深度解析低温热水地暖管材

       一般说来，低温地板辐射采暖系统与建筑物同寿命(50年以上)，并且其隐蔽部分在50年中是免维护的(人为因素除外)，但这50年的寿命主要取决于 加热管的寿命。目前，塑料管材的种类、品质繁多，性能各异，是不是所有的塑料管材都能保证这一点呢？这已成为各国在学术上极为关注的问题。

由于低温地板辐射采暖工程属于隐蔽工程，加之系统中通过的是60摄氏度的热水，这就意味着当加热管由于质量问题出现爆管时，建筑物的地面也就随 之被破坏，损失巨大。因此，用于低温地板辐射采暖系统的加热管比普通建筑用的塑料管有着更高的要求：系统对加热管的种类、品质、制造工艺、质量都要进行更 严格的选择。只有这样低温地板辐射采暖系统50年的寿命才能得以实现。
 

目前，市场上可用于低温地板辐射采暖的管材主要有PE-X管(交联聚乙烯管)、PP-R管(三型无规共聚聚丙烯管)、PERT管(耐高温聚乙烯 管)、PB管(聚丁烯管)，铝塑管等，这几种管材在低温地板辐射采暖系统中都有应用，并且各有特点。其他的塑料管材如CPVC、PPH、ABS、PE等由 于性能无法满足低温地板辐射采暖系统的要求而不能应用。尽管铝塑复合管在《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》中也被列入可用管材，但由于铝塑复合管中的 复合剂-热熔胶的抗老化性能是一个未知数，无法确定其使用寿命，因此，最好不用。
 

加热管材的性能指标是一个完整的指标体系，不能就其某一个指标来判定能否在低温地板辐射采暖工程中使用，能否保证其有50年的寿命。有些企业只 对产品做一些短期的物理检测，就声称可以使用50年，这是不科学的。有些企业在不说明保证多长寿命的情况下称其产品能耐多高的温度也是没有意义的。应该对 管材的压力指标、温度指标、使用时间等指标综合评价才是科学的、有意义的。实际上塑料管材在相同的压力下，工作温度不同，其寿命不同；在相同的温度下，压 力不同，寿命不同。但是，50年的寿命是不可能通过实际的实验方法来验证的。因此，在国际ISO9080标准中提出了“时温等效变换法”的验证方法来证明 这一点，其方法是：通过提高实验温度和实验压力求得寿命来推算低温使用条件下管材的实际寿命。由测试温度与实际使用温度之间的温差⊿T确定外推因子Ke， 实验得到的最大试验时间Tmax和Ke的乘积就是容许外推计算所能达到的最长寿命。
 

根据塑料管材的性能评价原理，我国化学建材检测中心以及国内的一些大型塑料管材厂家从2001年开始对塑料管材进行8760试验。这项试验是对塑料管材使用寿命综合评价的重要方法，作为低温地板辐射采暖系统用加热管，首当其冲应通过这项试验的考核。
 

这项试验需要将实验温度选为110摄氏度，根据时温等效变换法，将实验时间设为8760小时，因为8760小时为一年，当使用温度为70摄氏度 时，温差为40摄氏度，外推因子为50，从而可推算出在70摄氏度条件下的使用寿命为：50×8760=438000(小时)，正好为50年。
 

相关数据显示，PE-X管具有最好的耐热强度。从这个意义上讲，在低温地板采暖系统中选择PE-X管作为加热管是科学的。同时，在上述几种管材中PE-X管也是较便宜的，因此，在低温地板采暖系统中选择PE-X管作为加热管也是最经济的。
 

有关这一点我们还可以从几种管材的蠕变特性曲线中看出。蠕变特性曲线是管材长期抗应力和耐高温性能的综合体现，最实际地反映了管材的使用寿命。 从四种管材的蠕变特性曲线中可以得出：PE-X管从高温到低温、从1年到100年的范围内，都没有出现拐点(即环应力的急剧下降)。随着时间的增加，同一 温度下的PE-X管的环应力下降得很小(与其它几种管材相比)；不同温度下，环应力下降程度也较其它几种管材小得多。从中可以得出结论：PE-X管能很好 地适应高温度、高压力下的长期使用。其它几种管材在高于60摄氏度时，均在不同的时间段(最长的仅为十几年，最短的不到一年)出现环应力急剧下降的拐点， 随着温度的提高，出现拐点的时间大大提前。PERT在高温情况下，14年左右就出现了拐点；PB虽应力水平较高，但其从高温到低温都出现了拐点，如在90 摄氏度下2000小时(不到三个月)左右就出现了拐点；ppr管在70摄氏度以上时也较早出现了拐点。拐点的出现与否和早晚是管材的抗蠕变性能高低的一个 重要反映，也是管材寿命的重要反映。为什么会出现这种情况呢？我们知道，高分子塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两种。从理论上讲，热塑性塑料是一种熔体， 它没有固定的熔点，成型后还可熔化，它的蠕变期较短。而热固性塑料属晶体，成型后不会熔化，它的蠕变期非常长，在100年中性能几乎不变。在目前常用的塑 料管材中，PP-R、PERT、PB属于热塑性塑料，而PE-X(交联聚乙烯)属于热固性塑料。
 

PE-X(交联聚乙烯)是由高密度聚乙烯(PE)加入交联剂或在射线辐照下，在一定的条件下大分子链形成游离基相互连接形成平面或立体网状结构而形成的。其方法有三种，一是硅烷交联法；二是过氧化物交联法；三是辐射交联法。
 

       三种交联方法的实现条件及产品的优缺点分析如下：一、硅烷交联法是在聚乙烯中加入硅烷剂，成型后在水解过程中完成立体网状的交联过程，这种交联 方法所要求的条件较低，只要有水和一定温度就可完成，即使在使用中也可继续交联直到达到饱和交联，所形成的PE-X为立体网状结构。硅烷交联从工艺上分为 一步法和二步法工艺，其原料的保管与包装要求较高，否则，原料在保管期就有可能发生预交联而报废，同时原料的保管期很短(6个月)。硅烷交联法是一个先成 型后交联的过程。其产品特点是表面强度和拉伸强度较高，但耐水性较差，产品交联度会随时间游动。这种方法所形成的产品称为PE-Xb。二、过氧化物交联法 是在聚乙烯中加入过氧化物交联剂，在一定温度(230摄氏度)的作用下逐渐完成平面网状的交联过程。这种交联方法所要求的交联条件较高，一旦成型后交联度 不会发生变化。它是一个先交联后成型的过程。其产品特点是表面光洁度好，柔韧度好，但耐酸性差。这种方法所形成的产品称为PE-Xa。三、辐照交联法是一 个物理交联方法，与前相比不同是在交联过程中勿需化合物的参与，它是将由高密度聚乙烯成型的管材产品经αβγ射线或电子束辐照后，使聚乙烯大分子主链形成 新的游离基，游离基间再结合即形成交联。这种交联方法所要求的条件极高，交联非常稳定，但它有一个特点：产品表皮交联度高，随着深度增加，交联度越来越 低。此方法不宜生产壁厚过厚的产品，所形成的产品称为PE-Xc。


责任编辑/王丹