发表于2017年02月06日
早期的地板采暖均采用钢管和铜管,其特点是:埋管接头多,施工难度大且渗露无法彻底解决;管道胀力大,易胀裂地面;管材寿命短,可靠性低。随着塑料工业的发展,经过特殊处理和加工的新型塑料管已能满足地板采暖对管材耐高温、承压高和耐老化的要求,而且管道长度可以按设计要求截取,进管部分无接头,杜绝了埋地管道的渗漏;易变曲,易施工。因此塑料管在地板采暖中的应用,使地板采暖产业逐渐兴起。
目前,地板采暖比较常用的塑料管有交联聚乙烯塑料管(PE-XA、PE-XB、PE-XC)、交联铝塑复合管、聚丁烯管(PB)、改性聚丙烯管(PPR):
一.交联聚乙烯管材
聚乙烯塑料在工农业及日常生活中应用十分普遍,但耐热性、机械强度、耐老化性等较低,从而限制了聚乙烯塑料在许多领域中的应用,为了提高其性能将聚乙烯交联是最好的方法。所谓交联即是通过化学物质或高能射线将线型或轻度支链型的高分子转化为网状的分子结构,在分子间架起化学键。经交联的聚乙烯不仅提高了耐热性、耐磨性、机械强度,而且提高了耐环境应力开裂性和抗蠕变性等,增加了使用寿命。采用交联聚乙烯工艺制造的管材为交联聚乙烯管材(PE–X)。
目前工业化常用的聚乙烯交联方法有两种,即物理(辐照)交联和化学交联,PE–X管材的生产为化学交联法,在化学交联中又分为过氧化物交联和硅烷交联,在硅烷交联中又有一步法和两步法两种。
1.氧化物交联的聚乙烯管材为PE-XA。
2.硅烷交联的聚乙烯管材为PE-XB。
3.物理(辐照)交联的聚乙烯管材为PE-XC。
这三种方法,前两种是化学交联法,即通过添加反应能力极强的化学制剂实现的;而后一种为物理交联法,则不用化学添加剂,这种方法不仅有利于提高管子的耐用性,而且避免了化学制剂对土壤和地下水的污染。
管材的命名:
其中PE为聚乙烯,X为交联(cross linking),A为过氧化物交联,B硅烷交联,C为物理交联(辐射交联、也称辐照交联)。
PE-Xa管(有机过氧化物交联聚乙烯(化学交联))与PE-Xb管(硅烷-水交联聚乙烯(化学交联))从名称上看似乎很是相同,然而由于这两种物质的大分子结构不同,大分子键型有别,两种PEX管的性能表现上就各有千秋了,主要表现在耐热性能(热强度)、抗蠕变能力和抗应力开裂性存在一定差异。一般来说,大分子结构中,二维网状结构的大分子,其热运动比较容易,三维体型结构的大分子,其热运动稍难。PEXa的大分子以二维网状结构为主,而PEXb的大分子则以三维体型结构为主。因此,当采用同一种聚乙烯做基础原料,当交联度相同时,PEXb的耐热性能、抗蠕变能力和抗应力开裂性要高于PEXa。
国际标准ISO/DIS15875和先进标准DIN16892对PEX管的交联度规定如下:
1、 PEXa ≥ 70%
2、 PEXb ≥ 65%
只有达到以上交联度和通过8760小时检测产品才算合格,
20℃ 12Mpa ≥1h
95℃ 4.8Mpa ≥1h
95℃ 4.6Mpa ≥165h
95℃ 4.4Mpa ≥1000h
110℃ 2.5Mpa ≥8760h
另外,PE-Xa管与PE-Xb管生产工艺也不尽相同,PEX-a管一般采用活塞挤出式生产工艺生产,这一传统工艺很可能造成管材分子结构和壁厚不均匀,而PEX-b管一般采用螺旋式挤出生产工艺生产分子结构与壁厚相对均匀。同时PEX-b下线后需经过24小时的高温蒸煮方可包装如库,这样大大缓解了塑料管材的纵向缩聚反应。
目前国内用于地面辐射采暖的管材主要有PE-Xa,PE-Xb,PE-Xc,PE-RT。也有少数使用PPR和PB管材。随着各种管材在地板辐射采暖实际应用中的性能和效果,PE-Xb(硅烷交联聚乙烯管),PPR(无规共聚聚丙烯管)和其他管材相比较的劣势日渐突出。现在已基本上淡出地面采暖市场。PE-Xa(过氧化交联聚乙烯管),PB(聚丁烯管)和PE-RT(耐热非交联聚乙烯管)成为人们的首选目标。
1.从导热系数来看,
PE-Xa,PE-Xb,PE-RT为0.4w/m.k,PB为 0.22w/m.k,PPR为0.23w/m.k.地板采暖用管材需要良好的导热性,才能加热速度更快,相应地采暖运行费用也比较低,节约能源 。从导热性来看,PE-Xa,PE-Xb,PE-RT比较适合地面采暖用。
2.管材的柔韧性。
管材的柔韧性能也是衡量管材优劣的重要指标。 PE-Xa与PE-RT柔韧性比较好,便于施工。PE-Xa化学键为碳-碳键(C-C)连接,热稳定性好。而 PE-Xb化学键为硅氧键连接(Si-O-Si)连接。稳定性逊色于PE-Xa。
3.从试验环应力来看。
PE-Xa相比较其他管材而言承压能力最强。
4.从下表中耐低温性能,低温抗冲击性和抗冻性三栏中可看出:低温脆化温度相差55摄氏度-60摄氏度,对地暖管材而言,冬季保护工作也是至关重要的。而我国北方大部分地区冬季最低温度都低于-15摄氏度,而PP-R管在-15摄氏度以下已脆化,极易损坏。
5.管材价格比较
目前市场上的PE-RT管材价格略高于PEX。PB管则比较最贵,价格成倍高于PEX。
综合以上来看,PE-Xa管材以其耐热性、耐压性高,性能稳定、价格低廉等优点,已成为地面采暖的首选管材。目前占我国采暖用管总量的75%左右,已有几十年的生产和应用历史。PE-RT管材在满足耐温性和弯曲性的基础上,拥有良好的质量稳定性。另外其便于连接的方式也降低了日后维修的成本,成为地暖管中的新星。
PB管: 被誉为塑料中的软黄金,耐蠕变性能和力学性能优越,几种地暖管材中最柔软,相同的设计压力下设计计算壁厚最薄。在同样的使用条件下,相同的壁厚系列的管材,该品种的使用安全性最高。但原料价格最高,是其它品种的一倍以上,当前在国内应用面积较少。
PE-RT: 该地暖原料是一种力学性能十分稳定的中密度聚乙烯,由乙烯和辛烯的单体经茂金属催化共聚而成。它所特有的乙烯主链和辛烯短支链结构,使之同时具有乙烯优越的韧性、耐应力开裂性能、耐低温冲击、杰出的长期耐水压性能和辛烯的耐热蠕变性能。可以用热熔连接方法连接,遭到意外损坏也可以用管件热熔连接修复。地暖原料具有符合产品标准的蠕变破坏曲线,是聚乙烯中现阶段唯一不需交联就可用于热水管的一个品种。
地暖管材料的要求:
按照国家和国际的产品标准要求,生产冷热水用塑料管材和塑料管件的原料,必须是按照GB/T18252—2000 《塑料管道系统用外推法对热塑性塑料管材长期静液压强度的测定》中规定进行试验而通过合格判定的管道专用料。也就是说,每个原料生产厂家必须按地暖管材产品标准做出满足预测强度参照曲线的蠕变破坏曲线,才能证明所销售的原料是合格的。仅做110℃、8760小时的静液压状态下热稳定性一个点的试验是不能证明管材原料是否合格的。如果不知原料产品是否合格,也就相当于水泥没有确定标号一样,使用强度不能确定。不管采用那个品种管材铺设地暖,只有使用符合产品标准要求的原料,并且生产设备和工艺合理而生产出的合格管材,通过正确地设计、安装和使用,才能可靠地保证地板辐射采暖用塑料管材使用寿命五十年。
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