PEXaPERT地暖管材综述

1、PE- X a P E - R TWORD：档，可下载修改前言：近年来，地面供暖凭借其舒适节能的突出优势得到了市场和百姓的普遍认可。地面供暖目前主要有低温热水地面辐射供暖、发热电缆地面供暖、电热膜地面供暖等几种形式。目前在市场上占主流的是低温热水地面辐射供暖，其使用应用技术已经具有规范的产品标 准、施工验收规程，已经是完全成熟的技术。在低温热水地面辐射供暖系统中主要是通过传 热媒介（水）在塑料管道的流动来传递热能并将其自下至上辐射至室内。目前市场上可以采用的地板采暖管材有 PE-Xa （过氧化物交联聚乙烯）、PE-Xb （硅烷交联聚乙烯）、PE-Xc （辐 照交联聚乙烯）、PE-RT （耐热聚

2、乙烯）、PP-R （无规共聚聚丙烯）、PP-B （抗冲击聚丙烯）、 PB （聚丁烯-1 ）和PP-R铝塑复合管等管材。地暖管材中PE-Xa以其卓越的性能和成本优势在工程应用中占据绝对优势，PE-RT在近两年来在市场上的发展速度也十分迅速。本文旨在通过对 PE-Xa和PE-RT两种应用量最大的管材从原料至施工进行全方位的介 绍，以便于广大选用者更详细地了解材料，进而正确选用材料，从而促进地暖系统安全性的提高，使地面供暖行业更健康的持续发展。 一、原料介绍1、PE-Xa管材用原辅材料PE-Xa主要原料为一种特殊的高密度聚乙烯，为粉末状树脂。目前国内市场的主要原料供应商有：韩国 LG化学的HDPE

3、XL1800 ;韩国湖石化学的 HDPE 8100GX ;韩国三星和大 韩油化虽然也有 PE-Xa专用料，但目前在国内市场基本看不到。另据传，目前国内某石化 企业已开始向市场推广其PE-Xa专用料。表一 典型的PE-Xa树脂性能性能测试方法单位数值树脂形态-粉状平均粒径-250密度ASTM D-1505g/cm30.950表观密度DIN 53468g/cm30.42-0.45熔融温度DSCC133熔指(2.16kg/190C)(21.6kg/190C)ASTM D 1238g/10min0.012.0辅助材料主要有交联剂、主抗氧剂和辅助抗氧剂。目前行业内使用的辅料有进口和国 产的分别，进口辅料

4、生产厂家均为世界一些知名的化工企业，有Degussa （德固赛）、AkzoNobel （阿克苏.诺贝尔）、Ciba （汽巴）等，这些进口辅料的价格偏高，但其材料纯度 较高，批次间稳定性好，生产的产品稳定性和性能较国内更好一点。少数正规的厂家采用 的都是上述原辅材料，而一般厂家或不重视或为降低成本较多选择价格偏低的辅料。 2、PE-RT管材料PE-RT 即耐热聚乙烯，是 Polyethylene of raised temperature resistance 的英文缩写，目前 市场上出售的PE-RT原材料多数为改性的中密度聚乙烯树脂。众所熟知，一般PE给水管道的应用范围为低于 40c的温度，无

5、法用于热水输送管道。经过长时间探索，技术人员研究 出一种采用乙烯和辛烯或者丁烯共聚的方法，通过控制侧链的数量和分布得到独特的分子 结构，来提高PE的耐热性。利用此种工艺得到的PE-RT树脂将使用温度大大提高，可以用于低温热水地面辐射供暖系统以及热水系统。目前国内市场的主要 PE-RT原料牌号有韩国 LG化学的MDPE SP980以及韩国SK的 MDPE DX980，另外陶氏化学的 DOWLEX 2344E的性能也较好，但国内厂家使用的量并不大，BASELL （原料型号 HDPE 4731B ）以及韩国 DAELIM （原料型号 MDPE XP9000）去年以来开始加大在中国市场推广PE-RT原

6、料的力度。表二典型的PE-RT树脂性能性能测试方法单位数值树脂形态-无色颗粒状密度ASTM D-792g/cm30.933-0.937维卡软化点ASTM D 1525C123熔指(2.16kg/190C)ASTM D 1238g/10min0.6-0.65需要特殊说明的是，PE-RT和PE-Xa的使用条件是在较高温度（一般系统温度40-60 C ,短时间可达 80c甚至100C）下使用，所以 GB/T18992-2003冷热水用交联聚乙 烯（PE-X）管道系统以及 CJ/T175-2002均对管材的原料选用作了严格的限制，要求选用经认证合格的材料。首先要求原料为HDPE （高密度聚乙烯），并且

7、将由该材料制成的管材按照GB/T18252标准方法作出该材料的蠕变破坏曲线。该材料的蠕变破坏曲线与标准中给 出的预测静液压强度参照曲线相比较，试验结果的6Lcl （长期静液压强度的置信下限值），在全部温度及时间范围内均应高于参照曲线上白对应值。对应用于饮用水系统的PEX管材，还要求原材料符合 GB/T17219卫生性要求。生产厂家在购买使用前应要求其材料厂家提供其材料牌号的蠕变破坏曲线测试报告， 否则并不能保证由其原料制成的材料达到50年以上的使用期限。二、生产设备及工艺1、PE-Xa管材的生产设备及工艺PE-Xa树脂有超高的分子量，从表一中可以看出其熔指极低，其MFR V0.01g/10mi

8、n（测试条件2.16kg/190C）,可以看出其在熔融状态下流动性极差，根本无法用一般单螺杆 挤出机进行生产，只能使用一种特殊的柱塞式挤出机在极高的压力下进行高压挤出成型。为保证PE-Xa在热水中长期使用的要求，应在HDPE基料中同时加入交联剂、主抗氧剂和辅助抗氧剂等材料。过氧化物交联工艺配方：HDPE99%,过氧化物1%,少量主辅抗氧化剂；其机理是对高分子量高密度聚乙烯基料，通过过氧化物交联剂，在高温、高压条 件下，使聚乙烯的长分子链间产生化学键，实现化学交联，使之成为三维网状结构。因为 聚乙烯分子为不饱和键，收到紫外线照射及氧气的侵蚀会缓慢发生分子键断裂，必须加入 主辅抗氧化剂，以提高其抗

9、光老化和抗氧老化的性能。柱塞式挤出法的生产工艺如下：原料+辅料一高速混合一输送上料一柱塞挤出一油墨热印字一冷水冷却一牵引一盘卷一定长切割一下卷检验-包装一入库。典型的柱塞挤出机工艺温度列举如下：下料口: 90110c连接体：150170c口 模：230260 c导热油：190205 c生产速度一般在 1.0-1.5 m/min。由于设备模具长度长、压力大，导致在挤出过程中管材壁厚容易出现较大的波动且为 连续生产随时监控不容易。如何保证管材壁厚的均匀性是PE-Xa管材生产的工艺控制的关键点之一。另外由于树脂为粉末状，交联剂为液体，交联剂及抗氧剂均为微量，原辅材料 是否充分混合成为影响管材交联度是

10、否均匀的又一个工艺控制的关键点。再则交联是在几 十公分的模具中用极短的时间迅速完成交联，设备模具温度也是工艺控制的关键点之一。 当然还有其他很多环节会对管材质量产生影响，但仅就生产工艺而言，以上几点为关键的 工艺控制点。2、PE-RT管材的生产设备及工艺PE-RT的原料的分子量并不高，其加工的流动性好于一般的PE100级PE原料，一般采用螺杆长径比为 1 : 30的单螺杆挤出机即可生产。但普通的挤出机其设备结构为通用型 PE或PP适用的螺杆，并未根据 PE-RT原料的特性对螺杆进行改进，其生产速度一般在6-8米/分钟，最快达到10米/分钟左右，生产效率不高。目前市面上已有国外及国内厂家推出 P

11、E-RT专用高效挤出机，配置高性能 PE-RT管所需的同步控制挤出、牵引、冷却速度等核 心技术，并在螺杆设计及机头模具方面采用独特技术，生产速度可达到25米/分钟以上。由于速度较快，冷却定形装置采用叠加式结构，其产品外观较一般挤出机生产的光洁度略 差，呈现一种发白的半透明状态。笔者曾专门做过对比试验，使用同一个厂家的PE-RT原料在普通挤出机和高速挤出机上生产出的管材进行性能测试，高速挤出机生产的PE-RT管其静液压强度平均高于普通挤出机。原因可能是由于高速挤出机螺杆长径比长，其塑化效 果更佳，且其螺杆内的压力更高，原料的压缩密实程度更高的缘故。另外高速生产线的辅 机配置较好，整体生产的产品的

12、稳定性也更好。 生产工艺流程如下： 原料干燥真空上料挤出机挤出成型真空定径冷却一喷墨印字牵引收 卷定尺切割检 验包装入库PE-RT管材典型加工工艺参数（仅供参考）： 主机转速：48-60rpm牵引速度540-630rpm机台压力：14-15MPa扭 矩 30-70%左右熔体温度：210 c 主机温度：180/190/200/200 模头温度：195/195/195/195/195/200/190/190 水温：33/33/30三、管材性能要求1、PE-Xa管材（参照 GB/T 18992-2003冷热水用交联聚乙烯（PE-X）管道系统） 外观a.管材的内外表面应该光滑平整干净，不能有可能影响产

13、品性能的明显划痕、凹陷、气 泡等缺陷。b.管壁应无可见的杂质，管材表面颜色应均匀一致，不允许有明显色差。 c.管材端面应切割平整，并与管材的轴线垂直。 规格尺寸（部分）公称外径dn平均外径mm最小壁厚 mmdem,mindem,maxS6.3S5S4S3.21616.016.31.81.81.82.22020.020.31.91.92.32.82525.025.31.92.32.83.53232.032.32.42.93.64.44040.040.43.03.74.55.55050.050.53.74.65.66.9管材性能检测（部分）项 目要 求实验参数耐静液压无渗漏、无破裂静液压应力12.

14、0MPa, 20C, 1h静液压应力4.8MPa, 95C, 1h静液压应力4.6MPa, 95C, 165h纵向回缩率3%3 个试样，120 C, 1h, en70%其它性能检测管材的卫生性能、系统适用性、热循环、循环压力冲击实验、耐拉拔实验、弯曲实 验、真空实验等按国标要求进行。2、PE-RT管材（参照 CJ/T 175-2002_冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统）颜色根据供需双方协商确定。管材的色泽应基本一致。外观 管材内外表面应光滑、平整、清洁，无凹陷、气泡和其它影响性能的表面缺 陷。管材端面切割平整并与轴线垂直。规格尺寸表1公称外径、平均外径及管系列对应的壁厚（部分）公称外径

15、dn平均外径mm最小壁厚 mmdem,mindem,maxS6.3S5S4S3.21616.016.31.81.82.02.22020.020.32.02.02.32.82525.025.32.02.32.83.53232.032.32.42.93.64.44040.040.43.03.74.55.55050.050.53.74.65.66.9管材性能检测项 目要 求实验参数静液压试验无渗漏、无破裂试验环应力10.0MPa, 20 C, 1h试验环应力 3.55MPa, 95 C, 165h试验环应力 3.50MPa, 95 C, 1000h纵向回缩率 3%3 个试样，e, 8mm 时，120

16、C, 1h静液压热稳定性无渗漏、无破裂试验环应力 1.9MPa, 110 C, 8760h熔体流动速率变化率 30%190C, 2.16kg,管材与原料 MFR变化率其它性能检测管材的卫生性能、系统适用性、热循环、循环压力冲击实验、耐拉拔实验、弯曲实 验、真空实验等按国标要求进行。其他项目管材以盘管或直管供货，长度不小于标定值。管材印字应清晰，一般每 1m标识1个。管材包装应完整无缺损，包装物外表面用合格证颜色、生产日期来区分班组。 四、地暖管材市场常见质量因素分析 1、PE-Xa 管材原料方面：一般小厂家采用国产交联剂，管材的交联度相对波动较大，影响管道的长 期耐压强度；或添加交联剂分量不足

17、，交联度偏低，大大缩短管道的使用年限。另外抗氧 剂应添加主抗氧剂和辅抗氧剂两种，如添加抗氧剂分量不足或不添加辅抗氧剂，将直接影 响管道的耐热氧老化性能，即不能保证50年使用寿命，表现为热稳定性试验（即 110C,8760h试验）不合格。管材方面：由于 PE-Xa管材采用特殊的柱塞式挤出工艺，其管材常出现一定的环状波 纹，如波纹较大将影响管材的耐压性能；同时柱塞式挤出工艺中挤出压力偏高，导致生产 中管材容易出现偏壁，一般生产线无在线测壁厚装置，至管材到长度下线时才发现偏壁， 小厂家为降低成本，偏壁管材仍按照合格品出售。据笔者了解，工程出现破裂渗漏的事故 有很多是管材偏壁导致壁厚不合格造成的。另外

18、PE-Xa管材使用原料为粉料，采用高速混合机对原辅材料进行混合。在添加入生 产线过程中如不注意，易混进杂质，造成管材质量缺陷。PE-Xa采用高分子量树脂，无法正常挤出，采用的口模内壁应涂敷耐温的特殊涂层，芯棒采用特氟龙类的收缩管，以降低 挤出阻力。而涂层及收缩管均受到高温高压下的摩擦，其寿命不易提前预知，如涂层及收 缩管磨损被破坏后易导致管材外观出现缺陷，如生产现场控制不严，有缺陷管材流入工 程，将导致严重的质量事故，这是采用PE-Xa管材需要特殊注意的部分。2、PE-RT管材原料方面：PE-RT原料是对聚乙烯原料进行特殊接枝以改变其耐热性能的一种特殊材 料。但是其本身的加工流动性较好，与普通

19、聚乙烯较类似，比较容易加工。在管道生产企 业中使用普通 PE或PPR生产线均可进行 PE-RT加工。从加工难度上方便了使用造假或掺 假原料。目前市场上常见的有以下几种作假的方法：其一是直接用普通聚乙烯冒充PE-RT进行加工；其二是在 PE-RT中掺入部分LDPE或LLDPE达到降低成本的目的；其三是生产中加 入超过国标规定的10%的添加比例大量添加回收料；其四是部分厂家加入LLDPE等原料并添加带颜色母料以掩人耳目。管材方面：目前市场中使用管材有以下几点在选用时需要格外注意：一是选用管材应 注意其产品厚度，有的厂家采用降低壁厚（在国家标准壁厚的规定值略下）的方法来降低成本并以较低价格销售，这种

20、做法是极其不负责任的。目前许多工程选用管材的安全系数选 择的并不高，如果管材壁厚不达标，使用中稍有不当就会导致管材出现渗漏，后果就极为 严重。二是有的产品没有合格全项的检测报告就流入工地。因为部分掺假的PE-RT管材一般的检测是能够过关的，但是基本上只有长期热稳定性实验才能检测出来，所以选择 PE-RT管材是不容易全部鉴别的一件事。因为长期热稳定性实验费用较高，一般的小厂家 不会花费太高费用去做，而大部分大厂家是会坚守质量责任的底线的。所以选择PE-RT材料厂家一般情况是选择实力较强的厂家并要求其提供全面的检测报告，质量才较为可靠。选择材料时的另一个注意事项是要考核管材的卷长。目前部分厂家报价

21、较低，其就在 管材长度上做文章。举例而言，一盘 200米的管长度缩短 5米，一般情况是无法准确测量 的，但就是5米长就使厂家增加了 2.5%的纯利润；反过来因为工程设计时一般考虑的管材 长度并不富裕，如管材长度不够将会带来返工或者干脆加宽管材间距，后果比较棘手。 五、管道选择应注意项目 1、管系列选择目前地暖工程中最常用的为20X 1.9mm的PE-Xa管材和 20 x 2.0mm的PE-RT管材，需要注意的是虽然按照产品标准来看以上两种管材均是S5系列，但是按照标准中规定的使用条件 20 x 1.9mm的PE-Xa管材按照地板采暖的应对应级别4的设计压力是 0.8MPa ,20X2.0mm的

22、PE-RT管材按照地板采暖的应对应级别4的对应的设计压力是0.6MPa。20X 1.9mm的PE-Xa管材和20X 2.0mm的适用压力范围并不相同。另外在国家城镇建 设行业标准 CJ/T 205-2000建筑给水交联聚乙烯管材中S5系列的PE-Xa管材对应壁厚为2.0mm。根据以上情况，笔者特别提醒，在工程应用中管材的壁厚变化和压力设计直接关系到 地暖系统的安全可靠性，需要严格按照标准来慎重的选择使用管材。2、管道的长期使用寿命评价在地暖管材厂家宣传中，常常有人提到管材寿命为50年。因为地暖管材大规模应用是最近十年的事，不可能直接采用管材做 50年实验。那么，50年的寿命是怎样得出来的呢？

23、地暖管材的50年寿命是根据其所用高分子材料的特性及相应的实验推导得出的。塑料压力管材长期耐温耐压性能的国家标准是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。它是管材寿命的评价方法。它的原理是在利用高温短时间作出的环应力与时间曲线的结果向低温和长时间寿命外推。下面简要介绍实验原理及方法。根据选定的温度和应力对管材打压，记录管材破坏的 时间与类型。改变应力得到另一数据。同一温度下，得到一组数据。同理，改变温度得到 另一组数据，得到多组实验数据后，作图以 lg b为纵坐标，lgt为横坐标，定出各组温度和 时间对应的破坏点。将同一温度下的数据运用统计学根据四

24、参数模型进行线形回归，得到 在此温度下的长期静液压强度clths （ LTHS=long time hydrostatic strength ）。分别将不同温度的数据回归，得到不同温度的（LTHSo对聚烯烧类和氯乙烯类材料进行外推。高温实验得到的最长时间tmax乘以AT （高温实验温度-将要打算外推的温度）得到低温外推时间极限Tmaxo Tmax可以理解为我们将要得到的低温理论最长工作时间。我们所说的50年的寿命即由此而来。对聚烯烧类塑料，如果在 60度进行实验，实验时间达到一年以上，那么在20度时外推，AT =6020=40对应的ke为50年，20度时外推时间极限 tmax=1*50=50年

25、。 即20度时，使用寿命可以达到 50年。在实验中出现破坏点的时间即为管材的有效推算时间，破坏点又称拐点。根据原材料 的测试数据可以看出，PE-Xa并不出现拐点，而 PE-RT在60c的测试曲线在15年后出现拐点，而60c以下温度的测试则无拐点出现。说明 PE-Xa管材的长期耐热耐压性能应该比 PE-RT管材更好。目前已有石化企业在研究新型PE-RT材料，今年巴塞尔推出 PE100级牌号为4731B的PE-RTII型原料，已通过国际权威检测部门的8760小时检测合格，关于二型PE-RT管材新标准目前我国正在讨论修改补充之中。 3、抗紫外线老化问题。笔者在此提出一个以前很多人忽略的问题，即 PE

26、-Xa管材及PE-RT管材的抗光氧老化 问题。多数业内人都知道 PE-Xa及PE-RT管材使用的原料属于聚乙烯的一种。聚乙烯是由 乙烯单体聚合而成，乙烯单体中含有不饱和化学键，分子链上有许多短支链，很容易引发 自由基，存在不稳定性。虽然 PE-Xa及PE-RT的材料经过改性，可以耐高温。但是在日光 的紫外线照射下，PE-Xa及PE-RT管材中的不饱和键将趋于不稳定，分子链逐渐分解断裂。在经过一段时间的日光照射后，无论是 PE-Xa还是PE-RT管材，其长期耐热稳定性能 都会迅速降低，其使用寿命也大幅缩短。笔者提醒有关生产单位及施工单位：无论是PE-Xa还是PE-RT管材，在存放和施工期间均不能在日光下长时间曝晒。另外PE-Xa、PE-RT管材如要用于明装输水，应添加抗紫外线老化剂或特殊处理，否则并不能保证长期使用。 4、运输施工注意事项聚乙烯属于热塑性材料，PE-Xa、PE-RT管材均为柔性