建筑内冷热水系统用塑料管材讨论-于东明.ppt
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1、建筑内冷热水系统用塑料管材讨论,于东明,一、建筑内冷热水系统用管材简介(一)建筑内冷热水系统用管材主要包括三个方面,(1)、生活冷热水系统。(2)、散热器连接管。(3)、辐射供冷、供暖系统。近年我国太阳能热水器发展迅猛,管材使用量较大,并且其技术要求也有别于上述三种管材,很可能作为一个独立品种存在,值得关注。,(二)塑料管材的优势,建筑一直是各种管材的主要应用领域,在建筑内冷热水系统中,塑料管道的优势大于许多传统管材,如塑料管道的耐腐蚀性、卫生性、抗蠕变性、使用寿命等都是许多传统管材所无法比拟的。尤其是采用塑料管道,节能减排效果显著,早在上世纪七十年代就已引起国际间高度重视。,使用10年后的P
2、E-X管和钢管的腐蚀情况对比,(二)塑料管材的优势,(1)、生产各种材料所耗能源的比较,从图中可以看出,塑料的能耗为63KJ/m387KJ/m3,而钢材的为316KJ/m3,为塑料的5倍。,(二)塑料管材的优势,(2)、据英国帝国化学公司(ICI)调查资料显示,在1974年到1978年间生产的小口径(4in)管材,100Km的能耗换算成石油如表所示:,(二)塑料管材的优势,(3)、从上述两组数据中可以看出,塑料是一种低能耗高价值的材料。不仅如此,塑料管材在使用过程中,也有明显的节能效果,相同内径塑料管的输水能力比钢管高30%,可节省的能源相当惊人。,(三)冷热水系统用塑料管材使用条件分级,表
3、中 所 列各种级别的管道系统均应同时满足在20和1.0 M Pa下输送冷水,达到50年寿命。所有加热系统的介质只能是水或者经处理的水。注:TD、Tmax和Tmal值超出本表范围时,不能用本表。,(四)冷热水系统用塑料管材使用条件分级的说明,(1)、该使用条件分级系根据北欧等高寒地区国家的条件统计制定的,该地区供暖周期有的高达10个月,我国大部分地区供暖周期仅45月,并且我国供暖系统大多采取间歇供暖的模式,因此这一条件分级中的4级在我国采用,其安全系数是很高的。,(四)冷热水系统用塑料管材使用条件分级的说明,(2)、原ISO/DIS中使用条件分解是有3级的,其典型应用范围为3040的低温热水地面
4、辐射供暖系统,在ISO/DIS修订时删除了该条。根据我们的考察,3040的低温热水地面辐射供暖系统其市场前景是乐观的。应当保留。否则这3040的低品位热能弃之可惜。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,(1)、PE-X管材。(2)、M/P管材。(3)、PP管材。(4)、PE-RT管材。(5)、PVC-C管材。(6)、PB-1管材。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,(1)、交联聚乙烯管材 普通聚乙烯耐热性差,制成的管材使用温度一般不超过45,无法用于建筑内冷热水系统。对聚乙烯进行交联改性,可以明显的提高聚乙烯的耐热性,抗蠕变能力等。早期的交联聚乙烯主要用于电线电缆耐热绝缘层的制造,上世纪
5、的七十年代初开始用于耐热管材的制造,并成功用于建筑内冷热水系统,至今已有近40年的历史。在欧洲的地暖市场上,PE-X管材的占有率始终不低于50%,并且呈上升趋势。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,已纳入标准的交联聚乙烯管材,按交联方法划分共有四种:、PE-Xa管材,过氧化物交联聚乙烯管材。、PE-Xb管材,硅烷水解交联聚乙烯管材。、PE-Xc管材,高能辐照交联聚乙烯管材,、PE-Xd管材,偶氮交联聚乙烯管材。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,PE-Xd管材,1975年发明,至今并未商品化。原因也很简单,因为PE-Xd管材的生产是先成型管材,此时交联剂偶氮化合物并不分解,然后使管材通
6、过亚硝酸钠/硝酸钠/硝酸钾混合后的熔盐,熔盐温度高于交联剂 偶氮化合物的分解温度,使交联剂偶氮化合物分解,对聚乙烯管材进行交联。亚硝基具有致癌的作用,混合的熔盐回收困难,环保问题解决以前,PE-Xd管材恐难工业化和商品化。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,其它三种交联聚乙烯管材在欧洲市场上呈三足鼎立态势,在德国PE-Xa管用量最大、价格最高,而在我国PE-Xa管价格最低,这是很不正常的。在亚洲,中国、日本和韩国,基本是PE-Xa的一统天下,我国尚有少量PE-Xb管材和PE-Xc管材,韩国无PE-Xc 管材,PE-Xb管材在10多年前曾有过,现已淘汰。PE-Xa管材、PE-Xb管材、PE-
7、Xc管材、可焊性差,而今人们又开始谈论可焊性好的离子交联(盐交联)聚乙烯管材。期望其早日问世。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,(2)、M/P管材:M/P管材目前仅指铝塑复合管,分搭接焊对接焊两种,如右图:其品种包括:、,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种一般为五层结构,如下图:内塑料层 粘胶剂层 铝(合金)层 粘胶剂层 外 塑料层,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,金属层有电解铝层,也有铝合金层,搭接焊和对接焊铝塑复合管中各有不同的要求。粘胶剂有低熔点和高熔点的两种,搭接焊和对接焊铝塑复合管中也各有不同的规定。内塑料层被称为功能层,可为PE-X、PE-RT、也有普通HDPE的,应
8、按标准规定确定。外塑料层被称为保护层,不一定与内塑料层完全相同,符合标准规定即可。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,(3)、PP管材 PP管材按其出现的先后顺序有人将其分为四个型号:、型PP管材,PP-H管材,均聚聚丙烯管材。、型PP管材,PP-B管材,乙烯/丙烯嵌段共聚物管材。、型PP管材,PP-R管材,乙烯/丙烯无规共聚物管材。、型PP管材,PP-RCT管材,晶型乙烯/丙烯无规共聚 物管材。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,PP-H管材,均聚聚丙烯管材,耐热性很好,冲击韧性太差,建筑领域难以采用。A、1972(1)年在水暖散热器上的试验;B、南京磷肥厂输送150磷酸试验;C、农
9、科院小麦试验田灌溉管;D、北京大兴机井管;E、天津深井会议;F、援非机井。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,PP-B管材,乙烯/丙烯嵌段共聚物管材,耐热性较好,低温冲击韧性很好,热强度较低,抗蠕变能力较差。韩国多用于冷水给水管道系统和临时管道系统。意大利建筑内下水管道系统多采用PP-B管道。我国现已很少采用。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,PP-R管材,乙烯/丙烯无规共聚物管材,耐热性较好,抗蠕变能力稍好,低温韧性较差,在欧洲和我国现主要用于建筑内生活冷热水系统,地暖和散热器连接管极少采用。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,PP-RCT管材,晶型乙烯/丙烯无规共聚 物管材,
10、2007年DIN标准中刚出现的PP管材新品种。普通PP-R管材的结晶形态为晶型,材料的冲击韧性较差;而晶型的PP-R耐热性很好,抗蠕变能力很强,低温韧性较好,主要性能不低于PE-X,前景光明。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,(4)、PE-RT管材PE-RT型,以韩国原料为代表,其中SK的PE-RT为乙烯/辛烯共聚物,而LG的PE-RT为乙烯/己烯共聚物。PE-RT管材以DOW原料为代表,陶氏化学2388为乙烯/辛烯共聚物。巴塞尔乙烯/丁烯共聚物,如何归类,未见报道。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,(5)、PVC-C管材PVC-C管材耐热性比较高,连续使用温度是本文所述管材中最高
11、的。但因PVC-C管材冲击韧性较差,其连接困难,其用途局限性很大,目前用量较少。,(五)建筑内冷热水系统用塑料管材品种,(6)、PB-1管材PB-1管材,聚丁烯-1管材,热强度高,柔量大,对缺口敏感,抗划痕能力差,价格高。在美国已彻底绝迹,在欧洲市场上接近被淘汰,在我国被称为“软黄金”,令人奇怪。,(六)塑料管材的蠕变性能,1、蠕变数据是工程选材和产品设计的重要依据。蠕变是时间的函数。与大多数传统材料不同,塑料在常温下就处于塑性状态,并且大分子比较松散,其蠕变对温度有着强烈地依赖性。2、建筑内冷热水系统对管材的设计寿命规定为50年,管材的老化和蠕变是影响管材寿命的两个最重要的因素。3、耐老化可
12、以通过配方的改进及采取其它防护措施等很好的解决;而蠕变属于材料的固有特性,人为的去影响效果不大。4、冷热水系统用塑料管材的标准中,对管材的蠕变性能都做出了明确的规定。而其它用途的材料都很少能做到这一点。,(1)、PE-X管材等应变蠕变曲线,PE-X管材的等应变蠕变曲线的突出特点在于:、曲线斜率小;、在推导时间内曲线上未出现拐点;、热强度很高;、温差10的两条平行线间距最小,(2)、-PE-RT等应变蠕变曲线,这幅-PE-RT的等应变蠕变曲线图来源于DIN16833,并被纳入我国建设部的行业标准中。坦言之,在诸多冷热水系统用塑料管材中,这幅曲线图并不能说明PE-RT有多大优势,曲线上拐点出现较早
13、,热强度也比较低,并且多数PE-RT树脂制造商不能提供令人信服的测试数据。,(3)、-PE-RT等应变蠕变曲线,DOW系最先研发PE-RT树脂的制造商,该公司所提供的2344E和2388牌号PE-RT的等应变蠕变曲线图表明其蠕变性能十分优秀,不仅在推导时间内曲线上未出现拐点,并且曲线斜率较小,热强度接近于PE-X。2002年笔者在国内率先研制成功PE-RT管材时在一篇文章中曾预测:PE-RT管具有与PE-X管竞争的潜能,所指即为这种(型)PE-RT管。不期被我言中,近几年我国PE-RT管的产销量迅速提升,已接近PE-X的产销量,但并不是-PE-RT,而是-PE-RT,这确是始料所不及的。,(4
14、)、PB-1等应变蠕变曲线,、从PB-1管材的等应变蠕变曲线上可以看出:PB-1的热强度很高,在大多数温度条件下,PB-1的热强度高于PE-X,但在较高温度时,PB-1的热强度低于PE-X。、每一条曲线上都有一个拐点,20时这个拐点出现在11年稍后,60时这个拐点出现在1年稍后,110时这个拐点出现在200h左右。拐点左侧曲线斜率较小,拐点右侧曲线斜率急剧增大;,(5)、PVC-C等应变蠕变曲线,四种PP管等应变蠕变曲线的比较,PP-H PP-B PP-R PP-RCT,几种冷热水系统用塑料管材等应变蠕变曲线的比较,PE-X-PE-RT PP-RCT PB-1-PE-RT PP-R PVC-C
15、,PE-X-PE-RT PP-RCT PB-1-PE-RT PP-R PVC-C,PE-X-PE-RT PP-RCT PB-1-PE-RT PP-R PVC-C,PEX-PE-RT PP-RCT PB-1-PE-RT PP-R PVC-C,(七)建筑内冷热水系统用塑料管道的连接技术,(1)、PE-X管材的连接、利用PE-X独有的记忆功能,可采取卡套式连接 件连接,欧洲推荐。、卡压式连接件连接,比卡套式连接件连 接更可靠。、电熔焊接,PE-Xc管材不可;PE-Xa、PE-Xb管材可 焊接,但长期性能不详。,PE-X记忆效应的演示,PE-X记忆效应应用的实例,PE-X不熔的演示,(七)建筑内冷热水
16、系统用塑料管道的连接技术,(2)、M/P管材的连接主要采用卡套式连接件连接和卡压式连接件连接。采用卡压式连接件连接,比卡套式连接件连 接更可靠。、对PAP5可采用双热熔焊接,但成功率稍低。,(七)建筑内冷热水系统用塑料管道的连接技术,(3)、PP管材的连接、电熔焊接,非常可靠。、超声焊接,非常可靠,国内尚未开展此项。、热熔焊接,比较可靠。、卡套式连接及卡压式连接,长期性能不详。,(七)建筑内冷热水系统用塑料管道的连接技术,(4)、PE-RT管材的连接、电熔焊接,非常可靠。、热熔焊接,比较可靠。、卡套式连接,长期性能不详。、卡压式连接,比卡套式连接略好。,(七)建筑内冷热水系统用塑料管道的连接技
17、术,(5)、PVC-C管材的连接 粘胶剂粘接。粘接后需放置一段时间后才可以进行静液压试验。PVC-C管材虽然也是热塑性塑料管材,但因其熔融温度与分解温度非常接近,熔接温度控制极难,工业上无法对其进行热(电)熔焊接。采用高频焊接、摩擦焊接虽然可以,但装置复杂应用局限性较大,在建筑内冷热水系统施工中尚无采用先例。,(七)建筑内冷热水系统用塑料管道的连接技术,(6)、PB-1管材的连接、电熔焊接,非常可靠。、热熔焊接,比较可靠。、卡套式连接件连接,长期性能不详。、卡压式连接件连接,比卡套式略好。,(八)与管材有关的一些其它情况,(1)、弯曲性能PB-1管材、PE-RT管材、PE-X管材柔量大,在不借
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