耐热聚乙烯(PE-RT)管材发展

摘要:低温地面辐射采暖是人们目前认为的一种非常理想的采暖方式。选用整个地暖系统的主材-塑料管材尤为重要,它直接关系到整个地暖系统的安全和使用寿命,本文主要综述了在地暖应用中最为广泛的PE-RT管材的发展、特性、生产、安装及存在的问题和发展建议。特别是在品质方面的保证措施。

关键词:PE-RT管材;特性;存在的问题;发展建议

1 低温地面辐射采暖用耐热聚乙烯(PE-RT)管材的发展

90年代由美国陶氏化学公司率先开发出的PE-RT(耐热聚乙烯)原料,而后韩国SK、LG、大林等公司也相继开发生产。PE-RT管材使用温度可达80℃以上,实现了聚乙烯管材不需要外联就可以应用于高温场合,且可以实现熔融连接。PE-RT作为一种新型的中密度聚乙烯,在地面辐射采暖的应用越来越被人们关注。2002年建设部发布了《冷热水用耐热聚乙烯(PE-RT)管道系统》CJ/T175-2002生产质量标准,2004年第218号文肯定了低温热水地面辐射供暖技术,其中第92条“建筑地面辐射供暖塑料管系统,推荐用管PE-RT”列于其中,这标志着PE-RT管材成为地面供暖热水系统专用管,得到国家认可和推广。2004年5月上海举行的一个行业会议上,将“PE-RT管的研制与生产”列为“中国塑料管材最新十项科技发展成果”之一。PE-RT管材已具备了相对完备的标准体系。

2 PE-RT管材的特性

耐热聚乙烯属于中密度聚乙烯,英文名称缩写为PE-RT(Polyethylene with Raised Temperatureresistance),它是由乙烯单体和1-辛烯单体共聚而成的,很显然辛烯与乙烯单体共聚时具有能形成较长支链的烯类单体,支链上含有六个碳原子(C),一个和几个共聚单元上带有的6C长支链,使得这种半结晶材料的结晶也有足够的“链段”数目,分子链之间无需引入活性交联分子,晶格间支链化程度非常高。分子链之间以及长支链之间互相无序缠绕,形成了“立体网状结构”,这种特殊结构的形成是材料的力学性能及抵抗外应力作用的蠕变性能大大提高,提高了其热稳定性、长期静液压强度、康慢速裂纹增长(SCG)和快速裂纹扩张(RCP)性能。它的可溶性,正好适合了地暖管不允许有接头的要求。PE-RT管材除了具备塑料应有的特性,还具有其独特的特性:

2.1 长期耐温耐压能力

我国低温热水地板采暖系统的水温一般控制在40-60℃之间,压力一般在0.4-0.6MPa。对于PE-RT根据IS010508:1995《使用冷热水系统的热塑性塑料管材和管件》中使用条件级别4即地板采暖,设计应力为3.34MPa,在0.4MPa、0.6MPa工作压力下,其计算出的S值分别为8.6和5.7,而根据行业标准以及地暖行标JGJ142-2004/365-2004的要求,PE-RT20mm地暖管材的最低壁厚为2.0mm。完全能满足低温热水地板采用管要求,而且足够安全。

2.2 柔韧性

PE-RT管材具有较好的韧性,弯曲管道时无需预热,其弯曲半径可以小到管道外径的5倍。其特有的“应力松弛性能”在管道弯曲处的应力能很快得到释放,从而可以避免在长期使用过程中由于应力集中而在弯曲处出现破裂的现象。

2.3 抗冲击性能

PE-RT管材具有较好的耐低温冲击,在-40℃时的抗冲击性和PP-R管材0℃时的抗冲击性相近。耐低温冲击性比较好的管材,冬季低温环境施工时管材不易受到冲击而破裂,增加了施工安排的灵活性。

2.4 热传导性

PE-RT的热传导系数为0.41W/m·k(PP-R管为0.21W/m·k,PB管为0.22W/m·k),在相同条件下,导热系数高,就意味着单位地面面积的散热量提高,其结果是可以减少管的长度,降低造价。

2.5成型加工性

PE-RT为热塑性管材,加工工艺简单,加工中对管材质量的影响加因素少,管材性能由材料自身来提供,只要有合适的设备,产品质量的可靠性比较高。

2.6 可回收性

对于要求高可靠性管材的地面采暖系统而方,热塑性的管材应更加符合使用的需要。PE-RT在生产过程中产生的废弃边角料和不合格的管材管件均可在生产企业内再次加工利用,不会对环境造成污染,具有较高的环保性。

2.7 便于管道连接

PE-RT管材可采用热熔式连接。热熔式连接是指在执着头和管材上都使用相同的聚合物材料,采用特制的连接设备,把接头和管材加热至一定温度并熔合在一起,形成一个均匀、永久性的水密连接。

3 PE-RT管材生产

3.1 原材料的性能

原材料的性能是保证管材质量的首要因素。树脂分子量的大小及其分布对产品性能有很大的影响,分子量越低,分布范围越宽,体现的熔体流动速率就越大,生产加工时流动性越好,产品的压缩密度,剪切塑化赋予管材的强度就越差,使用寿命越短,容易出现爆管、老化快等诸多质量问题。

3.2 加工工艺、设备、模具

原料经加热到设定温度的挤出机挤出,塑化成粘流状的原料在挤出机的压力下,经加热至设定温度的模头挤出管坯,再经真空定径套冷却定径,进入真空喷淋箱、冷却喷淋箱,冷却定型的管材,经自动喷码机喷码打印产品标识,在牵引机牵引力的作用下,经盘圆缠绕机,按客户要求定尺盘卷,经检验合格后,包装入库。在生产中加热温度、挤出压力、挤出机螺杆转速等参数的控制,是直接影响到管材内在质量的关键,即管材的塑化的好坏,如果管材的塑化不好,则管材的理化指标难以保证。这就必须有严格的工艺制度,控制精密的温度仪表,是保证产品质量的必要条件。

3.3 严格的质量管理,先进的检测仪器,素质较高的员工队伍

原料入厂必须严把质量关,严格按GB/T2828规定抽样标准抽样,认真化验熔体流动速率,挥发份,表观密度,卫生质量等指标。及时发现因工艺参数变化而影响产品质量。做到产品捆捆打气压,捆捆测壁厚。

4 管材的等级选用

管材寿命与使用温度、使用压力、管材壁厚、管材外径、使用年限之间有着必然的联系,如果压力高应该选用S系数更小的管材,S系数越小管壁越厚,管壁越厚耐压能力越高,耐压能力越高,使用寿命越长,即管材厚度与耐压压力,使用温度,使用寿命成正比,S系数及外径与耐压强度、使用温度、使用寿命成反比,使用温度与使用压力、使用寿命成反比。

5 储存、运输与安装

运输时应杜绝管材划伤,由于管材划伤使实际有效使用壁厚减少,等于把管材的耐压等级降低。

储运时应避免长期日晒,最好入库保存,长期日晒使管材产生一定程度的光氧老化,通过试验,管材无包装裸露暴晒60天后,95℃、环应力3.5Mpa,1000小时的测试条件出现脆性破坏概率很高,因此必须妥善保管。

设计或安装要合理,管材间距一般在200-300之间,管路不宜过长。最好控制在100左右。管道路数分配合理,不能一路长一路短。分配不合理,管材间距过大,管路过长极易造成冷热不均、不热。而盲目提高系统温度,容易造成管道老化快,使用寿命缩短。

试压时必须把气体排干净,防止形成气锤或水锤,试水压后,未及时使用,应做好保温或排净试压用水,严防冬天冻坏管材。

6 发展建议

为了规范PE-RT市场,给地暖用户提供更优秀的管材,针对目前的行业情况提出以下几点建议

充分发挥行业协会的职能作用,建立严格的质量约束机制,让质量过硬、生产技术含量高的企业成为市场的主流,才能进一步提升行业的整体水平。

技监部门不定期对市场上的管材进行检查,规范市场;根据目前正在制订的PE-RT标准提供的信息来看,该标准将规定PE-RT管材中严禁加入色母料,统一采用本色,在一定程度上杜绝了造假的可能;设备模具厂家、原料厂家应定期进行技术交流,更好地生产出PE-RT管材提供信息;在原材料控制方面,原料厂家应监督生产厂家,对造假厂家应拒绝提供原材料,从源头打击造假企业。

参考文献

[1]张健.建筑材料与检测,化学工业出版社.

[2]王福川.新型建筑材料,中国建筑工业出版社.

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