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低溫地暖塑料管材的最合適選擇解析

[來源:原創] [作者:pp-frpp.com] [日期:12-09-24] [熱度:]

低溫地暖塑料管材的最合適選擇解析

  一般說來,低溫地板輻射采暖系統與建筑物同壽命(50年以上),并且其隱蔽部分在50年中是免維護的(人為因素除外),但這50年的壽命主要取決于加熱管的壽命。目前,塑料管材的種類、品質繁多,性能各異,是不是所有的塑料管材都能保證這一點呢?這已成為各國在學術上極為關注的問題。

  由于低溫地板輻射采暖工程屬于隱蔽工程,加之系統中通過的是60攝氏度的熱水,這就意味著當加熱管由于質量問題出現爆管時,建筑物的地面也就隨之被破壞,損失巨大。因此,用于低溫地板輻射采暖系統的加熱管比普通建筑用的塑料管有著更高的要求:系統對加熱管的種類、品質、制造工藝、質量都要進行更嚴格的選擇。只有這樣低溫地板輻射采暖系統50年的壽命才能得以實現。

  目前,市場上可用于低溫地板輻射采暖的管材主要有PE-X(交聯聚乙烯管)、PP-R(三型無規共聚聚丙烯管)、PERT(耐高溫聚乙烯管)、PB(聚丁烯管),鋁塑管等,這幾種管材在低溫地板輻射采暖系統中都有應用,并且各有特點。其他的塑料管材如CPVC、PPH、ABS、PE等由于性能無法滿足低溫地板輻射采暖系統的要求而不能應用。盡管鋁塑復合管在《低溫熱水地板輻射供暖應用技術規程》中也被列入可用管材,但由于鋁塑復合管中的復合劑-熱熔膠的抗老化性能是一個未知數,無法確定其使用壽命,因此,最好不用。

  加熱frpp的性能指標是一個完整的指標體系,不能就其某一個指標來判定能否在低溫地板輻射采暖工程中使用,能否保證其有50年的壽命。有些企業只對產品做一些短期的物理檢測,就聲稱可以使用50年,這是不科學的。有些企業在不說明保證多長壽命的情況下稱其產品能耐多高的溫度也是沒有意義的。應該對管材的壓力指標、溫度指標、使用時間等指標綜合評價才是科學的、有意義的。實際上塑料管材在相同的壓力下,工作溫度不同,其壽命不同;在相同的溫度下,壓力不同,壽命不同。但是,50年的壽命是不可能通過實際的實驗方法來驗證的。因此,在國際ISO9080標準中提出了“時溫等效變換法”的驗證方法來證明這一點,其方法是:通過提高實驗溫度和實驗壓力求得壽命來推算低溫使用條件下管材的實際壽命。由測試溫度與實際使用溫度之間的溫差⊿T確定外推因子Ke,實驗得到的最大試驗時間TmaxKe的乘積就是容許外推計算所能達到的最長壽命。

  根據塑料管材的性能評價原理,我國化學建材檢測中心以及國內的一些大型塑料管材廠家從2001年開始對塑料管材進行8760試驗。這項試驗是對塑料管材使用壽命綜合評價的重要方法,作為低溫地板輻射采暖系統用加熱管,首當其沖應通過這項試驗的考核。

  這項試驗需要將實驗溫度選為110攝氏度,根據時溫等效變換法,將實驗時間設為8760小時,因為8760小時為一年,當使用溫度為70攝氏度時,溫差為40攝氏度,外推因子為50,從而可推算出在70攝氏度條件下的使用壽命為:50×8760=438000(小時),正好為50年。

  相關數據顯示,PE-X管具有最好的耐熱強度。從這個意義上講,在低溫地板采暖系統中選擇PE-X管作為加熱管是科學的。同時,在上述幾種管材中PE-X管也是較便宜的,因此,在低溫地板采暖系統中選擇PE-X管作為加熱管也是最經濟的。

  有關這一點我們還可以從幾種管材的蠕變特性曲線中看出。蠕變特性曲線是管材長期抗應力和耐高溫性能的綜合體現,最實際地反映了管材的使用壽命。從四種管材的蠕變特性曲線中可以得出:PE-X管從高溫到低溫、從1年到100年的范圍內,都沒有出現拐點(即環應力的急劇下降)。隨著時間的增加,同一溫度下的PE-X管的環應力下降得很小(與其它幾種管材相比);不同溫度下,環應力下降程度也較其它幾種管材小得多。從中可以得出結論:PE-X管能很好地適應高溫度、高壓力下的長期使用。其它幾種管材在高于60攝氏度時,均在不同的時間段(最長的僅為十幾年,最短的不到一年)出現環應力急劇下降的拐點,隨著溫度的提高,出現拐點的時間大大提前。PERT在高溫情況下,14年左右就出現了拐點;PB雖應力水平較高,但其從高溫到低溫都出現了拐點,如在90攝氏度下2000小時(不到三個月)左右就出現了拐點;ppr管在70攝氏度以上時也較早出現了拐點。拐點的出現與否和早晚是管材的抗蠕變性能高低的一個重要反映,也是管材壽命的重要反映。為什么會出現這種情況呢?我們知道,高分子塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩種。從理論上講,熱塑性塑料是一種熔體,它沒有固定的熔點,成型后還可熔化,它的蠕變期較短。而熱固性塑料屬晶體,成型后不會熔化,它的蠕變期非常長,在100年中性能幾乎不變。在目前常用的塑料管材中,PP-R、PERT、PB屬于熱塑性塑料,而PE-X(交聯聚乙烯)屬于熱固性塑料。

  PE-X(交聯聚乙烯)是由高密度聚乙烯(PE)加入交聯劑或在射線輻照下,在一定的條件下大分子鏈形成游離基相互連接形成平面或立體網狀結構而形成的。其方法有三種,一是硅烷交聯法;二是過氧化物交聯法;三是輻射交聯法。

  三種交聯方法的實現條件及產品的優缺點分析如下:一、硅烷交聯法是在聚乙烯中加入硅烷劑,成型后在水解過程中完成立體網狀的交聯過程,這種交聯方法所要求的條件較低,只要有水和一定溫度就可完成,即使在使用中也可繼續交聯直到達到飽和交聯,所形成的PE-X為立體網狀結構。硅烷交聯從工藝上分為一步法和二步法工藝,frpp原料的保管與包裝要求較高,否則,原料在保管期就有可能發生預交聯而報廢,同時原料的保管期很短(6個月)。硅烷交聯法是一個先成型后交聯的過程。其產品特點是表面強度和拉伸強度較高,但耐水性較差,產品交聯度會隨時間游動。這種方法所形成的產品稱為PE-Xb。二、過氧化物交聯法是在聚乙烯中加入過氧化物交聯劑,在一定溫度(230攝氏度)的作用下逐漸完成平面網狀的交聯過程。這種交聯方法所要求的交聯條件較高,一旦成型后交聯度不會發生變化。它是一個先交聯后成型的過程。其產品特點是表面光潔度好,柔韌度好,但耐酸性差。這種方法所形成的產品稱為PE-Xa。三、輻照交聯法是一個物理交聯方法,與前相比不同是在交聯過程中勿需化合物的參與,它是將由高密度聚乙烯成型的管材產品經αβγ射線或電子束輻照后,使聚乙烯大分子主鏈形成新的游離基,游離基間再結合即形成交聯。這種交聯方法所要求的條件極高,交聯非常穩定,但它有一個特點:產品表皮交聯度高,隨著深度增加,交聯度越來越低。此方法不宜生產壁厚過厚的產品,所形成的產品稱為PE-Xc。

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