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PERT、PEX、PP-R和PB管在地板采暖系统中应用的比较[2005-8-1014:52:31][打印][关闭窗口]地板采暖是我国近年来从欧洲引进的一种新兴的采暖方式，它以节能、节约空间和更高的舒适度等明显的优点赢得了许多客户的欢迎，塑料管材在地板采暖的推广应用中起了推动作用。根据Globalpipe的统计，在欧洲自来水、散热器、地板采暖使用管材的比例是1.45：1.35：1，地板采暖的管材使用量和自来水的管材使用量相近，这个市场值得管材企业努力去开发。目前我国地板采暖管材以PEX（交联聚乙烯）管为主，PP-R（无规共聚聚丙烯）、PP-B（抗冲击聚丙烯）和PB（聚丁烯-1）等管材也参与了市场的竞争。本文介绍了一种新级别的PE（聚乙烯）材料，它在高温下的长期强度有了显著地提高，非常适合使用于地板采暖，并且比较了各种管材在地板采暖领域的应用的优缺点。地板采暖的使用条件和对管材独特的使用方式要求所应用的管材具有的一定的特点：1.长期耐温耐压性能：我国的地板采暖设计一般采用40-60℃的热水，设计压力一般为0.4-0.6MPa。由于在不同的季节管材所承受的温度和压力不同，很难计算管材在这种条件下的许用应力。为了方便设计人员对管材的壁厚进行选择，国际标准对地板采暖的使用条件进行了计算和简化，形成了ISO10508：1995《用于冷热水系统的热塑性塑料管材和管件》中规定的使用条件级别4，即在设计温度20℃下使用2.5年，40℃下使用20年，60℃下使用25年，在最高温度70℃下使用2.5年，在故障温度100℃下使用100小时，总的使用寿命为50年，这种使用条件要求管材具有一定的长期耐温耐压性能。2.高可靠性：由于地板采暖属于隐蔽工程，将管道打在砼内，管材的使用寿命要求基本要同房屋同步，一旦出现问题，对于出现问题的点不容易判断，而且造成的损失要远远高于管材本身的价值，所以要求管材具有高可靠性。这一方面要求管材本身的质量要可靠，另一方面要求管材的抗划痕和抗冲击等施工性能要好，因为施工过程管材难免受到一些摩擦和冲击。3.高柔韧性：为了确保管道系统的可靠性，地板采暖管材一般不应有接头，这样就要求使用整根的管材，要求管材足够柔软，容易施工。PE-RT管材原料简介普通PE管材耐热较差，一般用于常温冷水的输送。根据美国塑料管材协会PPI（PlasticPipeInstitute）的规定，其最高使用温度仅为140°F即60℃。PPI规定如果要将聚乙烯使用温度列为60℃以上时，需要作为“特例”，经过PPI董事会表决决定。为了提高PE的耐热性能而开发的PEX——交联聚乙烯管材，把线形大分子链之间通过某些交联剂联结起来，这的确使管材获得了很好的耐热效果，但是同时又带来了生产成本的提高和维修、卫生性能方面等等一系列的问题。而且由于交联的作用，管材由热塑性管材变成了热固性管材，一些废弃的管材（包括工厂中不合格的管材或者施工中产生的小管段等）无法回收，使PEX管材给环保带来了一定的负面影响。PE的柔韧性和性价比非常适于管材使用，为了研制可以在高温下使用的聚乙烯管材料，研究人员进行了大量的研究和实验。2002年3月，美国陶氏化学的DOWLEX2344E率先通过了世界著名的塑料管材检测机构Bodycotepolymer的测试，正式宣告聚乙烯管材只能做冷水管历史结束，同时也宣告了一个新的聚乙烯管材原料等级的诞生。这是热水用聚乙烯管材原料研究的重大突破，这种新材料就是——PE-RT，而实际上在此之前DOWLEX2344E已经有18年管道系统中的实际应用经验。韩国SK的DX800也在最近通过了Bodycotepolymer的长期测试，成为第二种合格的PE-RT管材原料。PERT即耐热聚乙烯，是Polyethyleneofraisedtemperatureresistance的英文缩写，是一种可以用于热水管的非交联的聚乙烯，也有人突出了其非交联的特性，叫它“耐高温非交联聚乙烯”。它是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的一种中密度聚乙烯，它采用乙烯和辛烯共聚的方法，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。由于辛烯短支链的存在使PE的大分子不能结晶在一个片状晶体中，而是贯穿在几个晶体中，形成了晶体之间的联结，它保留了PE的良好的柔韧性，高热传导性和惰性，同时使之耐压性更好，这种改性方法和目前市场上常见的PPR类似。PE-RT管可以用于ISO10508中规定的热水管的所有使用级别。PE-RT原料的主要物理性能指标如下：物理性能单位测试方法典型值熔融指数，190℃，2.16Kgg/10minISO11330.7熔融指数，190℃，5Kgg/10minISO11332.2密度g/cm3ISO11830.933维卡软化点℃ISO3069（方法A）122热传导系数，60℃W/mkDIN52612-10.40热膨胀系数1/kDIN53752A（20-70℃）1.95×10-4拉伸屈服强度MPaISO52715拉伸断裂强度MPaISO52740断裂伸长率%ISO527700缺口冲击强度，23℃KJ/m2ISO180无破裂缺口冲击强度，-40℃KJ/m2ISO1809弯曲模量MPaISO178550注：机械性能测试使用2mm厚的压缩样条，拉伸速度50mm/min。PEX、PB和PE-RT在地板采暖中应用比较有的厂家宣传自己的管材时对管材性能理解存在着误区。比如“使用范围-70——110℃”，-70℃和110℃的温度对于建筑用管材又有多少实际意义呢？再比如“该管材可以使用200年”，一个建筑物的设计寿命只有50年，水管的寿命200年意义何在？要正确地理解塑料管的性能优劣，并不是某一个特定的性能指标越高越好，对于单个的性能指标而言，只要够用就行了，管材的优劣关键在于各项性能指标的均衡。如果一个或数个性能指标很好，但是另一个关键性能极差，这种材料很可能无法使用，除了性能之外还要考虑性价比。用于地板采暖的各种管材的性能价格比较如下：1.长期耐温耐压能力：对于ISO10508：1995《用于冷热水系统的热塑性塑料管材和管件》中的使用级别4即地板采暖，各种材料的设计应力的对比如下：材料PBPE-XPE-RTPP-R设计应力5.46MPa4.00MPa3.34MPa3.30MPa上面各种材料设计应力的顺序是PB＞PEX＞PERT＞PPR，仅仅从设计应力上讲，可以认为PB管的壁厚在同样的温度和环应力条件下可以比其他管材薄，在地板采暖的条件下甚至可以采用1.3mm的壁厚。然而地板采暖工程上在选用管材壁厚时，出于高可靠性的要求，还应考虑生产和施工时可能产生的缺陷以及是否容易弯曲施工。根据北京市标准《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》，“各类管材的壁厚均不宜＜1.7mm”。根据德国标准DIN4726《用于温水地板采暖系统的塑料管道——基本要求》（Pipelinesofplasticmaterialsusedinwarmwaterfloorheatingsystems;generalrequirements）的规定，“对于管径≥15mm的（PEX、PP-R、PP-B和PB）管材的壁厚至少应为2mm”。在国家标准GB/T18742《冷热水用聚丙烯管道系统》中，所有规格管材的最小壁厚也不小于2.0mm，这显然并不是出于耐压能力的考虑，而是考虑到热熔连接的可靠性和可能的划痕等因素对管材的影响。特别是对划痕比较敏感的PB管，更不能做的太薄。综上所述，对于可靠性要求很高的地板采暖的管材，最小的壁厚不应小于2.0mm，所以PB和PEX管的耐压优势在管材口径小而且温度和压力条件又不苛刻的地板采暖得不到充分的体现。虽然各种管材的耐温耐压性有一定差别，但是在低温地板采暖的使用中，各种管材的壁厚是一样的，最常用的是2.0mm，在这个壁厚下各种管材都完全可以满足低温地板采暖的需要，PB管在耐压性能上的优势不能抵消其在价格上的劣势。2.从弯曲模量的数据来比较管材的柔软性，PEX-b（某国产硅烷交联管材料）≥800MPa；PEX-a（某韩国过氧化物交联管材料）550-850MPa；PE-RT：550MPa（某进口PE-RT原料）；PB：350MPa；PP-R一般为800MPa以上，而PP-B一般为1500MPa左右。可见最柔软的是PB管，而PE-RT比硅烷交联管柔软，和过氧化物交联的PEX-a差不多，PP-R比较难弯曲，PP-B是最难弯曲施工的。PB、PE-RT和PEX施工时特别是在冬季施工，不需要特殊的工具或者加热即可弯曲，施工成本低，而且弯曲部位产生的内应力要比较低，对管材的使用寿命影响小。同时因为管材柔软容易固定，对固定管材用的铁丝网的要求比较低，可以节约成本。3.PE-RT、PB、和PEX的耐低温冲击性都比较好，而PP-R和PP-B的耐低温冲击性比较差。PE-RT管材在-40℃时的抗冲击性与PP-R管材0℃时的抗冲击性相近。耐低温冲击性好的管材冬季施工时管材不易受到冲击而破裂，增加了施工安排的灵活性。4.从各种管材热传导系数来看，PEX、PERT管为0.40W/mk，PPR管为0.22W/mk，PB管为0.17W/mk，PEX和PERT管的导热性比PP-R和PB管高大约一倍。和热水输送用的管材需要材料好的保温性不同，用于地板采暖的管材需要好的导热性，这样加热速度更快，相应的采暖运行费用比较低。从导热性来看，在各种管材中PE-RT和PEX是比较适合地板采暖的使用的。5.和PE-RT、PB、PP-R等其他几种热塑性管材不同，PEX管的耐热耐压性能不是靠材料本身而是靠交联来保证，所以一旦交联度出现问题，其使用性能将严重下降。PEX由于PEX管材生产时需要交联，生产工艺相对复杂，对厂家工艺控制水平要求较高，质量受工艺的影响比较大。由于PEX-a使用的原料是粉料，需要在生产时与抗氧化剂和交联剂等助剂混合，所以混合的质量就成了控制交联均匀度的关键。如果混合不均匀，交联剂和抗氧化剂等助剂分散不好，则管材交联的均匀度可想而知，管材的可靠性自然会严重下降，管材可能会产生薄弱点。我国交联管的标准中没有交联均匀度的控制指标，只控制管材的交联度，造成了质量上的隐患。热塑性管材加工工艺简单，加工中对管材质量的影响因素少，管材性能由材料自身来提供，只要有合适的设备，产品质量的可靠性比较高。由于PEX管材不可回用，一旦出现有的厂家舍不得将不合格品废掉，以次充好的现象，结果将不堪设想。对于要求高可靠性的地板采暖懂得管材而言，热塑性的管材应该更加符合使用的需要。6.PE-RT、PB、PP-R等热塑性原料在生产或使用过程中产生的可以回收，不污染环境，比PEX具有较高的环保性。随着民众环保意识的觉醒和国家环保力度的加大，符合更高环保要求的产品在未来的竞争中将拥有更大的市场。而PEX-b管中使用的引发剂对生产员工也会产生不良的影响，对劳动保护也会产生负面影响。PEX-b管由于其残留影响人体健康，99年1月欧洲共同体禁止在供水管中使用，这种现象也应该引起我们的重视。7.塑料管埋设在砼内，虽然施工要求很精细，对装修地面也有要求，但在施工过程中和房屋装修的过程中，无意的局部破坏是难免的。一旦出现局部破坏的情况，PE-RT和PB类管材能够热熔连接，很容易补救，而且其接头的耐久性能同管材一样。而交联聚乙烯解决的唯一途径是用金属接头连接，这样在砼内便埋下了隐患，收缩、腐蚀要不了多少年就会出现渗水。国外一些国家明确规定金属接头不允许暗敷，只能明装，上海明确规定金属接头不允许进墙，所以采用可热熔的管材做地板采暖是有一定的优势的，结合我国的施工队伍素质尚待提高的现状，采用非交联的材料更有现实的意义。8.各种原料的价格如下，PB（BASELL）4万元/吨，PEX-b1.4万元/吨，PE-RT1.5-1.7万元/吨，PEX-a0.9万元/吨。由于PEX-b管材的加工费用比较高，所以管材的价格情况一般是PB＞＞PEX-b＞PE-RT＞PEX-a，可见PE-RT的价格介于PEX-a和PEX-b之间。在地板采暖施工中，管材价格仅占整个成本的一半左右，如果管材价