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塑料管应用现状研究

塑料管应用现状研究

摘要：

主要介绍了塑料管应用现状和生产现状。

本世纪50年代以后，随着石油化学工业的飞速发展，石油深加工技术日趋完善，塑料制品种类多样化，产量迅速增长，使之逐步发展成为一种新型工程材料。

塑料管和传统管材相比，具有重量轻，耐腐蚀，水流阻力小，节约能源，安装简便迅速，造价较低等显著优势，受到了管道工程界的青睐。

为此，许多发达国家塑料管制造商与管道工程界进行了广泛的合作，投入了大量人力、物力和财力进行了全面的开发研究，使原料合成生产、管材管件制造技术、设计理论和施工技术等方面得到了发展和完善，并积累了丰富的实践经验，促使塑料管在管道工程中占据了相当重要的位置，并形成一种势不可挡的发展趋势。

关键词：

塑料管应用现状研究

一、塑料管道种类及应用领域

（一）塑料管道种类

1、硬质聚氯乙烯管（UPVC）

UPVC管是国内外使用最为广泛的塑料管道。

UPVC管具有较高的抗冲击性能和耐化学性能。

它可根据使用要求不同，在加工过程中可添加不同添加剂，使其具有满足不同要求的物理和化学性能。

UP-VC管根据结构形式不同，又分为：

螺旋消声管、芯层发泡管、径向加筋管、螺旋缠绕管、双壁波纹管和单壁波纹管。

UPVC管主要用于城市供水、城市排水，建筑给水和建筑排水管道。

（1）UPVC螺旋消声管

螺旋消声管是在管内壁有几条起导流作用螺旋肋，达到降低噪音目的，主要应用于建筑排水。

（2）UPVC芯层发泡管

芯层发泡管是采用三层共挤出工艺生产的内外两层与普通UPVC相同，中间是比重0、7～0.9低发泡层的一种新型管材。

单位长度的管材可减少约17%UPVC用量，同时改善了管材的绝热和隔音性能，主要应用于排水管及护套管。

（3）UPVC径向加筋管

聚氯乙烯径向加筋管是采用特殊模具和成型工艺生产的UPVC塑料管，其特点是减薄了管壁厚度，同时还提高了管子承受外压荷载的能力，管外壁上带有径向加强筋，起到了提高管材环向刚度和耐外压强度的作用。

此种管材在相同外荷载能力下，比普通UPVC管可节约30%左右的材料，主要用于城市排水。

（4）UPVC螺旋缠绕管

螺旋缠绕管是带有‘T’型肋的UPVC塑料板材卷制而成，板材之间由快速嵌接的自锁机构锁定。

在自锁机构中加入粘结剂粘合。

这种制管技术的最大特点，是可以在现场按工程需要卷制成不同直径的管道，管径可从Φ150～Φ2600mm。

适用于城市排水、农业灌溉、输水工程和通讯工程等。

（5）UPVC双壁波纹管

聚氯乙烯波纹管管壁纵截面由两层结构组成，外层为波纹状，内层光滑，这种管材比普通UPVC管节省40%原料，并且在较好的承受外荷载能力，主要用于室外埋地排水管道、通讯电缆套管和农用排水管

2、氯化聚氯乙烯管（CPVC）

氯化聚氯乙烯管是由过氯乙烯树脂加工而得一种耐热性好的塑料管。

具有较好的耐热、耐老化、耐化学腐蚀性能优良，国外多用作热水管、废液管和污水管，国内多用于电力电缆护套管。

3、聚乙烯管（PE）

聚乙烯管按其密度不同分为高密度聚乙烯管（HDPE）、中密度聚乙烯管（MDPE）和低密度聚乙烯管（LDPE）。

HDPE管具有较高的强度和刚度；MDPE管除了有HDPE管的耐压强度外，还具有良好的柔性和抗蠕变性能；LDPE管的柔性、伸长率、耐冲击性能较好，尤其是耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好。

在国外HDPE和MDPE管被广泛用作城市燃气管道、城市供水管道。

目前，国内的HDPE管和MDPE管主要用作城市燃气管道，少量用作城市供水管道，LDPE管大量用作农用排灌管道。

4、交联聚乙烯管（PE-X）

交联聚乙烯是通过化学方法或物理方法将聚乙烯分子的平面链状结构改变为三维网状结构，使其具有优良的理化性能。

交联聚乙烯管制造通常有化学交联和物理交联两种方法，其中化学交联又分一步法和二步法两种。

一步法是聚乙烯原料中加入催化剂（硅烷、过氧化物）、抗氧剂，在挤出机挤出过程中进行交联，生产出交联聚乙烯管；二步法是先制造出交联聚乙烯A、B料，然后挤出交联聚乙烯管。

物理交联方法，通常是用电子射线或钴60-γ射线交联方法，聚乙烯原料通过传统方法生产成管材，然后通过电子加速器发出电子射线或钴60-γ射线照射聚乙烯管，激发聚乙烯分子链发生改变，产生交联反应，生产出交联聚乙烯管。

PE-X管主要用于建筑室内冷热水供应和地面辐射采暖。

5、三型聚丙烯管（PP-R）

三型聚丙烯是第三代改性聚丙烯，即采用气相共聚法使PE在PP分子链中随机地均匀聚合，使其具有较好抗冲击性能、耐温性能和抗蠕变性能，PP-R管主要应用于建筑室内冷热水供应和地面辐射采暖。

6、聚丁烯管（PB）

聚丁烯管具有独特的抗蠕变性能，能长期承受高负荷而不变形，化学稳定性，可在-20℃～95℃之间安全使用。

主要应用于自来水、热水和采暖供热管，但由于PB树脂供应量小而价高等原因，国内难以大量生产与应用。

扰悉，世界上能生产PB树脂的只有二家公司。

7、ABS工程塑料管（ABS）

ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，具有质较高的耐冲击强度和表面硬度，在-40℃～100℃范围内仍能保持韧性和刚度，并不受电腐蚀和土壤腐蚀，使用温度可达90℃。

所以在国外常用作卫生洁具下水管、输气管、高腐蚀工业管道，国内一般用于室内冷热水管和水处理的加药管道、有腐蚀作用的工业管道。

8、玻璃钢夹砂管（RPM）

玻璃钢夹砂管是采用短玻璃纤维离心或长玻璃纤维缠绕，中间夹砂工艺制作，管壁略厚，环向刚度较大，可用作承受内、外压的埋地管道。

玻璃钢夹砂管具有强度高、重量轻、耐腐蚀等特点，可用于化工等工业管道，尤其适用于做大口径城市给水排水管道。

9、铝塑复合管（PAP）

铝塑复合管道是通过挤出成型工艺而生产制造的新型复合管材，它由聚乙烯层（或交联聚乙烯）一胶粘剂层一铝层一胶粘剂层一聚乙烯层（或交联聚乙烯），五层结构构成。

铝塑复合管根据中间铝层焊接方式不同，分为搭接焊铝塑复合管和对接焊铝塑复合管。

铝塑复合管可广泛应用于冷热水供应和地面辐射采暖。

10、钢塑复合管（SP）

钢塑复合管生产工艺有硫化床涂装法、静电喷涂法、真空抽吸以及塑料管内衬法等。

产品具有钢管的机械强度和塑料管的耐腐蚀的优点，主要应用于石油、化工、通讯、城市给水排水等领域。

最近，国内已开发出挤出成型的中小口径钢塑复合管成套生产设备，此种钢塑复合管为三层结构，中间层为已铳孔的钢板卷焊或钢网焊接层，内外层为熔为一体HDPE层。

（二）塑料管应用领域

塑料管道已被国内外广泛应用在城市供水、城市排水、建筑给水、建筑排水、热水供应、供热采暖、建筑雨水排水、城市燃气、农业排灌、化工流体输送以及电线、电缆护套管等领域，主要应用领域如下：

表一塑料管种类与应用范围

用途

种类

市政

给水

市政

排水

建筑

给水

建筑

排水

室外

燃气

热水

采暖

雨水管

穿线管

排污管

P

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UPVC

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CPVC

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径向加筋管

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螺旋缠绕管

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芯层发泡管

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螺旋消声管

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双壁波纹管

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单壁波纹管

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P

E

HDPE

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MDPE

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LDPE

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双壁波纹管

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螺旋缠绕管

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PE-X

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PP-R

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PB

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ABS

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RPM

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PAP

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SP

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在国外，塑料管材正不断替代金属或其他传统材料的管材，发展十分迅速。

从1980～1990年的10年中除塑料管以外，其它各种材料的管材增长率总和不足2%，而塑料管的增长率是其它各种管材增长率总和的4倍，达到8%，进入90年代塑料管的需求量将仍是每年4.2%的速率增长，其产值大约以每年8%的速率递增。

美国1997年塑料管材量为216万吨，欧洲1996年为147万吨，日本60万吨。

在国外，从50年代开始就把硬聚氯乙烯（UPVC）制品用于建筑工程中。

美国：

用于自来水管、煤矿用管、灌溉用水管的压力管道占总量的40.4%；用于下水、污水、通风的UPVC管道为17.3%；电工穿线管方面用的管道为14.08%；市政工程污水排放用的UPVC管道为22.93%；其它用途占5.24%。

日本：

UPVC管道的消费情况（占总量的百分数）：

上水管17.2%；农用管5℃%；下水管17.58%；工业污水管6.8%；设备排水32.6%；穿线管1.68%；其它5.7%；特殊用管13.24%。

西欧国家塑料管道分布领域：

压力管68%；非压力管17%；管件5%；其它10%。

1995年，UPVC管材人均消费量，美国高达8.3Kg，日本4.27Kg，西欧4.18Kg，加拿大4.07Kg。

聚烯烃管材的人均消费量西欧各国较高，平均高于4kg。

1995年美国HDPE人均消费量已达1.38Kg，美国ABS管材人均消费量为0.23Kg。

纵观国外塑料管生产应用，会发现以下特点：

1.原材料：

分类较为详细，品种较多，为适应不同场合需要制成各种专用料，极大方便了塑料管生产企业生产，有效地保证了产品质量。

2.塑料管生产：

塑料管品种、规格齐全，管材与管件配套性较好，加工设备自动化程度高，在线检测设备较为完善，有效地提高了产品生产效率和成品率。

其质量概念远远大于价格概念。

3.塑料管工程应用：

塑料管在工程应用较为普及，品种很多，并且可以根据工程特点选择需要的品种、规格的塑料管。

目前，国外塑料管仍以聚氯乙烯管（PVC）和聚乙烯管（PE）为主导产品，近几年来，PE管作为城市供水管和燃气管发展很快，增长速度远远超过PVC。

三、国内塑料管道生产应用情况

我国自80年代初开始，系统地研究在市政工程和建筑工程中塑料管的应用。

10年来，塑料管在工程应用中得到了很大发展，不仅在数量上而且在品种和规格上得到很大发展。

先后开发出了聚氯乙烯管（PVC）、玻璃钢夹砂管（RPM）、聚乙烯管（PE）、铝塑复合管（PAP）、交联聚乙烯管（PE-X）、聚丙烯管（PP-R）、氯化聚氯乙烯管（CPVC0、ABS工程塑料管（ABS）、钢塑复合管（SP）等塑料管。

1996年，我国各种塑料管材的总产量已达43.5万吨，其中，UPVC管材24万吨，占55%；PE管材18万吨，占41%；PP管材1.5万吨，占3.3%。

尽管UPVC管材产量已达24万吨，但人均消费量还不到0.2Kg，远低于美、日、欧的人均消费量。

根据国家统计局统计，1997年全国塑料制品的总产量为1534万吨，其中塑料管材为87万吨，已成为塑料行业中一个主导产品。

另据中国塑料加工业协会塑料管道制品专业委员会的不完全统计，1998年UPVC管材、管件总产量为35万吨，比1997年增长了10万吨，创造了历史最好水平。

近几年，随着建筑业变为国民经济支柱产业，建筑室内塑料柔性管（PE-X、PAP等）发展很快，成为当今投资的热点。

（一）聚氯乙烯管（PVC）

目前国内UPVC管道生产主要品种有：

建筑给水、排水管材及管件，城市供水、排水管材及管件，电工绝绷套管配件。

主要规格有：

给水管：

Φ16～710mm；建筑排管：

Φ90～160mm；双壁波纹管：

Φ90～400mm；螺旋缠绕管Φ150～2600mm；电工护套管：

Φ16～20mm。

从整体上来看主要是Φ400mm以下规格。

从80年代初到1994年，我国PVC管材、管件生产发展速度极慢，其产量仅为19.5万吨；1996年的产量为24万吨，自从建设部、化工部、轻工部等五部委联合发出“大力发展化学建材”的通知以后，UPVC管材、管件的发展速度明显加快，到1997年底全国有UPVC管材、管件生产厂家估计有400家，总生产能力近100万吨，但实际生产量却不足50万吨。

UPVC管材、管件生产规模在10000吨/年以上的厂家30多家；规模5000～10000吨/年的厂家近60家。

这些生产规模较大的厂家由于设备配套较齐全，技术力量较强，产品质量管理体系也比较完善，管材、件能够自己配套，产品质量也比较稳定。

这些厂家生产的管材、管件占总生量的85%以上。

而那些产量低、装备差、管材、管件不能配套的小厂，全国各地都有，但由于技术力量薄弱，于是就出现产品质量不稳定现象。

从总生产量来看仅占15%左右，但对建筑排水用UPVC管材、管件整个供需市场带来的影响是巨大的。

目前国内管材生产线估计有2000条，其中引进设备约占15%左右。

全国生产企业设备的开工率不足60%。

在生产设备上，由开始引进国外先进设备，发展到自行研制开发，目前UPVC生产设备基本上实现了国产化。

在国内，PVC管是首先在建筑排水上推广应用，也是国内发展较为成熟的一种塑料管道。

如UPVC建筑排水管，到1993年，累计已有1.68亿平方米民用住宅中得到使用，占当年竣工量的19%左右。

1998年有的省份使用率达到90%以上，可以相信不久将来，PVC建筑排水管将取代铸铁管；在城市供水管道中，天津、沈阳、济南、青岛、福建、海口等30多个城市及许多中小城镇已敷设UPVC管道5000多公里，最大管径达DN630mm。

随着我国原有旧城区的扩建改造，新城市和新城区的不断建设，PVC供水管的应用还会持续增长。

目前主要用于建筑排水、建筑给水、电工穿线管、农业排灌用管、城市供水、城市排水、通讯工程用管材、化工防腐用管材。

应用量：

用于排水的占50%；化工管15%，穿线管15%；通讯用管5%；给水用管5%；农业排灌用管5%；其它用管5%。

（二）聚乙烯管（PE）

聚乙烯给水管生产：

国内聚乙烯给水管材生产的品种主要有低密度聚乙烯管、高密度聚乙烯管，规格一般是Φ16～160mm，最大可达Φ400mm。

聚乙烯给水管材生产一般都采用单螺杆挤出机，也有少量采用双螺杆挤出机。

农村改水工程使用的聚乙烯管一般是采用国产设备，按QB1930-93行业标准生产的低密度聚乙烯管，城市供水管（大口径）一般是采用进口设备生产的高密度聚乙烯管，建筑给水聚乙烯管（小口径）一般是采用国产设备生产，城市给水管生产都执行GB/13663-92国家标准。

聚乙烯燃气管生产：

聚乙烯燃气管生产是按照GB15558.1《燃气用埋地聚乙烯管材》标准要求，现在生产的聚乙烯燃气管材在颜色上有两种，一种为黄色管，一种为带黄色条的黑色管。

公称尺寸范围为Φ20～250mm，但实际生产的规格已扩大至315mm，根据使用工作压力不同（0.4MPa和0.2MPa），分为SDR11及SDR17.6两个尺寸系列。

我国现在的聚乙烯燃气管材挤出生产设备基本是从国外进口。

已经有近10多条PE管材挤出生产线，实际挤出管材生产能力达25000吨/年，大大超过了燃气行业8000吨/年的需求量。

但只有少数厂家拥有自动化程度较高的设备，基本能实现自动烘干加入原材料、自动测量调整壁厚、自动切断或盘卷，能够稳定连续生产。

1998年国内PE燃气管材的用量虽然达到了约3000吨，倡是由于与25000吨的挤出生产能力相比相去甚远。

聚乙烯管应用：

低密度聚乙烯管主要用于农村改水工程、电力、电缆保护、邮电通讯线路保护及其它领域。

高密度聚乙烯给水管主要用于建筑物室内外给水系统。

目前，国内聚乙烯管用量最多是农村改水工程，占整个聚乙烯管用量的50%左右。

目前还没有聚乙烯给水管设计、施工及验收标准，影响了聚乙烯给水管的推广应用。

聚乙烯燃气管主要应用于城市中低压燃气管网，尤其是使用天然气的地区用量较大。

随着1995年聚乙烯燃气管产品标准GB155581-95、155582和设计、施工技术规程CJJ63-95颁布，聚乙烯燃气管得到了迅速发展，到1998年，国内PE燃气管道铺设量约占整个燃气管道铺设量的20%左右，产量达到3000吨。

（三）玻璃钢夹砂管（RPM）

目前国内玻璃钢夹砂管生产企业有10余家，生产的规格主要有：

DN500～1400mm，6种规格；使用压力范围：

0.1～1.0MPa，而其中大于0.6MPa的情况较少；根据具体工程的要求，管刚度可选择在2500～10000N/m2之间；生产工艺主要有：

离心浇铸、连续缠绕、定长缠绕三种工艺。

自1993年在全国建立的RPM管生产线至今已铺设了约1000KM的RPM管，主要应用于引水工程和城市配水工程，以及排污工程直径在DN1000～1400mm，工作压力0.6～0.8MPa。

（四）交联聚乙烯管（PE-X）

目前国内交联聚乙烯管生产主要是参照德国DIN16892、16893标准，生产设备主要从瑞士引进（四条线），生产工艺为：

Monosil的一步法接枝和成型，自动化程度高，产品质量稳定。

在引进设备同时，国内有关单位也开发出一步法和二步法硅烷交联工艺生产交联聚乙烯管，并投入应用。

目前国内交联聚乙烯管生产规格为：

Φ10～32mm，少量生产到Φ63mm。

连接PE-X管的管件，一般采用夹紧式铜制接头或卡环式铜制接头，有些企业正在开发为PE-X管配套的超高分子聚乙烯管件、聚甲醛管件、ABS管件。

自从1996年引进国外先进的PE-X管生产技术和设备，近几年PE-X发展很快，主要应用于地面辐射采暖、建筑室内热水供应、饮用水供应和自来水供应，尤其随着住宅建设标准的提高，要求管道暗敷，为PE-X管提供了更大的市场。

到1998年我国PE-X管材生产能力将达3000万米。

（五）铝塑复合管（PAP）

国内目前铝塑复合管主要生产工艺及装备大致分为进口设备和国产设备二类。

进口设备生产工艺主要以共挤复合工艺为主，生产搭接型复合管，目前国内有10余条进口生产线。

自1996年国内相继有几家塑料机械制造企业着手研制国产搭接焊和对焊铝塑复合管生产线，现已投入批量生产。

目前国内铝塑复合管生产企业达到80余家，生产线达到100余条，其中搭接焊生产线占70%，对接焊生产线占30%，生产能力达到2亿米/年。

国产化生产设备价格大约是进口设备的20-30%，生产出的铝塑复合管物理力学性能都能符合国外先进标准要求，但在自动控制、自动化程度、生产速度方面有一定的差距，产品外观、几何尺寸精度尚需进一步提高。

（六）三型聚丙烯管（PP-R）

PP-R管一般采用单螺干挤出挤出成型。

由于PP-R料熔粘度较大，吸放热量大故对挤出设备有一定的特殊要求。

由于国内塑机厂没有加工PP-R管的经验和工艺参数，采用普通国产单螺杆挤出机生产PP-R管产量低，对产品质量控制的稳定性较差。

目前国内生产的产品规格为公称外径DN20～63mm六个规格。

产量按不同规格在100～150kg/h，年产量为800吨。

自1997年上海从国外引进PP-R生产技术与设备投入生产以来，上海市已在100个平方米建筑面积住宅冷热水系统、纯净水、饮用水系统的试点应用，取得了较好效果，并且在应用的基础上制定了PP-R管设计、施工及验收技术规程和施工定额等上海市地方标准。

四、存在问题

1、原材料方面

随着我国石化行业的发展，塑料制品的原材料生产规模在不断扩大，质量在不断提高。

因此，目前我国塑料管原材料供应渠道基本畅通，但也存在不少问题。

（1）原料品种少，基本无专用料

就塑料管中占主导地位的PVC、PE原料来说，在国外PVC、PE原料牌号很多，形成系列，用户可根据不同用途需要选择不同牌号原料。

而且对PVC给水管、PE燃气管等要求高的管材，为有效保证管材质量，一般都直接供应专用料。

虽然我国PVC、PE树脂产量很大，但牌号少。

PVC原料基本上都是普通型树脂，适合做供水管等特殊要求的少。

PE原料中低密度聚乙烯占有很大比例，适合做城市和建筑供水管、城市燃气管的管材及PE原料很少，致使有些企业将普通拉丝级HDPE来生产管材，严重影响管材的产品质量；虽然80年代末对城市燃气管专用料进行研制，但由于多种原因，未能投入生产。

目前，我国燃气管专用料基本上是靠进口。

此外，PE-X、PP-R原料基本上靠进口，国内不能生产。

目前国内无专用料的主要原因是：

由于专用料用量较少，要求特殊，因此，一般大型石化企业不愿生产，一般小型石化企业生产又达不到要求。

（2）原料质量不稳定

目前，我国PVC、PE原料普遍存在内在质量不稳定，如：

PVC原料，颗粒规正度差，残留氯乙烯单体（VCM）含量高（在5～10ppm，而国外用于供水管的只有1ppm），只能生产一般水平的产品，不适宜高速挤出需要。

主要原因是：

国内很多PVC树脂生产企业工艺路线落后，仍采用电石法生产PVC树脂，这样往往会出现树脂分子量不理想，给加工带来一定影响；对于PE原料，熔体指数离散性较大，影响挤出性能和机械性能，以及耐蠕变性能差，影响使用寿命。

此外，各种稳定剂、添加剂、加工改性剂也极为重要。

目前，国内生产厂家很多，基本能满足PVC制品的需要，但品种单一，产品质量不稳定，某些要求较高的品种还是要依靠进口。

（3）原料价格高，且波动大

原料价格对塑料管生产和应用有着密切的关系。

综观我国塑料原料价格，普通型原料价格基本适宜，并且与国外价格基本相当，专用料及要求较高的原料，普遍价格偏高，而且国产原料价格比国外还高，尤其是一些辅料和助剂价格更高，致使许多要求较高的原料需要从国外进口。

回顾1994年～1995年，我国PVC树脂价格突然从4000元/吨暴涨到9000～10000元/吨，不少生产企业每生产一吨管材要亏损500～1000元，严重影响了PVC管生产和应用。

因此，建议石化部门在今后要根据市场需要，安排好塑料管所需的原材料，保证原料的稳定供应。

2、塑料管生产方面

（1）产品结构不合理

塑料管产品结构不合理突出反映在规格系列不全，管材管件配套不完善。

管材与管件生产不配套是我国塑料管推广应用中的瓶颈问题，一直未能得到很好地解决。

据对我国150多家有一定生产规模的塑料管生产企业初步调查统计，管材的生产能力约为24万吨，管件生产能力约为1.2万吨，管材与管件生产能力配比约为20∶1，与正常应用的配比8∶1相差甚远。

管件的品种也仅有100多种，不能满足工程建设的需要。

造成这种局面的原因与某些企业的急功近利的思想有关，见到塑料管生产有利可图，就一哄而上，而对技术难度较大、生产成