Google 网上论坛
订阅 英国瑞恒生态建筑系统
电子邮件:
访问此论坛
Google
搜索www 搜索http://www.apipes.com
 

lead your life 引领你的生活  关于顶级建筑物室内生态环境的综合解决之道   引领世界生态建筑物室内环境综合解决方案

主页 供暖系统 热水锅炉 中央空调 空气处理机 水处理设备 建筑节能系统 电热除雾镜 电热毛巾架 典型工程 生态住宅专栏 合作与招商 工作机会 特惠商品推介 网上论坛 公告栏 English 网站地图

上一层 PEX管材性能 塑料管材选用

适用于地面供暖的PEX管材性能分析

 

    1 前言
   
随着国民经济水平的提高,建筑业的飞速发展,各种新型塑料管材如雨后春笋般发展起来,尤其是PE-X 管材,虽然国际上开发应用历史仅三十多年,进入我国市场才十年左右,但由于其性能优异,用途广泛,特别适用于建筑的冷热水管道对流供暖及低温热水地板辐射供暖用管,所以发展很快。
   
欧州是开发使用PE-X 管材最早、最多的地区,在建筑上水、热水以及地面供暖方面,PE-X管材的市场占有量已达65%,在亚洲,韩国、日本也有较高的使用率,韩国地面供暖用PE-X管材已达75%以上。北美、欧洲在地面供暖以前使用聚丁烯(PB)管材,现在大都使用PE-X管材。
   
目前,我国的PE-X管材生产线已达数百条。其中,从瑞士耐世隆(NEXTROM)公司进口一步法硅烷交联聚乙烯(PE-Xb)管材生产线8条,其中,北京华源亚太,河北昊龙、山东济钢、上海天奋、上海爱深、广东万家通等。从韩国进口过氧化物交联聚乙烯(PE-Xa)管材生产线上百条。国产硅烷交联聚乙烯管材一步法和两步法生产线上百条。其中,辐射交联聚乙烯PE-XC管材已由佛山经纬公司投产,并且,河北昊龙管业也已试制成功。
    PE-X
管材的应用虽然广泛,但目前主要用于低温热水地面辐射供暖用管和暖气连接管。
   
2交联聚乙烯
    2.1
聚乙烯交联的目的
   
聚乙烯是最大宗用于塑料制品的树脂之一,它的分子由线形分子链构成,当温度升高时,线形分子链之间的结合力(范德华力)就减弱,使材料发生形变,因此限制了聚乙烯的应用领域。为了提高聚乙烯的性能,许多学者研究了各种不同的改性方法,其中最成功的就是交联方法。所谓交联,即是通过高能射线或化学物质将线形或轻度支链形的聚合物转化为三维网状结构的聚合物。能够使聚合物产生交联的化学物质称为交联剂。交联聚乙烯是在聚乙烯分子链之间架起了化学键桥,使分子不能发生位移。这样可以显著地提高聚乙烯的耐热性、耐化学药品性、耐环境应力开裂性和机械强度等,使之成为一种综合性能优异的材料。
    2.2
聚乙烯交联的方法
   
目前工业化生产常用的聚乙烯交联有两种工艺,一种是物理交联,即辐射交联,另一种是化学交联,在化学交联中又可分为过氧化物交联和硅烷交联及偶氮交联。
   
3交联聚乙烯管材的生产技术
   
交联聚乙烯管材的生产方法主要有三种,第一种是过氧化物交联法,第二种是硅烷交联法,第三种是辐射交联,下面分述之。
    3.1
过氧化物交联聚乙烯(PE-Xa)管材
    a
、生产原理:
   
聚乙烯树脂采用过氧化物交联剂。常用的过氧化物为有机过氧化物,交联剂在高温、高压下,分解成活性游离基。这些游离基使聚乙烯碳链上生成活性点,从而发生碳—碳交联,形成网状结构。
    b
、主要原料
    PE--Xa
管材生产用原料主要有:高密度聚乙烯树脂,常用的型号为韩国LG公司的XL1800或韩国湖南石化8100GX,树脂的密度为0.95g/cm3,熔体流动速度为0.01g/10min 左右。
   
交联剂为有机过氧化物,常用的为二叔丁基过氧化物(DTBP)抗氧剂可用1076,配以硫代二丙酸二十八酯(DSTDP)辐助抗氧剂。这些助剂进口的材料较好。
    c
、生产工艺
   
过氧化物法交联聚乙烯管材采用恩格尔法。
   
工艺过程说明:首先将粉料聚乙烯树脂与交联剂,抗氧剂等物料进行混合搅拌均匀后,加入柱塞式挤出机中,由柱塞将物料挤入转换器和模头,模头由口模和芯棒构成,采用油加热,温度比较稳定,温度控制在230-260℃,管材在此交联,经交联后的管材再经冷却、牵引、卷取为一定长度的成品。模头在使用前和使用一段时间后进行涂覆处理,涂层为聚四氟乙烯,亦称特氟隆。
    d
、生产工艺和产品的特点
    PE-Xa
管材设备投资较小,成本较其他两种PEXbPE-Xc管材低,但生产速度慢。
    PE-Xa
管较柔软,施工方便,但强度略低。
    3.2
硅烷交联聚乙烯(PE-Xb)管材
    1973
年英国道康宁公司(DOW Corning)开发了硅烷交联技术,它是利用含有双键的乙烯基硅烷在引发剂(通常为有机过氧化物)作用下,与熔融的聚合物反应,形成硅烷接技聚合物,该聚合物在催化剂作用下,于热水中进行水解交联,从而制成三维网状的硅氧(Si-o-si)烷键的交联结构。
     A
、生产方法
   
硅烷交联有两种不同的工艺,一种是由DOW Corning(道康宁)公司发明的两步法,或称为Siopias法,另一种为Nextrom(耐世隆)公司(原NOKia-Maillefer公司)和Bicc(英国绝缘电缆公司)开发的一步法,亦称Monosil法。一步法适于直接制成交联产品,两步法多用于制造半成品专用料。何为一步法和两步法,工艺过程如下:  

       
     Siopias
两步法

 

   
 

    Monosil一步法:

 

 

    两步法是将原料分别制成可交联的接技物料和抗氧催化母料,然后混合,挤出成型,水解交联,最终制成交联聚乙烯制品。
   
一步法是将所需的各种原材料一块配合,直接在挤出机中进行塑化接枝成型,然后水解交联,制成交联聚乙烯制品。
    B
、生产主要原材料
    a
、高密度聚乙烯树脂(HDPE
高密度聚乙烯树脂是生产PEX管材重要的原材料之一,应选择专用牌号,如德国BASF公司的5031Lx或韩国LG公司的XL6500,该树脂是乙烯共聚物,不但与硅烷的接枝率高,而且耐环境应力开裂性好。树脂的密度为0.95g/cm3,熔体流动速率为5-8g/10min,适用于高速挤出成型。国产设备生产的管材无论是一步法还是两步法均采用国产的高密度聚乙烯,为改善PE-Xb性能,加入部分线型低密度聚乙烯与之混合。
    b
、硅烷
  
常用的硅烷交联剂有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷,前者接枝反应比较快,多为一步法工艺所采用。两步法常用乙烯基三乙氧基硅烷,该种硅烷反应较慢,吸潮性较低。
    c
、引发剂
   
引发剂的作用是使聚乙烯树脂活化而产生自由基,以利用聚乙烯与硅烷进行接枝反应。引发剂为有机过氧化物。
    d
、催化剂
  
催化剂的作用是在接枝后的聚乙烯管进行水解交联时,能提高反应速度,缩短交联时间,常用有机锡化合物。
    e
、抗氧剂和抗铜剂
   
由于氧气存在我们的周围,塑料在加工制造及应用过程中不可避免要与氧接触,尤其在加热的状态下,会产生氧化降解现象,为抑制或延缓氧化降解作用则需加入抗氧剂,为抑制铜接头对管材的影响尚需加入一些抗铜剂。
    C
、生产工艺
    a
、一步法PE-Xb管材生产工艺
   
首先将高密度聚乙烯树脂进行干燥,以避免物料中的水份与硅烷进行反应,然后将干燥的树脂、硅烷交联体系、抗氧母料等原材料,经电脑控制自动准确计量加入到挤出机中,物料在挤出机中进行塑化并发生接枝反应,随螺杆的旋转推进到机头挤出成型胚,经真空定径以保证管材的外径尺寸,然后将成型的管材冷却定型,激光测径,用喷码机将产品名称、厂名、规格尺寸等标识打印在管材上,再经牵引机牵引、计长、切割、卷曲。接枝后的管材放入水解交联箱中进行交联,经检验合格后包装入库。

    b、两步法PE-Xb管材生产工艺
   
制备甲、乙两种组份颗粒
   
一般在大专院校或科研生产单位制备甲、乙两种组份颗粒,甲组份是将聚乙烯树脂,硅烷,引发剂按配方比例计量,混合搅拌均匀后,加入到挤出机中,塑化、挤出、风冷切粒,制成甲组份,即硅烷接枝颗粒料。另外,将树脂、抗氧剂、催化剂等按配方比例计量,混合搅拌均匀加入到挤出机中塑化造粒,制成乙组份,即为催化颗粒料。甲、乙两种颗粒应采用防潮包装,甲组份存放期一般为3-6个月,乙组份存放期较长。
   
挤出管材
   
将甲、乙两组份颗粒按一定比例(一般甲组份为95%,乙组份为5%)进行计量,混合搅拌均匀后,加入到普通PE挤管机中,物料经塑化成型、冷却、印字、牵引、卷曲,然后水解交联为管材成品。
   
生产工艺和产品的特点
   
生产工艺较PE-Xa管材复杂,设备投资略高些。工艺稳定,易操作,一步法生产速度快,牵引速度可达25m/min。产品耐热、耐压性高,壁厚均匀度好,刚性较PE-Xa管大些。
   
4 辐射交联聚乙烯(PE-Xc)管材
   
辐射化学是二十世纪六十年代初新兴的学科,七十年代中期辐射技术开始应用于生产。辐射交联聚乙烯大多用于电缆包覆及制备薄型制品,用于生产辐射交联聚乙烯管材是近年来才开发的产品。当前我国的PE-Xc 管材生产单位有广东省佛山经纬公司的“来保利”管,现已推向市场。河北昊龙管业有限公司已试制成功。
    4.1
辐射交联聚乙烯管材的生产技术。
   
辐射交联聚乙烯一般采用的辐射源有r辐射和β辐射。r辐射源为Co的同位素,常用于试验室研究。β辐射源为电子加速器,通常生产是采用加速器产生的电子束即β射线,聚乙烯受到辐射后产生自由基,然后发生碳—碳交联,制成交联聚乙烯制品。
    A
、可辐射交联聚乙烯树脂的制备。
   
树脂:一般采用有支链的高、中密度聚乙烯树脂。带支链的叔碳原子的氢受到辐射后脱氢,使之成为活性基团,发生碳—碳交联。
   
交联敏化剂:为降低辐射剂量,聚乙烯树脂中添加少量的交联敏化剂。
   
抗氧剂:为了加工工艺和管材使用中的需要,防止和降低树脂氧化降解,在树脂中加入一定量的抗氧剂。
   
其他助剂:根据产品的性能与加工需要,适量加入热稳定剂、润滑剂等。
   
将上述原料按一定比例混合搅拌均匀后挤出造粒。
    B
、管材的挤出成型
   
可辐射交联聚乙烯管材的生产与普通聚乙烯管材生产相同,但卷取时卷取在大轴上,使之长度不小于5000米,越长越好,便于辐射交联。
    C
、辐射交联
   
将大轴上的管材经过牵引到辐照室。在一定辐射剂量的电子束的作用下,管材发生了交联反应。辐射剂量因原料、配方及牵引速度的不同而不同。
    4. 2
生产工艺与产品的特点
    PE-Xc
管的生产工艺比较简单易操作,但设备投资大,生产环境应卫生性好。
    PE-Xc
性能要求与其他交联聚乙烯管材的性能要求基本相同,只是交联度不同;
    GB/T18992.2
2003标准中对几种PE-X管的交联度要求分别为:
PE
Xa70%
PE
Xb65%
PE
Xc60%
   
实际生产中PE-Xc管控制在65%左右。
   
其它性能要求相同。
    PE-Xc
管与PE-XaPE-Xb管相比,由于添加的助剂成分和数量较少,所以卫生性好。该管不足之处是纵向收缩率较高,一般为2%左右,而PE-Xa  管约为1.5% PE-Xb管约为1%
   
5交联聚乙烯管材的性能
    5.1交联聚乙烯管材的特性
   
由于交联聚乙烯管材的结构大部分是三维网状结构,此种结构的材料为热固性塑料,较普通聚乙烯和其他聚烯烃材料有较多优点:
    A
、优良的耐热性
    PE-X
管材具有良好的耐低温性和耐热性,PE-X的低温脆化温度为-70℃。脆化温度是指以具有一定能量的冲锤冲击试样时,破损试样率达到50%时的温度,所以-70℃非PE-X管材的使用温度,其使用温度应高于-70℃。PE-X管材耐热性好,维卡软化点为123℃,短时间使用温度可达到110℃,在≤70℃,压力0.8Mpa的使用条件下,可用50年。
    B
、抗蠕变性好,使用寿命长
   
蠕变性是指在一定应力作用下,材料的形变随着时间的延长而增加,PE-X管材在使用中,由于承受内压力,致使环向应变增大,而应力下降,随时间的推移环向应变增大,应力不断减少,从管材抗蠕变曲线中可以看出PE-X管材在50年中的下降很小,说明其抗蠕性好,使用寿命长。
    C
、耐环境应力开裂性(ESCR)好
   
经交联的聚乙烯管较普通聚乙烯管有较高的耐环境应力开裂性。
    D
、对氧气阻隔性好
   
交联聚乙烯管材的透氧率低
    20℃   0.8
×10-9 g/mbar
    55℃   3.0
×10-9 g/mbar
   
材质的透氧率低,可以降低材料的老化,同时减少生物和微生物对管内浸蚀。
    E
、柔性好
交联聚乙烯管材既有一定的刚性,也有一定的柔性,用于地暖施工用管软硬适宜
    5.2
交联聚乙烯管材的力学和物理化学性能
    A
、力学性能    见下表
    PE-X
管的力学性能

 

 

    B、物理和化学性能
    a
、纵向收缩率≤3%
    b
、静液压状态下的热稳定性:
   
环应力2.5Mpa  温度110   时间8760h
    
管材无渗漏  无破裂
    c
、交联度
     PE-Xa
70%PE-Xb65%PE-Xc60%
   
只有产品达到上述性能指标才能保证适用和使用寿命50年。
PE-X
管材执行GB/T18992.1-2003 GB/T18992.2-2003国家标准《冷热水用交联聚乙烯(PE-X)管道系统》。
    B
、缺点:
   
由于PE-X管材大部分结构已成为热固性塑料,不可回收再利用,管材与管件连接不能用热熔方法,只能用金属(铜制)管件连接,成本较高。
   
6 怎样识别PEX管材的好坏
    PEX交联聚乙烯管材,因地暖的兴起而发展,至如今,全国生产PEX管材的厂家达200余家,可以说百花齐放,百家争鸣。在市场上出现形形色色、参差不齐的各种PEX管材。怎样识别质量好坏呢?一般先看外观光洁与否,壁厚是否够标准,再拿起弯一弯,甚至用火烤一烤,断开后看是否齐查,还是拉丝状,更有甚者,通过弯折次数多少,来衡量管材的好坏都是不科学的,不全面的。
   
正确鉴别PEX管材的方法:
    6.1
是否有国家、省、市检验报告,特别是有8760检测和5000次循环试验。
    6.2
必须有当地省建设部门的备案证。
    6.3
应有保险公司承保和通过ISO9002认证。
    6.4
抽样检测,应符合GB/T18992.2-2003标准要求。
   6.5
最好用打码的PEX管材,避免长度缩水。
    6.6
称重检验,如PEXa,Ф20管材,0.106kg/m,一盘200m其重量应该是21.2kg,允许相差0.5-1%。
    6.7
看原料证明和证明期限,看是否进口或国产料,或加入MDPELDPE原料。
    6.8
最好能到现场考查,或自己抽样打压,对于地暖用管,压力应达到0.8MPa以上。
    6.9
个别小厂为降低成本,不加或少加交联剂,这种管材易爆裂。不加或少加主、副抗氧剂,短期内不会影响管材耐温耐压性能,但管材老化快。使用寿命短。必须通过检测部门抽样检验方可放心。

高端建筑物室内生态环境的综合解决之道    瑞恒生态建筑系统——享我所想
 
感谢您对瑞恒生态建筑系统的兴趣
咨询、订购、合作、加盟、建议,请您电话垂询或发电子邮件给我们
我们的电邮信箱是 apipes@apipes.com
Your comments and questions are important to us.
Questions, quotations and comments about Fortune Lifes super luxury ecological building system and products.
版权所有(C)2004-2020 上海莱恒实业有限公司
© 2004-2011 Fortune Lifes (Shanghai) Industries Co., Limited. All right reserved.

电话(Tel)+8621 64284559  18964042108  18964051752  传真(Fax)+8621 64284879

地址:上海市徐家汇漕溪北路737弄2号楼306室,邮编:200030

Address: Rm306, 2nd Blding, 737 North Caoxi Rd, Xujiahui, Shanghai 200030, P. R. China

保密条款  法律声明  沪ICP备07003259号