地暖PE-RT管材质量影响因素分析

    耐热聚乙烯（PE-RT）管材主要用于低温地板辐射采暖系统，近年来在国内得到迅速发展。经过合格论证的原材料从第一代的PE-RTI型陶氏Dowlex2344，SKDX800、LGSP980、大林XP9000，发展到强度更高、长期耐热性能更佳的PE-RTII型原料：Dowlex2388、巴塞尔4731B、欧洲道达尔XRT70、LG988、SKDX900。目前国内石化企业开发的PE-RT原料也在论证之中。共聚单体也不再局限于辛烯共聚，现在共聚单体有己烯、丁烯。PE-RT管材年产量在国内近10万吨，生产线近千条。耐热聚乙烯（PE-RT）管材由于用于隐蔽工程，用户倍加重视其质量。如何控制质量？如何正确选用耐热聚乙烯（PE-RT）地暖管？笔者希望通过就影响产品质量相关因素分析，为同行及用户提供参考。

    影响耐热聚乙烯（PE-RT）地暖管的使用及安装性能主要有强度，尤其高温下的长期静液压强度；热稳定性；管材外径、壁厚；管材外观等，其中热稳定性以及高温下长期静液压强度最为重要。影响这些因素的有原材料、设备、模具、生产工艺等。

    一、原材料

    原材料是管材高温下长期静液压强度及热稳定性两项重要性能的决定性因素。高分子物理有个重要原理：结构决定性能。高分子材料专业人员都清楚，普通聚乙烯管道包括PE100管材，虽然其分子量很高，熔指也很低，但它的应用温度范围限制在45℃以下，这是由普通聚乙烯的线性分子结构决定的。耐热聚乙烯是通过分子设计，在聚乙烯的线性分子链段上按一定规律分布相应长度的共聚单体支链，在分子结晶中无定型区域中形成一定数量的“网状接点”，类似于热塑性橡胶，从而使得耐热聚乙烯即使其分子量不一定高于PE100，但大幅提高聚乙烯高温下的蠕变性能，提高其高温下的长期耐压性能。合格的PE-RTI型和PE-RTII型耐热聚乙烯必须通过相关论证，其长期静液压蠕变曲线必须符合相关标准曲线。

    管材的静液压性能检测及热稳定性试验，是用来验证所生产管材的几个典型点的性能指标是否达到标准曲线相应点的规定值，即合格的原料性能在加工过程中是否转移成管材性能。这是用来验证管道生产厂家生产设备、模具、工艺控制是否合适，而不能够说明所用原料是否合格。PE-RT原料供应商必须提供其原料的论证曲线，而不是管材的型式试验及热稳定试验报告。  

    值得注意的是PE-RT管材市场竞争激烈，少数企业甚至包括部分规模企业为谋求暴利，采用薄膜料或薄膜料掺PE-RT料以及普通LLDPE掺PE-RT料生产PE-RT管，而且这种用料方法在行业内有愈演愈烈的趋势。该种管材短期静液压强度有可能通过检测，但其长期静液压强度不一定能通过，考察管材长期使用性能的热稳定试验则通过检测的可能性为零。这种管材为用户今后地暖系统的运行，留下极大隐患，值得大家留意。通过短期液压检测无法判别管材用料真伪，但目前国内销售的合格的每一个牌号的PE-RT，由于其结晶度，配比体系不一样，其表面特征各有特色，用户可通过表面特征如透明度，色泽等的比较来判别管材用料。有条件用户可将管材寄到原料供应商处，让其协助分析，据了解LG公司，陶氏公司目前可提供该项服务。有一点值得提醒的是不少用假料企业生产有色管如乳白色，红色，蓝色，其目的就是为了遮盖其假料的特征色，另从相关权威检测机构了解到，有色管市场抽检不合格率高达50%以上。从标准角度来说，用以生产PE-RT管材的原料必须用混配料，在加工过程中不允许添加任何加工助剂和辅料，包括色母料。考虑到国内目前PE-RT原料基本以本色料供应，因而在国家标准报批稿中明确了PE-RT地暖管宜本色。

    二、设备

    合格PE-RT原料不一定能生产合格PE-RT管材，设备对管材性能存在较大影响。设备包括挤出机、真空冷却箱、冷却水箱、牵引机、切割机以及盘管设备、喷码机等。挤出机对管材内在性能影响较大，尤其螺杆结构，必须要适合PE-RT高粘度等特性，在保证高效前提下，塑化良好并且不会产生过度剪切造成分子链的降解。塑化不好以及过度剪切都可能造成管材性能劣化，如静液压强度显著下降，管材耐老化性下降等。一般PE-RT管材挤出机建议采用BM型结合销钉并且均化段螺槽较深螺杆，这种螺杆结构具有塑化能力强，塑化均匀，而且剪切小。真空冷却箱和冷却水箱，设计要确保管材冷却均匀并且足够流量以确保冷却充分，否则所生产的管材椭圆度大，管材纵横向壁厚不均匀等现象。小口径PE-RT管材壁厚较薄，考虑到冷却均匀性，建议采用水浸式真空箱。对于水浸式真空箱，应考虑设计消除附在管材表面的气泡装置。由于真空箱中管材较软，附在管材表面气泡破裂后会在管材表面形成凹坑，虽然不影响管材机械强度，但密密麻麻的凹坑必然影响管材外观而影响销售。牵引机要具有调节压紧力或调整间距功能，以防止所生产管材椭圆度偏大；同时牵引机应运行平稳，可无级调速，以确保壁厚均匀以及可调。

    三、模具

    模具包括模具体、口模芯棒以及定径套。模具设计对管材机械强度，壁厚外观以及生产效率具有重要影响。模具体可以有螺旋式、支架式、蓝式结构。考虑到PE-RT粘性大，建议用螺旋式或支架式模头体。支架式模具体要注意的是压缩比要足够大，一般要超过10，而且从支架处到口模平直段过渡要平缓，斜角控制在30°以内。在模头体与料筒之间应装过滤孔板及80目以上过滤网，过滤板和过滤网应便于更换，以确保影响产品质量的杂质不进入管材中。口模和芯棒尺寸设定也会对产品质量产生较大影响。由于PE-RT物料粘度大，剪切大，因而口模芯棒间隙要大，否则会由于模具中熔体流动不稳定造成生产薄壁管时壁厚不均匀。一般PE-RT口模内径为管材外径的1.4倍。芯棒尺寸，国内设备模具厂家一般按拉伸比即口模与芯棒之间截面积和管材截面积之比值或口模芯棒间隙与管材壁厚比例来计算确定。笔者经过多年探索，认为用拉伸平衡比（口模内径与管材外径比值和芯棒外径与管材内径比值之比）来确定芯棒尺寸更为合理，拉伸平衡比要求在1和1.05之间。拉伸平衡比过大或过小，都会导致管材外观粗糙，壁厚不均匀以及生产不稳定。拉伸平衡比值确定与具体工艺相关。

    定径套不仅影响管材外径、椭圆度等，也影响管材壁厚均匀性。定径套设计原则：冷却效果好；摩擦力小。加强冷却效果主要加大水流量循环；而降低摩擦力一般采取减少接触面，如采用碟片，减少定径套长度，定径套电镀处理或设计一种水环结构，使定径套表面在生产过程中形成一层均匀水膜，这样生产过程中管材熔胚不和金属定径套接触而是和水膜接触。国内PE-RT定径套按结构分主要有三种：水帘式的类似PP-R结构铜定径套；水环式铜定径套结合碟片式组合结构；纯碟片式结构。水帘式PP-R结构定径套一般用于喷淋式真空定径系统，冷却效果差，摩擦力大，适合慢速生产，用于快速生产壁厚波动较大，所生产管材表面粗糙；水环式铜定径套结合碟片式组合结构一般用于水浸式真空定径系统，冷却效果好，生产过程中形成水膜润滑，摩擦力小适合快速生产，管材表面光亮，据了解目前PE-RT国内某厂家采用该种定径套正常稳定生产速度已达40米/分钟；纯碟片式定径套结构一般用于喷淋式真空箱，而定径套则在真空箱前面的密封的水浸玻璃筒内，该种定径套摩擦力小，但由于水流量不宜大，因而冷却效果较差，一般适合中等速度，10米～20米/分钟，管材表面经常用纵向条纹，该定径套生产PE-RT管，如生产速度快废次品率高。

    四、生产工艺

    原料、设备、模具等是PE-RT管材生产必备的硬件，生产工艺是PE-RT管材生产的软件。现在不少厂家在硬件上投入不少，但缺乏软件，缺 乏制定合适生产工艺的人才，所以往往进口设备、模具，采用优异原材料却生产不出合格产品或者废次品率高，质量不稳定或低效率生产。笔者就在某厂家看到一条 进口800多万元的生产线，生产PE-RT管材速度仅6米/分，而其原因就是料筒一段温度设定不当，而调整合理后达到25米/分。工艺随设备，模具，原材 料以及水质等变化而变化。生产工艺内容包括原材料预处理、料筒模具各段温度、螺杆速度、牵引速度、气压、真空箱真空度、冷却水温、冷却水流量、冷却水水质 等。只有严格依据所具有的硬件，制定合适工艺，才能生产出合格管材。    

    要生产出合格的耐热聚乙烯（PE-RT）管材必须严格选用原材料、设备并设计合适的模具，并在此基础上严格控制相关工艺参数。但值得注意的 是生产过程中通过各个环节严格控制生产出的合格管材并不能保证管材在管道系统中毫无问题，要确保PE-RT管材在系统中在50年的设计使用寿命内，正常运 行并达到用户使用要求，还有赖于正确的系统设计，规范的施工及验收、相适应的配件配套、售后服务以及用户在设计的使用条件（温度、压力）下应用。