隨著“以塑代鋼”的推進及塑料生產技術的進步，塑料管材因具有自重輕、耐腐蝕、耐壓強度高、衛生安全、使用壽命長等優點，在市政工程、農業生產、建筑、石油化工等領域成為代替傳統金屬管材的主要材料。尤其是聚烯烴管材料因性能優于其他塑料管材料，逐漸成為管材應用領域的主要產品。

　　近年來，我國塑料承壓管道市場逐漸成熟，PE100級管材料已成為主流。然而，隨著現代化進程的加快，為滿足“非開挖”“大口徑”“高通量”“節能環保”等新的工程應用要求，對高端管材料的需求量持續增加。因此，我國迫切需要加快高端聚烯烴管材料的國產化步伐。這意味著，耐開裂聚乙烯(PE100-RC)、耐熱聚乙烯(PE-RT II型)、聚1-丁烯(PB-1)成為我國聚烯烴管材料的高端產品。目前，我國上述三種高端聚烯烴管材料消費量持續增多，而供應則主要依賴進口。基于我國石化產品高端化發展需求，高端聚烯烴管材料市場需求旺盛，受到業界高度重視，已成為當前石化行業研發熱點之一。

　　三大高端聚烯烴管材料依賴進口

　　目前，我國聚烯烴管材料以通用為主，PE100-RC、PE-RT II型、PB-1等高端管材料產量很少，產品主要依賴進口。

　　1、耐開裂PE100-RC管材料

　　耐開裂PE100-RC管材料是中/高密度聚乙烯管道材料的第4代，也是最新一代，其代表產品為相對分子質量雙峰分布的乙烯己烯共聚物。PE100-RC屬于PE100級材料，但其慢速裂紋增長性能明顯優于PE100管材料。采用PE100-RC管材料鋪設的管道可以在有外部劃傷和點載荷的作用下，仍能達到100年的設計使用壽命，所以特別適用于管道更新、非開挖安裝和管道快速敷設技術，在城市管道施工中具有明顯優勢，在國外已廣泛應用。

　　目前，PE100-RC管材料工業化生產以國外公司為主，如利安德巴塞爾工業、道達爾、北歐化工、英力士等，各公司均采用自主知識產權聚乙烯成套技術，產品各有特點且牌號豐富，并形成了系列化。表1為國外典型的PE100-RC管材料主要性能指標。

　　目前，我國僅中國石化的中沙石化和中韓石化開發的專用料通過了北京化工研究院(國家唯一建材測試權威機構)8760h的專業測試。其中，中沙石化開發的PE100-RC超韌聚乙烯塑料管道專用料PN049RC，于2017年5月通過8760h測試，該產品各項性能指標完全可與進口產品媲美，目前正在下游客戶進行推廣試用；中韓石化的PRC100于2018年12月通過8670h測試，產品正在推廣試用。

　　2、耐熱PE-RT II型管材料

　　PE-RT是乙烯與α-烯烴共聚物，通過控制支鏈數量及其分布得到具有特殊分子結構的聚乙烯。PE-RT是新型耐高溫、非交聯的聚乙烯管材，既保留了聚乙烯的耐低溫特性，又提升了其在高溫條件下的抗蠕變性能和強度，具有較好的柔韌性和熱傳導性，易加工、可回收、可焊接，適用于民用建筑冷熱水管路系統、工業熱介質輸送系統、地板輻射采暖系統等。國際標準ISO 22391—2:2009根據耐高溫靜液壓強度等級不同，將PE-RT管材料分為Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅱ型管材料的耐溫耐壓性能好于Ⅰ型，且因具有更高的耐靜液壓強度，近年來已成為城市二級供暖管網的首選材料。

　　PE-RT II型管材料最早由美國陶氏公司實現商業化應用，2001年陶氏公司以1-辛烯為共聚單體，采用茂金屬催化劑，通過其Insite溶液法工藝聚合而成，命名為DOWLEX 2388，相較于I型管材料，該產品在高溫下能表現出更優異的耐靜液壓強度，以及更優越的柔韌性、光澤度、氣味及加工性能。隨后，韓國SK能源、韓國LG化學、韓國大林產業、利安德巴塞爾工業、道達爾等公司相繼開發出各自的PE-RT II型管材料，均通過了瑞典BODYCOTE的認證，產品各有特點。表2為國外典型PE-RT II型管材料的主要性能指標。

　　目前，我國已經工業化的PE-RTⅡ型管材樹脂主要有中國石化揚子石化的YEM4705T、中國石化齊魯石化的QHM22F和中國石油大慶石化的DQDN3712。其中，中國石化揚子石化的YEM4705T于2011年8月成功實現工業化試生產，其以1-丁烯為共聚單體，采用Z-N催化劑，通過低壓淤漿聚合而成，分子量呈雙峰分布；中國石化齊魯石化的QHM22F于2011年11月成功實現批量化生產，以1-己烯為共聚單體，采用自主研發的茂金屬催化劑，通過Unipol氣相法工藝聚合而成；中國石油大慶石化的DQDN3712于2017年11月成功工業試生產190噸，以1-己烯為共聚單體，采用進口的茂金屬催化劑，通過Unipol氣相法工藝聚合而成，目前正在進行國家認證，并在下游用戶進行試應用。表3為齊魯石化和大慶石化產品的典型物性。

　　3、聚1-丁烯(PB-1)管材料

　　PB-1是以1-丁烯為單體，經催化劑在反應器中催化聚合而成的熱塑性樹脂。PB-1的屈服值是低密度聚乙烯的2倍，拉伸強度和沖擊強度分別是低密度聚乙烯的6～10倍和3～4倍。因此，PB-1管材料具有良好的機械性能，優良的韌性、耐熱蠕變性和耐環境應力開裂性。因PB-1具有5種不同晶型，熔融后冷卻生成不穩定的II型，必須在室溫下靜置7天變成穩定的I型才能使用，目前主要用于熱水管。世界主要PB-1生產企業見表4。

　　目前，我國PB-1工業化裝置僅山東東方宏業化工有限公司一套，產能為5萬噸/年，于2013年12月在山東壽光建成。該裝置采用青島科技大學技術，主要生產用于建筑和地暖的管材產品，年平均開工率為60%~70%。目前，第二套裝置正在建設中，是2015年山東瑞達化工公司在滕州開工建設產能為6萬噸/年的裝置。

　　急需開發管材料快速表征檢測技術

　　2019年，我國聚烯烴管材料消費量約408萬噸。其中，聚乙烯管材料消費量為290萬噸、聚丙烯管材料消費量約112萬噸。聚乙烯管材料主要用于生產給水管、燃氣管、地暖管和非開挖管道，以PE100級管材料消費為主，消費量為250萬噸，約占總消費量的86%。聚丙烯管材料分為嵌段共聚聚丙烯(PPB)管材料和無規共聚聚丙烯(PPR)管材料，PPB主要用于排水管和工業排污管，PPR主要應用于家用供水、地板采暖和融雪系統等領域。

　　在高端管材料中，PE100-RC消費量約14萬噸、PE-RT II消費量約12萬噸、聚1-丁烯管材料消費量約6萬噸，目前主要依賴進口。表5為我國高端聚烯烴管材料主要進口牌號及生產廠家。

　　目前，聚烯烴管材料已由僅提高承壓向高耐慢速應力開裂、高耐熱等級和高承壓能力的平衡轉變。要實現管材料的剛韌平衡性發展，需要催化劑、聚合工藝、管材加工等技術的持續不斷升級與突破。

　　就催化劑而言，新型催化劑需要具有更優的共聚性能、更高的氫調敏感性和更好的催化活性。此外，催化劑種類也由傳統的Z-N催化劑向其他高活性、單活性中心及復配催化劑體系拓展。就聚合工藝而言，研發主要集中在新型反應器的開發、不同工藝的組合，聚合工藝已由單反應器單峰向多反應器串聯、單反應器多峰方向發展。在管材加工技術方面，低溫高速擠出生產技術、熔體過濾技術、自動變徑技術、多層共擠復合管材加工技術、纖維增強復合管制備技術、固相口模拉伸技術等新的管材加工技術和裝備不斷涌現，管材料的加工性能和力學性能不斷改善。

　　此外，開發高端聚烯烴管材料一般用時較久。以PE100-RC為例，除了PE100管材料所需的100~500h檢測常規物性之外，還需要對耐慢速開裂性能的管材切口試驗(NPT)、管材點載荷試驗(PLT)和全切口蠕變試驗(FNCT)等指標進行表征，檢測時間一般都超過8760h。因此，急需開發管材料快速表征檢測技術，縮短高端聚烯烴管材料開發周期。

　　迫切需要加快國產化步伐

　　當前，我國經濟社會已步入高質量發展階段，各產業正逐步向高質量邁進。隨著我國市政建設的逐步完善、現代化工業進程的推進和城鎮化步伐的持續，產生了新的工程應用需求，如“非開挖”“大口徑”“高通量”“節能環保”等，進而對管材料的性能提出了新要求，即承壓管材料還要具備優異的耐慢速開裂性能，耐熱管材料在節能的同時耐熱等級和承壓能力進一步提升。因此，我國迫切需要加快高端聚烯烴管材料的國產化步伐。

　　我國PE100-RC管材料國產化步伐的關鍵制約因素是是高碳a-烯烴、催化劑、聚合工藝，因此應持續加強具有更優氫調敏感性和更高共聚性能催化劑的開發、聚合工藝的優化與研發，以及1-辛烯等高碳a-烯烴的攻關及工業化應用步伐。此外，PE100-RC管材料的關鍵指標檢測FNCT、PLT、NPT檢測都要超過8760h，極大地限制了PE100-RC管材料的開發。為縮短開發周期，需要加快快速表征檢測技術的開發。

　　盡管中國石油和中國石化都有相應的PE-RT II型管材料產品，但從預測靜液壓強度、相對分子質量及其分布、共聚單體種類及含量等關鍵指標看，國產料與國外料相比，在產品質量、穩定性以及性能上仍有一定差距，其根本原因是催化劑和聚合工藝。因此，要加快先進催化劑的研發，提高催化劑的氫調敏感性和共聚性能；不斷優化現有聚合反應工藝條件，開發新型聚合技術；持續強化1-辛烯等高碳a-烯烴的研發，盡快實現國產化。

　　PB-1管材料性能的提高，關鍵是提高PB-1由晶型Ⅱ轉變為晶型Ⅰ的轉變速率，歸根到底是提高全同含量，目前主要采用聚合、添加成核劑和共混等方法實現。因此，要持續加強現有聚合工藝的優化及新型聚合技術的開發，同時持續優化成核劑加入的種類、質量等，并研發新型成核劑，以及共混工藝的優化、新型高效催化劑的開發等。

　　 轉自：中國化工信息周刊