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  • 用于地板輻射采暖塑料管材的類別

隨著建筑業(yè)的發(fā)展和居民對(duì)居住生活舒適度要求的提高，低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越普及。目前國(guó)內(nèi)在地板輻射采暖系統(tǒng)中經(jīng)常選用的塑料管材主要有以下幾種。

PE-X： 交聯(lián)聚乙烯1

PP-B： 耐沖擊共聚聚丙烯（韓國(guó)曾經(jīng)稱之為PP-C）

PP-R:無(wú)規(guī)共聚聚丙烯

PB：聚丁烯

PE-RT: 耐高溫聚乙烯

注1：交聯(lián)聚乙烯按生產(chǎn)方式分為過(guò)氧化物交聯(lián)（PE-Xa）、硅烷交聯(lián)（PE-Xb）、電子束交聯(lián)（PE-XC）和偶氮交聯(lián)（PE-Xd）四種。其中過(guò)氧化物交聯(lián)和硅烷交聯(lián)是國(guó)內(nèi)常用的兩種交聯(lián)聚乙烯管材產(chǎn)品。

  • 塑料管材原料的共性要求與其各自特點(diǎn)

2.1管材的原料要求

按照國(guó)家和國(guó)際的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)冷熱水用塑料管材和塑料管件的原料，必須是按照GB/T18252—2000 《塑料管道系統(tǒng)用外推法對(duì)熱塑性塑料管材長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度的測(cè)定》中規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)而通過(guò)合格判定的管道專用料。也就是說(shuō)，每個(gè)原料生產(chǎn)廠家必須按管材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)做出滿足預(yù)測(cè)強(qiáng)度參照曲線的蠕變破壞曲線，才能證明所銷售的原料是合格的。僅作110℃、8760小時(shí)的靜液壓狀態(tài)下熱穩(wěn)定性一個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)是不能證明管材原料是否合格的。到目前為止，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售的熱水管原料具有符合標(biāo)準(zhǔn)的蠕變破壞曲線的廠商，PP-R僅有國(guó)際上著名的北歐化工、巴塞爾、帝斯曼等幾個(gè)廠家；PE-RT只有美國(guó)的陶氏化學(xué)具有；PB也只有殼牌公司具備。到目前為止，其它廠家的原料和PE-X、PP-B的品種均未見(jiàn)到符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的合格判定。如果不知原料產(chǎn)品是否合格，也就相當(dāng)于水泥沒(méi)有確定標(biāo)號(hào)一樣，使用強(qiáng)度不能確定。不管采用那個(gè)品種管材鋪設(shè)地暖，只有使用符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的原料，并且生產(chǎn)設(shè)備和工藝合理而生產(chǎn)出的合格管材，通過(guò)正確地設(shè)計(jì)、安裝和使用，才能可靠地保證地板輻射采暖用塑料管材使用壽命五十年。

2.2不同管材品種各自的特點(diǎn)：

PE-X：國(guó)內(nèi)生產(chǎn)一般采用中密度聚乙烯或高密度聚乙烯與硅烷交聯(lián)或過(guò)氧化物交聯(lián)的方法。就是在聚乙烯的線性長(zhǎng)分子鏈之間進(jìn)行化學(xué)鍵連接，形成立體網(wǎng)狀分子鏈結(jié)構(gòu)。相對(duì)一般的聚乙烯而言，提高了拉伸強(qiáng)度、耐熱性、抗老化性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性和尺寸穩(wěn)定性等性能。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程屬于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。該品種具有交聯(lián)劑不易分散均勻，交聯(lián)度較難控制一致和需要定時(shí)清理螺桿以防止產(chǎn)生凝膠顆粒等難點(diǎn)，產(chǎn)品的質(zhì)量控制難度較大，一般的小型生產(chǎn)企業(yè)難以做好。合格PE-X管材具有力學(xué)性能好、耐高溫和低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。但是，PE-X管材沒(méi)有熱塑性能，不能用熱熔焊接的方法連接和修復(fù)。

PP-B：耐低溫性能好、彎曲模量高、連接性能優(yōu)越和原料成本低。但在地板輻射采暖系統(tǒng)0.6MPa的設(shè)計(jì)壓力下需要選用S3.2系列的管材（PE-X、PP-R、PB和PE-RT等均需選S5），de20的管材壁厚為2.8mm，內(nèi)徑相對(duì)于PE-X、PP-R、PB和PE-RT品種減小1.6mm。耐熱性能相對(duì)其它產(chǎn)品而言較差。原料廠家目前還沒(méi)有做出蠕變破壞曲線。

PP-R:耐高溫性能好、力學(xué)性能好和連接性能優(yōu)越。歐洲有幾家公司的原料具有合格的蠕變破壞曲線。但耐低溫沖擊性能較差。

PB: 耐蠕變性能和力學(xué)性能優(yōu)越，幾種管材中最柔軟，相同的設(shè)計(jì)壓力下設(shè)計(jì)計(jì)算壁厚最薄。在同樣的使用條件下，相同的壁厚系列的管材，該品種的使用安全性最高。但原料價(jià)格最高，是其它品種的一倍以上，當(dāng)前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用面積較少。

PE-RT: 該原料是一種力學(xué)性能十分穩(wěn)定的中密度聚乙烯，由乙烯和辛烯的單體經(jīng)茂金屬催化共聚而成。它所特有的乙烯主鏈和辛烯短支鏈結(jié)構(gòu)，使之同時(shí)具有乙烯優(yōu)越的韌性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性能、耐低溫沖擊、杰出的長(zhǎng)期耐水壓性能和辛烯的耐熱蠕變性能?？梢杂脽崛圻B接方法連接，遭到意外損壞也可以用管件熱熔連接修復(fù)。原料具有符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的蠕變破壞曲線，是聚乙烯中現(xiàn)階段唯一不需交聯(lián)就可用于熱水管的一個(gè)品種。但其加工范圍較窄，質(zhì)量控制較難。

  • 產(chǎn)品的性能對(duì)比與選擇

3.1 因?yàn)椴膳到y(tǒng)不是在恒溫狀態(tài)下長(zhǎng)期使用,系統(tǒng)內(nèi)的水溫要隨著氣候的變化而升降，所以在ISO10508《冷熱水系統(tǒng)用熱塑性塑料管材和管件》標(biāo)準(zhǔn)中將塑料管的使用條件分為五個(gè)級(jí)別，地板輻射采暖屬于級(jí)別4，見(jiàn)表1。

表1使用條件級(jí)別

使用

級(jí)別

設(shè)計(jì)溫度

TD℃

在TD下的

時(shí)間 年

最高設(shè)計(jì)

溫度Tmax

在Tmax下的

時(shí)間 年

故障溫度

Tmal℃

在Tmal下的

時(shí)間 h

典型的應(yīng)

用領(lǐng)域

級(jí)別4

20

40

60

2.5

20

25

70℃

2.5

100

100

地板輻射采暖系統(tǒng)

注：當(dāng)TD，Tmax和Tmal超出本表所給出的值時(shí)，不適用本表。

所有取暖設(shè)備中，只能輸送水或經(jīng)處理的水作為熱的載體。

表中的年限數(shù)字是“加和”的關(guān)系，不是 “或”的關(guān)系。

3.2 由于在使用條件級(jí)別4條件下各個(gè)品種的設(shè)計(jì)應(yīng)力σD不同，所以在相同的設(shè)計(jì)壓力下應(yīng)選擇的管系列S值也不同，不同品種塑料管在給定設(shè)計(jì)壓力下應(yīng)選的管系列S值見(jiàn)表2。

表2各種塑料管材應(yīng)選管系列S值的對(duì)比

設(shè)計(jì)壓力PD

管系列S值1

PE-X

PP-B

PP-R

PB

PE-RT

0.4MPa

6.32

4

5

102

6.32

0.6MPa

6.32

3.2

5

82

5

0.8MPa

5

2

4

6.32

4

1.0MPa

4

-

3.2

5

3.2

注：1表中的S值是在使用條件級(jí)別4的情況下按其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所選。

2目前實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中，一般管系列S值最大選5。

3.3 需要驗(yàn)證產(chǎn)品力學(xué)性能的質(zhì)量控制點(diǎn)及對(duì)比見(jiàn)表3。

表3各種塑料管材的力學(xué)性能對(duì)比

性能

品種及

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)參數(shù)

實(shí) 驗(yàn) 方 法

靜液壓應(yīng)力，MPa

溫度，℃

實(shí)驗(yàn)時(shí)間，h

靜

液

壓

實(shí)

驗(yàn)

PE-X

GB/T18992-2003

12

20

1

GB/T6111

4.6

95

165

4.4

95

1000

2.5

110

8760

PP-B

GB/T18742-2002

16

20

1

GB/T6111

3.0

95

165

2.6

95

1000

1.4

110

8760

PP-R

GB/T18742-2002

16

20

1

GB/T6111

3.8

95

165

3.5

95

1000

1.9

110

8760

PB

GB/T××××

15.5

20

1

GB/T6111

6.2

95

165

6.0

95

1000

2.4

110

8760

PE-RT

CJ/T175-2002

10.0

20

1

GB/T6111

3.55

95

165

3.50

95

1000

1.9

110

8760

判定：不破裂、不滲漏。

3.4 各個(gè)品種塑料管材的物理和機(jī)械性能對(duì)比見(jiàn)表4。

表4塑料管材物理和機(jī)械性能的對(duì)比

項(xiàng)目

單位

PE-X

PP-B

PP-R

PE-RT

PB

密度

g/cm3

0.94

0.9

0.9

0.933

0.93

維卡軟化點(diǎn)

℃

123

150

135

122

113

導(dǎo)熱系數(shù)

W/m·K

0.4

0.24

0.24

0.4

0.22

熱膨脹系數(shù)

10－4/K

1.8

1.5

1.5

1.95

1.3

拉伸屈服強(qiáng)度

MPa

16

27

24

16.5

17

拉伸斷裂強(qiáng)度

MPa

20

21

19

34

33

斷裂伸長(zhǎng)率

%

＞500

＞630

＞500

＞800

＞125

彎曲模量

MPa

800

1100

810

550

彈性模量

MPa

580

350

可焊接

不能

能

能

能

能

連接方式

機(jī)械連接

焊接、機(jī)械

焊接、機(jī)械

焊接、機(jī)械

焊接、機(jī)械

3.5 在使用條件級(jí)別4的情況下，不同品種塑料管材的設(shè)計(jì)應(yīng)力見(jiàn)表5。

表5使用條件級(jí)別4情況下的設(shè)計(jì)應(yīng)力對(duì)比

品種

PE-X

PP-B

PP-R

PE-RT

PB

設(shè)計(jì)應(yīng)力σD，MPa

4.00

1.95

3.30

3.34

5.46

根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)和管值計(jì)算公式：

σD

Scalc = ———，

PD

式中Scalc—計(jì)算管值；

σD—設(shè)計(jì)應(yīng)力，MPa；

PD—設(shè)計(jì)壓力，MPa。

可以計(jì)算出在不同的設(shè)計(jì)壓力下，各個(gè)管材品種的計(jì)算管值Scalc，再將數(shù)值向下圓整到接近的管系列S值，即可選取在設(shè)計(jì)壓力下的管系列S值。

例如，在使用條件級(jí)別4和設(shè)計(jì)壓力下0.9MPa的情況下，PE-X的計(jì)算管值Scalc為4.44，經(jīng)過(guò)圓整應(yīng)為S4。

3.6 從以上所述和各項(xiàng)對(duì)比可以看出，只要原料和制品兩個(gè)方面同時(shí)滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，五個(gè)品種都能可靠地應(yīng)用在地板輻射采暖系統(tǒng)中，只是相同設(shè)計(jì)壓力下管材壁厚不同，還有施工的效率和難易程度不同。

PE-X是目前歐洲在地板輻射采暖系統(tǒng)中使用量最大的一個(gè)品種。歐洲一些國(guó)家在生產(chǎn)與應(yīng)用PE-X方面有很好的控制方法和幾十年的管理經(jīng)驗(yàn)，原料選用巴斯夫、北歐化工等幾個(gè)國(guó)際上著名的化工公司的產(chǎn)品，設(shè)備根據(jù)所選用廠家的原料的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。但是，值得注意的是目前國(guó)內(nèi)外的原料生產(chǎn)廠商還沒(méi)有進(jìn)行產(chǎn)品的合格驗(yàn)證，原料價(jià)格相差較大，國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)廠家對(duì)原料的隨意選用，使得產(chǎn)品質(zhì)量不易保證，該品種在選擇低價(jià)位產(chǎn)品的應(yīng)用方面存在著一定風(fēng)險(xiǎn)。

PP-B在韓國(guó)的壁掛式加熱爐地板輻射采暖系統(tǒng)中應(yīng)用較為普遍，因其系統(tǒng)的壓力較低，0.3MPa時(shí)僅需要設(shè)計(jì)管系列S6.3的管材，一般都選擇管系列S5的管材，所以在韓國(guó)國(guó)內(nèi)的使用過(guò)程中不易出現(xiàn)問(wèn)題。目前該品種的原料也沒(méi)有通過(guò)合格驗(yàn)證的生產(chǎn)廠家，其設(shè)計(jì)應(yīng)力在五個(gè)品種中最低，彎曲模量卻最高，鋪設(shè)難度也相對(duì)較大。不適合使用壓力較高的地板輻射采暖用管等熱水管道，但該品種卻是理想的冷水用管。

PP-R、PB和PE-RT這三個(gè)品種都有不同的廠家具有符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的蠕變破壞曲線，這是熱水管材能夠可靠使用五十年的基本前提。

PP-R是目前生活熱水用管與散熱器系統(tǒng)用管的一個(gè)理想產(chǎn)品。由于其耐低溫沖擊性能和柔性較差，使得在地板輻射采暖用管方面應(yīng)用較少，鋪設(shè)時(shí)需要在管材中流通熱水。但用于地板輻射采暖主管道和其它熱水管道在系統(tǒng)可靠性和使用壽命方面，產(chǎn)品質(zhì)量合格的管材是非常優(yōu)越的。

PB是目前塑料熱水管中在相同使用條件下設(shè)計(jì)應(yīng)力最大的一個(gè)品種。比如在地板輻射采暖的使用條件下，0.6MPa系統(tǒng)壓力計(jì)算管系列的值應(yīng)該選擇S8，de20的壁厚數(shù)值才1.3mm，但因系統(tǒng)的連接要求與施工中劃傷損害等問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)和選用中一般為S5系列。由此可以看出，PB管材的使用壽命相對(duì)同S系列其它塑料管材而言，要過(guò)剩的多。該產(chǎn)品是當(dāng)前幾種用于熱水的塑料管中價(jià)格最貴和可靠性最高的品種。

PE-RT品種在0.6MPa設(shè)計(jì)壓力下使用時(shí)應(yīng)選擇管系列S5,在實(shí)際應(yīng)用中與PE-X、PP-R和PB相同。它具有可以熱熔連接、原料性能穩(wěn)定可靠和柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，該產(chǎn)品的彎曲模量數(shù)值不到PE-X的70%。PE-RT塑料管為地板輻射采暖領(lǐng)域所選用管材增加了一個(gè)新品種，其綜合的優(yōu)良特性使之在地板輻射采暖領(lǐng)域中具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

  • PE-RT的發(fā)展趨勢(shì)

PE-RT原料不但具有合格的蠕變破壞曲線，而且其管材價(jià)格適中，在地板輻射采暖系統(tǒng)的施工時(shí)，相對(duì)PE-X、PP-B、PP-R而言方便快捷。連接型式屬于現(xiàn)階段最可靠的相同材質(zhì)的管材與管件本體互熔的熱熔連接方式，管件部位的孔徑大于相同規(guī)格管材的內(nèi)徑。在系統(tǒng)中因?yàn)闆](méi)有局部縮徑的機(jī)械聯(lián)接方式，所以系統(tǒng)流體阻力相對(duì)較小。

因?yàn)镻E-RT管材在現(xiàn)階段作為熱水管使用所具有的優(yōu)勢(shì)，所以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在只有一家公司生產(chǎn)該產(chǎn)品的情況下，也將其產(chǎn)品原料的預(yù)期強(qiáng)度要求作為制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而立項(xiàng)，其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ISO/AWI24033，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的英文名稱為Polyethylene of raised temperature resistance (PE-RT) pipes — Effect of time and temperature on the expected strength。從這一點(diǎn)上也充分說(shuō)明了PE-RT作為管道產(chǎn)品在國(guó)際上是很受重視和具有發(fā)展前途的。

  • 塑料熱水管的系統(tǒng)適應(yīng)性

塑料管道熱熔連接方法的系統(tǒng)適應(yīng)性試驗(yàn)只需做耐內(nèi)壓試驗(yàn)和熱循環(huán)試驗(yàn)兩項(xiàng)，而機(jī)械連接方法的塑料管道則需要做耐內(nèi)壓試驗(yàn)、熱循環(huán)試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、耐拉拔試驗(yàn)、循環(huán)壓力沖擊試驗(yàn)和真空試驗(yàn)的六項(xiàng)試驗(yàn)。由此看出塑料管道的熱熔連接方法在滿足管道系統(tǒng)要求方面要優(yōu)于機(jī)械連接。另一方面，S5系列de20的管材熱熔連接時(shí)的連接部位管件最小內(nèi)徑為20mm，機(jī)械連接時(shí)的連接部位最小內(nèi)徑為9mm，由此看出，機(jī)械連接的連接部位的流體局部阻力要大于熱熔連接，并且容易造成堵塞。

在地面下鋪設(shè)的塑料管，運(yùn)行中不可避免地會(huì)出現(xiàn)因施工損傷、裝修過(guò)程中損壞等情況造成的滲漏現(xiàn)象，用熱熔連接的方法修復(fù)可以保證修復(fù)點(diǎn)的壽命與整個(gè)系統(tǒng)壽命同步，用機(jī)械連接的方法就不容易做到這一點(diǎn)。

在熱水塑料管道系統(tǒng)中，使用溫度連續(xù)超過(guò)設(shè)計(jì)溫度10℃，相同使用壓力下，使用壽命縮短2.5倍；反之，使用溫度低于設(shè)計(jì)溫度10℃，相同使用壓力下，使用壽命延長(zhǎng)2.5倍。另外，使用壓力超出設(shè)計(jì)壓力時(shí)對(duì)塑料管的損害更大。所以采暖管道系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，要盡量避免在超過(guò)設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力狀態(tài)下運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

孫遜. 聚烯烴管道. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

發(fā)布：2007-07-28 13:53    編輯：泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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