望使用寿命50年，用作饮用水上水管时，管材应无毒性，必须达到国家GB/T 17219—1998中规定的指标。

目前常用给水管主要品种有：无毒硬PVC管（无毒PVC-U、冷水管）；氯化PVC管（CPVC、热水管、耐热温度>110℃）耐热交联PE管（XLPE，热水管）；耐热无规PP管（PP-R、热水管）；HDPE管（冷水管）；铝-塑复合管（PE内外包覆铝管的复合管）等。

铝塑复合管的管壁是由铝、交联聚乙烯和粘合层组成。外壁与内壁为交联聚乙烯，中间层为薄铝板焊接而成，铝层和交联聚乙烯之间有粘合层，是一种新型的五层复合管材，层与层之间具有较强的复合力，有机地结合在一起。

铝塑复合管可在温度为95℃，压力为1MPa的环境下使用，输送液体的最高温度可达110℃。具有很好的可塑性，可以冷弯，便于安装。铝塑复合管在发达国家已得到广泛应用，在目前开发使用的给水管材中综合性能最好，是20世纪末最新型、最理想的一种液体输送管道，将逐步取代镀锌钢管的主导地位。

1）原材料选择。根据用途不同将铝塑复合管分为普通聚乙烯（HDPE）铝塑复合管（用作冷水管）和交联聚乙烯铝塑复合管（用作热水管）

2）生产工艺流程。铝塑复合管铝层的连续焊接分两种方法：一种是搭接式焊接；另一种是对接式焊接。铝管的两种焊接方式对应两种生产工艺。

①搭接式铝塑复合管材生产工艺流程如图17-2所示。

②对接式铝塑复合管材生产工艺流程如图17-3所示。

图17-2 搭接式铝塑复合管材生产工艺流程

图17-3 对接式铝塑复合管材生产工艺流程

3）生产设备。所用设备主要由挤出机和复合机头等组成。

①挤出机。搭接式铝塑复合管材生产工艺流程中铝带卷材连续向前输送，被卷成筒状，搭接处用超声波焊接机焊接。复合管的内、外聚乙烯层可用1台挤出机对复合管机头供料，也可以用两台挤出机对内外层分别供料成型。用1台挤出机挤出涂覆铝管与PE层之间的粘合层。此流程共需3台挤出机，其中2台挤出聚乙烯，1台挤出粘合层物料。

对接式铝塑复合管生产工艺流程中包括4台挤出机。2台挤出内、外层PE管，2台挤出粘合层。

②机头。搭接式铝塑复合管材生产工艺流程中机头结构如图17-4所示。

图17-4 铝塑复合管内涂覆机头

1—内复合机头 2—铝管成型装置 3—外复合机头 4—短连接块 5—多孔连接块 6—螺纹连接块 7—挤胶连接块 8—长连接块 9—超声波焊机

内复合机头用于成型复合管内层聚乙烯管和铝管内层涂胶，对铝管的焊接起支撑作用。外复合机头成型复合管外层聚乙烯管和铝管外层涂胶。复合机头和3台挤出机相连。

衬塑钢管常用作住宅给水立管及大口径管，内衬塑料有PE、PVC-U作冷水管；PP-R、CPVC作热水管，使用温度<95℃。此外还有不锈钢-塑复合管（不锈钢管与PE管复合，推荐代替铝-塑复合管）、ABS耐热管、MDPE管、大口径PVC、PE双壁波纹管、玻璃钢管等。在衬塑钢管中除了用吹胀塑料管，钢管缩径，塑料管缩径等方法外，大口径管中还用采用喷涂及滚塑成型制作的衬塑钢管，用LLDPE、HDPE内衬时可作冷水管，用PA、EP内衬时可作热水管。

几种给水管的性能见表17-15。

表17-15 几种给水管（上水管）的性能

（4）燃气管 燃气管主要用于输送天然气、煤气等可燃气体，其管材质量直接影响人的生命及财产安全，一旦发生事故损失不可估量，因此对其性能有严格的要求及测试标准。

1）燃气管的性能要求如下：

①力学性能，其指标要求较严，主要包括拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、冲击强度、压缩回复性、耐环境应力开裂性、耐溶剂（如对汽油、苯等有机介质）开裂及耐快速裂纹扩展性（简称RCP）等。因为燃气管在长期使用中管内会残留各种应力，如在运输及施工中的损伤、管子焊接应力、接管及安装变形（如弯曲、扭曲）或埋地时压伤，土地压缩挤压变形、环境温度变化、介质输送压力及速度波动等都可能导致管材沿纵向突然发生裂纹且快速扩展，其速度快如声速、仅几秒钟内即可扩展700mm以上，致使管内有害、可燃气体突然泄漏喷涌而立即引发灾难事故，因此耐RCP性是公认的重要性能指标。据有关统计，目前管径为90～500mm的PE给水管，供燃气管都发生过RCP事故。主要防范的方法首先是选用高性能材料管，其次是降低或消除人为的诱导应力和控制环境温度，诱导应力越高，管材温度越低，则发生RCP的可能性越大。管材性能、工作温度、工作压力、管壁厚度/直径是影响RCP的主要因素。

目前，多数燃气管选用专用的HDPE管，世界对PE管耐RCP性能测试方法有四种，我国标准为GB/T 19280—2003《流体输送用热塑性塑料管材耐快速裂纹扩展（RCP）的测定小尺寸稳态试验（S4试验）》。

目前采用的燃气管多数采用专用配方的HDPE或MDPE，一般使用寿命要求50年，其工作压力在0.4MPa左右。设计管路时应进行应力分析及强度计算（可参考有关设计手册）。另外，必须选择适当的管件和管子连接形式，如PE管一般采用热熔接工艺，且进行耐压试验，标准为GB 15558.1—2003。燃气PE管埋地管件标准为GB 15558.2—2005。(www.xing528.com)

②其他性能。燃气管道应具有耐介质腐蚀、阻隔、抗静电、阻燃、耐老化（一般为黑色）、耐热及耐低温（一般工作温度-60～60℃）等性能。

2）燃气管材料标准。燃气管采用专用耐压塑料，目前国内外主要用改性HDPE或MDPE。国际上按PE管材的长期静液压强度对PE管进行分类，可分为PE32、PE40、PE63、PE80、PE100五个等级，而只有PE80、PE100级的中高密度管才允许用作燃气管。国内主要产品有齐鲁石化的己烯共聚PE（HDPE2400）、上海石化的承压管专用双峰PE（YGH051T、YGH041T）。此外，上海塞科公司，扬子BASF公司，中海油壳牌惠州公司的乙烯工程项目也均有相应的燃气管产品。国外生产商也很多，如韩国三星通用化学品公司的高强度、高耐压、抗蠕变，耐开裂的HDPE（P200BL）可达到PE112级，且加工性好，大口径管（φ1600mm）加工时也不发生熔重（一般当管直径>65mm时就发生熔重）。另外还有比利时Fina公司（3802B、3802Y）、丹麦Borealis公司（HE3490-LS）等。

我国燃气管用的标准有GB 15558.1—2003《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第1部分：管材》GB 15558.2—2005。《燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第2部分：管件》。相关性能数据见表17-16～表17-19。

表17-16 国内使用的燃气用PE管材的原料

表17-17 PE100的性能

表17-18 燃气埋地PE管材的性能

①炭黑含量仅适用于黑色管，数值为质量分数。

表17-19 燃气埋地PE管件的性能

①炭黑含量仅适用于黑色管，数值为质量分数。

3）成型加工及连接形式。燃气管主要采用单螺杆挤出机加工，但对螺杆结构有特殊要求，需采用排气式螺杆（进料段开设纵向沟槽），长径比=25～34。一般φ250mm以下的管采用真空定型套，>φ250mm管采用内压法定型套。国内中德合资宁波格兰威尔·方力公司、上海金湖挤出设备公司、青岛德意利机械公司等单位有定型产品出售。

管材连接形式及配置的管件是保证工作的重要环节，应按标准选用适当的连接形式及管件。一般对接的常用管件连接后，采用电热丝熔接连接法、热熔对接连接法、热熔承插连接法进行连接，对大口径管也有采用法兰连接结构。

（5）工业用输送液体管 工业输液管是指工业中用于输送油、腐蚀性液体、化工液体原料等用的输送管，这类管材性能指标中耐蚀性、阻隔防渗、耐环境应力开裂、耐水解、耐化学老化等指标都是首先要考虑的因素。

不同塑料的耐蚀性能不同，耐受的介质的品种也不同，且介质的配方、浓度、工作环境条件变化等因素对塑料的耐蚀性和抗老化性的影响也不等。此外，在输液管中还需考虑承受压力、流速、冲刷磨损等致使加速腐蚀作用的因素。因此，这类管材应按输送化学介质的品种及具体工作条件选用相应的材料。目前常用品种有HDPE、UHMWPE、PP、PVC-U、ABS、FEP、PA1010、PA12、PA11、MPPO、玻璃钢等。常用耐蚀塑料管材的物理力学性能见表17-20。

表17-20 常用耐蚀塑料管材的物理力学性能

①为拉伸断裂强度。

（6）电工用管 塑料广泛用作电工绝缘材料，如电工用塑料管类制品有穿线管（如单孔、多孔、软质、硬质管等）、接线端密封绝缘套管（如热收缩管）、绝缘套管、电线电缆及光缆护套等。

1）穿线管。主要用于室内外建筑物、电力、通信用的电线电缆护套管、电气设备、仪器等装置中内部连接电线、电缆的护套及屏蔽套，其作用是保护线材的机电性能及集束布线。

这类管材一般不承受内胀压力，但按不同使用情况也有许多性能要求，如耐候、耐老化、防潮、耐蚀、耐热或耐低温、阻燃等。在力学性能方面要求抗冲击、耐环境应力开裂。对悬架管材要求具有抗弯曲强度及刚性，对埋地管材应具有抗重压负荷、耐压蠕变、防鼠、防蚁、防生化降解等特性。另外，管材应易弯曲，便于穿线及布线施工。

穿线管的电绝缘性能应与电线电缆的电性能相适应，如电力电线电缆工作电压可分为低压（1kV以下）、中压（3～35kV）、高压（60kV以上），因此低压穿线管宜选用PVC管，中压穿线管可选用PE、PP管，高电压时应选用XLPE管。对通信、无线电系统、电子设备中用的线材，常需传送不同频率及频带宽的电能。如用作高频线的穿线管，应选用介电常数小、介质损耗因数小且介电性对频率变化不敏感的塑料管，如PE、PP等。目前常用的穿线管有PVC单壁波纹管、PVC-U管、LDPE管、MDPE管、LDPE多孔管（通信线埋地管）、XLPE管、PP-R管、铝塑复合管等。

2）线接头密封绝缘管。热收缩管已广泛用作电气绝缘、电力或通信电线电缆的连接端绝缘密封。热收缩管用塑料品种很多，目前电工用管主要是交联PE管、PVC管。而且还开发了多种线接头密封结构，其中美国Novaflux接头较为突出，其结构如图17-5所示，其中采用的XLPE热收缩管性能见表17-21。

表17-21 XLPE热收缩管的一般性能

图17-5 Novaflux接头图例

1—热收缩塑料绝缘管 2—热熔胶密封环 3—锡铅合金焊接环 4—锡银合金温度指示环

两根电线（单股或多股均可）端部绕住后，从Novaflux接头大头穿入，小头穿出，两根电线端接部位必须定位在锡铅合金焊接环3（熔点183℃）位置，然后用专用环状加热器沿焊接环四周进行加热，待锡银合金温度指示环4（熔点221℃）开始熔融，说明加热温度足以保证焊接环熔化焊贴在两根电线端接部位，确保电流畅通。最后加热整个热收缩管，即使热熔胶密封环2粘封电线两头，又使热收缩管加热收缩包住热缩管长度范围内的电线，起到固定与绝缘作用。

（7）农用塑料管 农用塑料管种类很多，如给水管、排水管、喷灌管、滴灌管、排涝管等，用其代替传统的铁管、陶管具有质轻、有韧性、耐蚀、水阻小、挠性好、易安装及铺设、连接方便、省水节能等优点，埋地或室内使用效果好，但其易老化，同时温度变化伸缩性大，长管道连接时要加伸缩接头，以免渗漏。

喷灌、滴灌、喷雾灌溉法是现代广泛采用的先进灌溉方法，需采用不同结构的管材，简介如下：

1）喷灌法及所用管材。喷灌法是将水源的水。用水泵输入喷灌管中，在压力下水从喷灌管上设置的喷嘴口喷出，喷洒的水呈雾化水滴状且沿圆形或扇形喷洒面进行喷灌。其喷嘴有固定式或做自动回转运动的两种类型。管内压力一般为0.1～0.5MPa，主管道直径一般为75mm，分管道直径一般为50mm，喷嘴直径一般为38mm。常用薄壁硬PVC-U管及低密度PE管。

2）滴灌法及所用管材。滴灌法是采用管壁有许多微小可渗水孔隙的滴灌管，将低压水源（如水塔等）的水注入滴灌管，从孔隙中慢慢渗出滴到作物的根系最发达的土壤中进行滴灌。此法可使土壤始终保持适当的湿度，使土壤中的水、肥、气、热、微生物的活动处于良好状态。当土壤中水分过量时（如雨季雨水多时）还可使水渗入管内，起到抗旱排涝的作用。滴灌压力一般为78.5～147.1kPa。滴灌管常用滴孔径为0.3～0.7mm的PVC、PE、ABS微孔塑料管及带管，其水量可控。可视作物生长及气候变化而定，但使用水必须经30孔/cm²孔眼的过滤网过滤以除去0.4mm以上杂物后才可使用，以免堵塞滴孔。与喷灌相比，滴灌灌溉效果好，可节省人力及节水，但费用及投资较高。

3）微喷灌是在滴灌及喷灌基础上发展起来的灌溉方法，即用小流量水（或含肥料、农药的水）喷洒在土壤表面进行灌溉。其喷水量为240L/h，工作压力为50～200kPa，喷口孔径为0.8～2.2mm。微喷灌在我国已广泛应用，所用管材在广东、辽宁、北京等地均有生产。

（8）埋地管。许多不同用途的塑料管常用作埋地管而深埋于地下，这种管材在地下会受到填埋泥土重力、地面交通工具轧压及冲击、地下水压（当管材埋于地下水线以下时）及管内压力等各种力的作用，致使管材发生重压变形、弯曲、长期压缩蠕变、环境应力开裂（简称ESC）等弊端。因此，为了使管材在较长使用期（一般20～50年）内正常工作，不发生破裂，在设计这类管材时应进行管材受力情况分析及计算，如计算管材承受的总压力，校核选用管材的刚性、压缩变形量、弯曲变形应力等参数，它们都必须小于允许值，同时还需校核管内产生的周向应力，它必须小于最大临界值（即发生环境应力开裂的最大应力），防止管材在长期应力作用下发生蠕变开裂。只有通过计算才能确认管材的选料及规格。

（9）波纹管 在塑料管中有许多采用特殊成型工艺制作的管材，其壁层有特殊的结构，在本书中曾介绍了发泡管、泡沫夹芯管、共挤管、缠绕管、喷塑管、滚塑管、三维（二维）吹塑管、挤拉管、内衬塑钢管、铝塑复合管、不锈钢衬塑管、热收缩管等，本小节将主要介绍波纹管（又称省料管）。

1）波纹管的力学性能。塑料管的壁厚设计计算不同于钢管，它是根据在室温条件和一定内压负荷下，管子按50年内耐蠕变，且保持安全使用的要求下进行的，其计算式为

式中，δ是壁厚（mm）；p是内压力（MPa）；D_m是平均管径（mm）；σ_θ为塑料管材允许周向应力（MPa），塑料的σ_θ比钢小得多，如HDPE的σ_θ只有3.3MPa。

由此可见，当p相同时，塑料的δ比钢管大，且D_m越大，δ也越厚，特别是对大口径管材δ增厚更为明显。因此，既可降低壁厚节省材料，又可保持承压能力的设想应运而生，其中主要方法之一是提高管壁的周向应力强度。如采用玻璃纤维增强塑料、改性增韧塑料、内衬塑钢管结构等，但波纹管是采用改变壁层结构形状来提高原有材料的周向强度的一种方法，其形式如图17-6所示。

这种结构如同管壁增设了加强筋，尤其是三层波纹管，如同沿圆周面组成了环状“蜂窝”结构，致使其有效地提高了径向刚性及周向承载能力。其内壁光滑可保持优良的水力性能。波纹壁既可承受外压力，又可承受内压力，还可大大地节省材料，以φ250mm外径的HDPE管为例，波纹管比实体管节省44%的材料，φ800mm的管可节省78%的材料。

图17-6 波纹塑料管分类

2）波纹管的种类及用途如下：

①单壁波纹管。现有标准为QB/T 3631—1999《聚氯乙烯波纹电线管》它主要用于建筑工程等电气装置连接导线的保护管，它是单壁波纹管，公称直径有9mm、10mm、15mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm等8种。单壁波纹管主要用途：用作护套管和室内电线暗护套管，如电视机、电话机、光纤、电力、控制与计算机、汽车、机器设备、飞机和其他；用作工艺管道（介质流经管内等），如吸尘器、洗衣机、洗碗机、医疗器械及其他医用管、农用滴灌管、室外软管、温室、种植业、公园与游乐场和其他；用作排水管道（多数属非永久性），如场地、街道、广场、房屋和其他。

②双壁波纹管。现有标准为GB/T 18477—2001。埋地排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）双壁波纹管材适用于市政排水、埋地无压农田排水和建筑物外排水用管材，在考虑到材料的耐化学性和耐温性后亦可用于工业排污管材。

QB/T 1916—2004PVC-U双壁波纹管材标准适用地埋农田排水，建筑物内外排水，低压输水灌溉、地埋电缆、电缆穿线等管材。在考虑到管材的耐化学性和耐温性后亦可用于工业排污管道。

双壁波纹管的材质由PVC-U迅速发展到高密度聚乙烯（HDPE），这是由于HDPE相对耐磨、自润滑、低温韧性、卫生无毒，国际上已普遍采用，国内正在发展，尚无标准。

双壁波纹管主要用途：用作护套管，如用于埋地电缆、埋地通信电缆、埋地光纤电缆、建筑与市政工程、小区供暖、室内电线和其他；用作排放用管，如雨水排放、废气排放、污水排放、废水排放等；以及控制枢纽通道、介质输送管道、农用管道、制作容器等。

③大型波纹管。大型双壁波纹管的管径现已发展到1800mm以上，缠绕波纹管管径可达4000mm，成为特大口径波纹管。大口径HDPE双壁管与混凝土管相比，具有耐磨、自润滑、抗粘附、不结垢、质轻、施工简便、省劳力、省施工时间、卫生无毒、接头处密封性好、不渗漏、不污染等优点、所以前者替代后者，势在必行。

3）波纹管常用塑料。波纹管常用材料有PVC-U及HDPE，其中HDPE耐磨性、自润滑性、耐低温性好，且无毒卫生，故发展很快。用其制作的大口径管与水泥管相比还具有抗粘附、不结垢、质轻、施工方便、节省劳力、节省工时、接头处密封性好、不渗漏、不污染等优点、因此常用其代替水泥管。此外，为满足各种专用领域需要还常用PP、PA、PVDF、EVA、TPE等塑料作波纹管。

4）波纹管的成型工艺。单壁波纹管是由挤出机挤出管坯后在波纹成型机中轧制波纹而成的，如图17-7所示。双壁波纹管由双壁管挤出模挤出双层管坯在波纹成型机中成型外波纹，同时熔接内外壁。

图17-7 波纹成型装置工作原理

1—芯棒 2—压缩空气入口 3—口模 4—成型模具 5—波纹管

（10）热收缩塑料管 热收缩塑料管为形状记忆功能管材，当加热时能沿径向发生收缩或膨胀变形，是目前广泛应用的塑料管，现有18类用途的产品，如用于电线电缆接头连接、整理固扎线束、标签识别、应力消除、隔离密封（防止气体、液体渗漏）、机械保护、防止擦伤碰伤、隔热保护、军用、医用管材、人体组织用管、各类手把、阻燃透明紧扎管、管道连接接头及各种缆线连接等。

其国外主要生产厂有美国Raychem公司、日本住友、日东电工、日本三井石化等公司等，国内则有上百家企业在生产。

热收缩管主要用辐射交联或化学交联PE、光化学交联聚烯烃、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、F4等塑料制作。

聚乙烯热收缩管的生产分三步进行：一是辐射交联或化学交联聚乙烯；二是挤出成型管坯；三是将管坯加热扩管。美国的部分产品规格和性能见表17-22。

表17-22 美国部分热收缩管规格

由热收缩管衍生出来的各种接头中，突出的产品为美国Novaflux接头。Novaflux接头由热收缩塑料绝缘管，热熔胶密封环，锡铅合金焊接环，锡银合金温度指示环等组成，它即能使电线端接焊牢，又能使电线端接头部位密封防水，而热收缩管保证电绝缘。一举三得，故称为革命性电线接头。Novaflux接头如图17-5所示。

3.管材常用塑料性能及应用

各种管材常用塑料性能及应用举例见表17-23和表17-24。

表17-23 各种管材常用塑料性能及应用举例

（续）

（续）

表17-24 五种常用管材的性能比较

这两个表中给出的性能均为通用性能，对每种塑料管的具体性能应查阅各管材的产品资料。另外，选择管材时还必须注意管材连接的方式及管件标准，应按提示的标准选用适当的管件及连接方式。