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影响PE-Xa管材性能与使用寿命的因素分析

时间 2017/10/24 19:59:48来源: 作者: 点击浏览:次

摘要:本文从材料的性能、加工工艺、设备模具、质量管理、等级选用、安装使用等方面,分析影响PE-Xa管材性能与使用寿命的各种因素,以供管道同仁参考。

关键词:影响 PE-Xa管 性能 寿命 分析

“与君把手观青史,风物长宜放眼量”,中国的改革开放令世界刮目相看,中国的经济与人均收入持续稳定地增长,人们追求更高的生活质量,地暖管的出现迎来了更加幸福温暖的春天。

地面辐射采暖由于不仅符合人体需求曲线,室内设定温度,即使比对流式采暖低2℃-3℃,也使人们有相同的温暖感觉,而且热损失小,可使系统运行费用降低20%-30%,同时舒适性好,即室内温度梯度小,大约在每升高1米温度有2℃左右的变化,温度均匀,易于铺设,室内易于布置也便于分户温控与计量,便于摆放家具,可增加2%-3%的室内使用面积。正是由于以上诸多优点,地板辐射采暖在日本、美国、欧洲、韩国等国家在采暖方面的使用是主要的采暖方式之一,中国从华北、东北、西北逐渐向南方长江沿线,从东部逐渐发展到西部,这种采暖方式被许多人所认可接受,国家的相关建筑节能产业政策为地暖行业提供了重要依据。根据国家十一五规划,到2010年我国的管材管件总产量可达到300万吨,其中各种管材管件占整个管道使用量的百分比是:建筑给水、采暖管道80%,建筑排水管道80%,建筑雨水材料管道70%,城市排水管道50%,然而地暖管材有很多种如PE-Xa,PE-Xb,PE-Xc,PE-Xd(含超薄地暖管材),PE-RT(含超薄地暖管材),PB,PE-RT/EVOH,PB/EVOH,PP-R,PP-B,PP-R/AL/PP-R,PE-RT/AL/PE-RT等都可以作为低温采暖管材,但从经济性(成本低)、适用性(满足使用要求)、方便性(好安装)、使用寿命长(完全可以达到50年使用寿命)、适合轮盘游戏普通老百姓等综合性方面比较,大家选用比较多的还是PE-Xa过氧化物交联聚乙烯管材:从经济性来说价格最优惠,适合普通百姓家;从安装来说,产品柔软,弯曲半径为5D ,便于地暖盘管;从使用寿命来说耐酸耐碱耐腐蚀耐老化使用寿命最长,交联聚乙烯管材,在110℃,8760h,2.5MPa,100年的时间里是唯一没有出现拐点的地暖盘管产品(铝塑复合管材成本高,不好地暖盘管除外),根据国家相关标准中的预测强度曲线图,得出如下结论:

温度、压力、时间与拐点之间的关系

拐点出现的真正原因是当地暖管材在一定温度、压力、时间的条件下就会出现疲劳老化现象,物理力学性能快速下降,从而出现拐点,正是这些优点,交联聚乙烯PE-Xa管材在韩国等其它国家,在中国许多城市至今是人们优先考虑的产品,这也是不争的事实。

所谓地板辐射采暖,就是将能量以波长为8μm-13μm的远红外线形式传递给供暖空间中的人体和物体,地暖管材一旦铺设到下面,如果质量不好,无法达到使用年限,再拔出来维修或更换,那可就愁死人了,它不仅费时费工费钱,而且严重影响人们的正常生活,为此保证地暖管材的质量是不容忽视的,那么影响地暖管材PE-Xa的性能与使用寿命的因素有哪些?

一、原材料的性能

(1)材料的性能是保证质量的先天之本。树脂分子量的大小及其分布范围对产品性能有很大的影响,分子量越低,分子量分布范围越宽,体现的MI即熔体流动速率就越大,MI越大生产加工时流动性越好,流动性越好,产品的压缩密度,剪切塑化赋予管材的强度就越差,强度性能越差即使用寿命越短,出现容易爆管,老化快等诸多质量问题,所以国内地暖知名企业一般都采用进口XL1800,8100X等PE-Xa专用树脂,MI(190℃,21.6kg)在2g/10mm左右是非常正确的,如果采用国内LLDPE7042来生产PE-Xa管材,由于MI太大,分子量低,密度小,成本虽然很低,但强度差,老化快,使用寿命短,使用后出现爆管是很自然的,返工抠管重新安装是在所难免的,所以轮盘游戏的用户买管之前,一定要看生产企业用的是什么料,不能只图便宜,要知道这种便宜的管材出了质量问题带来的后果比正规材料生产的价格略高的管材综合成本要高得多。

(2)树脂必须是干净卫生的,不能有任何杂质和灰尘。在此基础上树脂的细度从产品的加工过程来说,树脂越细,各种交联剂,防老化分散剂越均匀,颗粒越大,表面能越小,分散越不均匀,混料与挤出的塑化过程是物理与化学的的反应过程,分散不均,产品的性能就不稳定,就会影响使用寿命。

(3)树脂挥发性越高,原料经低温到高温的挤出塑化到出口模,挥发份是从液态到气态的变化过程,在模具中为液体,出口模释压后膨胀为气体,在管材的表面或隐蔽之处就会有小孔,形成不同程度的  应力集中,影响产品的耐高温性能,缩短使用寿命,因此除了要求树脂加工企业的挥发份合格外,轮盘游戏在运输储存过程中不能被水淋湿或其他东西污染。

(4)原料混料均匀度的时间是必须保证的,一般控制在15min,而且投料的顺序及技巧必须有所讲究,保证混的树脂与各种助剂分散均匀,才能保证产品性能稳定,使用寿命才会长久。

(5)交联剂与交联度:交联剂的添加量必须准确而且交联度还必须符合标准要求,同时交联剂的质量必须稳定。如果交联剂越差添加量很大才能保证联度,那么交联过后剩下的过多的残余单体就会影响产品的性能,从而影响使用寿命,这就是国内地暖优秀企业之所以坚持使用进口优质的但价格高的交联剂的原因。

(6)防老剂,即主辅抗氧剂。过氧化物交联的机理是:过氧化物受热分解生成自由基,自由基进攻大分子链,夺取分子链上的氢原子,生成PE大分子链自由基,使PE大分子链自由基具有高度反应活性,当2个大分子链自由基相遇时,便相结合,形成高分子链间的化学链交联,到此PE的分子结构便由二维结构变成三维网状结构,其反应式如下:

过氧化物分解:

(1)R-O-O-R(过氧化物)→2RO。(自由基)

(2)失氢反应:

 RO。+~-CH2-CH2-CH2-CH2-

CH2-CH。-CH2-CH2-+R。H

(3)交联反应:

-CH2-CH0-CH2-CH2-~+

-CH2-CH0-CH2-CH2-

-CH2-CH-CH2-CH2

-CH2-CH-CH2-CH2

交联是自由基的产生过程,为了捕获交联完成后的残余的自由基,消除不稳定的原子,人们加入了主辅抗氧剂,控制热老化,同时也有效防止以后管材在使用过程中,高温下的老化与氧化,从而保证材料的使用性能下降缓慢,延长使用寿命,正因为如此,行业内重视质量的地暖管材企业,建厂开始就一直使用质量好价格高的进口的主抗辐抗氧剂,如德国德固塞(Degussa)、荷兰阿克苏?诺贝尔AkzoNobel、瑞士汽巴(ciba)等。

二、加工工艺

PE-Xa管材的交联与塑化过程是通过电加热与挤出压缩来完成的,速度越快,温度越低,波纹越明显,交联度越低,产品的性能越差,使用寿命越短,严格工艺制度,控制精密的温度仪表,是保证产品质量延长使用寿命的必要条件。

三、设备模具

PE-Xa管材由于交联后流动性有变化,交联过程中有自由基产生,交联时温度较高(可达到250℃),如果设备模具粗糙,死角多,不光滑就容易出现滞流物,时间长了出现炭化现象,在管材表面出现不易发现的小黑点或杂质,因此选择先进而精度高的设备模具,是保证产品质量稳定的重要条件,是延长管材使用寿命的基本保证。

四、严格的质量管理制度,先进的检测仪器,素质较高的员工队伍是保证产品质量又一个重要条件。

(1)原料入厂必须严把质量关,按抽样母数与子母的比例关系标准抽样,认真化验MI,挥发份,表观密度,卫生质量等指标。

(2)采用集中混配料自动上料系统,保证混料质量并防止生产过程中的二次污染。

(3)设备运行记录的工艺参数每1小时记录一次,15分钟检查一遍及时发现不因工艺变化而影响产品质量。

(4)产品捆捆打气压,捆捆测壁厚。

(5)即使同批料也要根据不同机台轮流测试交联度,确保万无一失。

(6)冷热水液压试验即使同批料也要根据严格的抽样比例进行冷热水打压,确保产品质量。

(7)每捆产品都必须具有可追溯性,严格按照ISO9000质量管理体系要求控制。

五、不能人为地不按标准生产,降低壁厚降低成本,从而低价投入市场,影响系统使用寿命。

六、等级选用非常重要,假如产品没有任何质量问题,安装使用也没有任何问题。但是管材不能满足使用要求或达不到50年的使用寿命,其中有个重要原因就是等级选用,因为材质质量、使用温度、使用压力、管材壁厚、管材外径、使用年限之间有着必然的联系,假如使用温度为60℃,压力为标准中的最低压力,那么可选用S6.3系列的管材,50年内在80℃水温条件下最好不要超过一年,95℃水温条件下最好不要超过100小时,50年内努力将水温控制在60℃左右,如果压力高应该选用S系数更小的管材,S系数越小管壁越厚,管壁越厚耐压能力越高,耐压能力越高,使用寿命越长,即管材厚度与耐压压力,使用温度,使用寿命成正比,S系数及外径与耐压强度、使用温度、使用寿命成反比,使用温度与使用压力、使用寿命成反比。

七、因内许多同行的地暖企业,非常爱惜产品质量,采用聚丙烯编制袋包装,惧怕弄脏弄伤弄坏产品 ,但是如果产品本身没有质量问题,那么在运输储存安装使用过程中不注意下列等问题,也会影响产品的使用寿命。

①划伤管材,使管材的实际有效使用壁厚减少,等于把管材的耐压等级降低。

②长期日晒使管材产生一定程度的光氧老化,通过试验数据如下:

管材无包装裸露暴晒60天后,95℃、环应力4.4MPa,1000小时的测试条件出现脆性破坏概率很高,裸露暴晒90天后95℃,环应力4.8MPa,16小时出现脆性破坏的概率很高,因此必须妥善保管,不能强光长期直晒。

③安装间距过大,管路过长,冷热不均或不热,人为提高系统温度,温变越高老化疲劳越快,使用寿命越短,所以不能偷工减料降低成本来节约安装成本。

④安装时不注意,管材弯折形成死角,影响使用效果与使用寿命。

⑤抢工期地面不找平,管材高低不一致,强制挤压,受外压力不一样。

⑥安装后标识不明显,任意钻孔损坏损伤管材。

⑦管材钻洞或经过门框下方时注意杂质进入。

⑧试压时必须把气体排干净,防止形成气锤或水锤,试水压后,未及时使用,必须把水排尽,严防冬天有水被冻坏。

⑨定时清理过滤网。

在运输安装使用过程中,影响产品质量的情况还有很多,总之,优质的材料;先进精密的设备模具与检测仪器;严格的工艺管理与质量控制,才能出优质的管材。加之维护好产品,规范安装,规范使用,才能保证管材的使用寿命达到50年以上,仅以此文与同行企业及各位专家共同探讨,愿所有的地暖企业继续在公平、公正、公开的竞争下迈着豪迈的步伐走向健康的兴旺之道。


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