地暖用塑料管材.docx

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1、地暖用塑料管材原料、设备、工艺和质量综述低温热水地面辐射采暖俗称“地暖”是室内最舒适的采暖方式之一，它具有舒适性强、节能、便于治理、不占用室内面积、日常维护少、热源敏捷等优点，因此它正在成为越来越多人的选择。地暖系统主要承受冷热水塑料压力管作为输送热水的管道，据报道，2023 年我国建筑内用冷热水塑料管道总量已经到达 40 万吨，其中聚烯烃类管材到达 12 万吨。其中地暖用塑料管材主要包括：聚丁烯管 PB，无规共聚聚丙烯管PPR，耐热聚乙烯管PE-RT，交联聚乙烯管PE-X，聚乙烯铝塑复合管PAP，交联聚乙烯铝塑复合管XPAP。其中交联聚乙烯管依据其交联工艺的不同又分为过氧化物交联聚乙烯PE-

2、Xa，硅烷交联聚乙烯PE-Xb，辐射交联聚乙烯PE-Xc和偶氮交联聚乙烯PE-Xd。而铝塑复合管又分为搭接式和对接式两种。PB 管重量轻、柔性好、抗冻耐热性能好、尤其是它具有独特的抵抗蠕变破坏的力量， 早期在美国被广泛地应用于输送热水。但上世纪 90 年月中，美国在用的 PB 管在全美国范围内消灭多处爆管渗漏事故，原料生产商患病巨额索赔，从今美国不再使用PB 管。而在国内市场，PB 管从来就没有成为过地暖系统的主要管材，其中的缘由最主要的还是目前国内的 PB 树脂只有巴塞尔和三井二家供给商，供给量受到严格限制，而且价格很高。而从技术角度来看，PB 管的透氧率是上述管材中最高的，高透氧率的结果一

3、方面是对采暖系统构成威逼，尤其是对系统中的金属设备和零部件，另一方面则是管材本身的氧化程度会更高，被氧化降解的程度增大。虽然现在国内外的实际销售的 PB 管材大都带了阻氧层一般是一层0.1mm 厚的 EVOH，但也增加了其本钱负担。所以PB 管在地暖系统中的应用前景尚有较大的不确定性。PE 的辐射交联是在常温下，由加速粒子 射线或电磁波 射线引发，使聚乙烯碳链产生活性自由基，使之形成分子链间的 C-C 键合，从而形成交联的网状构造，且交联点随辐射剂量的增加而增加。由于此法是常温下固相交联，交联前后的晶体构造根本不变， 所以材料的性能改善格外的明显。另外，由于交联是在产品成型后进展的，故对成型无

4、特别的限制，可用一般塑料成型方法进展加工。但由于辐射交联法设备昂贵，受辐射源的限制， 以及通常只用于薄壁制品厚制品很可能使外表降解而内部交联缺乏等缺陷，从而使其在地暖管材方面的使用受到了限制。据报道，目前国内仅有广东佛塑集团经纬分公司一家生产。过氧化物交联PE-Xa是通过过氧化物分解，生成化学活性很高的游离基，这些游离 基夺取 PE 分子链的氢原子，使聚合物的分子链成为活性游离基，两个大分子自由基的结合产生 C-C 的交联构造。这是目前国内应用量最大的地暖用管材品种，国内约有 600 余条生产线，且主要分布在我国北方地区。其中70%是从韩国进口的生产设备，30%为国产设备， 其加工工艺都是承受

5、柱塞式挤出机挤出管材，聚乙烯的 C-C 交联反响在挤出过程中，聚乙烯处于熔融状态下完成。这一工艺生产的 PE-Xa 管材与目前欧洲普遍承受的双螺杆挤出盐浴法或红紫外线辐射过氧化物交联法生产的聚乙烯管材，虽然都属于 PE-Xa 管材，但它们之间也存在着一些明显的差异，国内产品的特点是：企业生产规模小、生产工艺落后、生产效率低、产品档次低、质量不稳定。这一工艺生产的 PE-Xa 管材在国内市场已经处于产能严峻过剩的状态，据报道，国内的 600 余条生产线中约有 30%处于停产、半停产状态。而双螺杆挤出盐浴法或红紫外线辐射过氧化物交联聚乙烯是先在成型加工温度下挤出成 型，成型后的管材再通过高温盐水浴

6、进展交联，其温度比成型温度高以利于交联反响的进展， 或使用红紫外线引发过氧化物分解使聚乙烯进展交联。这种工艺生产效率高、产品质量稳定，但设备投资很大，目前主要在欧洲应用较多。偶氮交联聚乙烯PE-Xd是通过偶氮化合物分解，使聚乙烯形成 C-C 交联，其交联原理与过氧化物交联类似。但由于偶氮化合物分解温度较底，且产品中存在偶氮化合物污染的问题，所以虽然在理论上这是一个成熟的过程，但并未在交联聚乙烯中得到的应用。PPR 是在聚丙烯分子链上引入无规分布的共聚乙烯单体得到的一种无规共聚聚丙烯， 一般共聚物中大局部共聚单体在分子链上孤立存在。这种共聚物在很多方面与均聚的等规聚 丙烯类似。只是由于参与共聚的

7、乙烯单体无规分布在等规聚丙烯的分子链上，导致分子链的 等规性降低，无规程度增加，因此分子链的柔性增加，玻璃化温度、结晶度、熔点下降。乙烯单体的引入大大地改善了 PP 的脆性，且由于其在热水使用条件下的长期静液压强度比其次代的聚丙烯/聚乙烯嵌段共聚物PPB有了很大提高，使其在热水管市场得到推广。但 由于 PPR 的低温性能较差，脆化温度为-5 - 10，且管壁较厚，弯曲施工比较困难，假设在地暖系统中使用需要使用较多的管件来协作，因此其在地暖系统中的应用受到了限制。基于上述状况，本文从原料、设备、工艺、质量四个方面，对主要的地暖用塑料管材进展论述，包括 PE-RT，PE-Xb，PAP/XPAP，其

8、中 PAP/XPAP 又按生产工艺的不同分为搭接焊式和对接焊式两种。1. 耐热聚乙烯管PE-RT1.1. 原料：耐热聚乙烯是上世纪 80 年月由Dow Chemical公司开发的一种不需要交联即可用作热水管原料的中密度聚乙烯，在原料分级上来讲它仍属于 PE80 级管材用中密度聚乙烯，其 MDS 为 8MPa。它使用辛烯作为乙烯的共聚单体，承受茂金属催化剂在聚合反响过程中对聚乙烯分子链上的辛烯支链数目和分布进展适度掌握，与使用丁烯和已烯为共聚单体的聚乙烯来比较，用辛烯为共聚单体使聚乙烯分子链上生成的支链长度为 6 个碳原子，由于支链较长，它在片晶间的无定型区域中不仅可以起连接链的作用，还能产生链

9、缠结，起到类似于交联的作用，从而使其具有可在 80以上高温下长期工作的耐热力量。与一般的双峰分布 MDPE 和 HDPE 管材用料不同，PE-RT 的分子量分布较窄，因此它的加工性能比一般的 PE 管材料差，工艺参数方面的掌握要求比一般的 PE 管材要求高，这一点在供给商供给的加工指南中得到了证明。从地暖用管材的要求角度看，PE-RT 有以下优点：柔韧性好，管材可以按盘卷方式供给；施工时可以用热熔或电熔方式连接；热传导性较高。PE-RT 管材专用料前期全球仅美国 Dow Chemical 和韩国 SK 二家公司正式公司生产，牌号分别为 DOWLEX 2344、2388 和 DX800。据最近有

10、报道称，BASELL 公司已经推出了牌号为 4731B 的 PE-RT 管材专用料；而扬子石化的 PE1802 在性能上可替代进口料，目前已有局部管材厂家在使用。1.2. 设备：由于 PE-RT 是 PE80 级材料，所以它对加工设备的适应性较强，除对加工温度范围的要求稍严格一些外，一般加工聚乙烯管材的生产设备都能用于生产 PE-RT 管材。1.2.1. 挤出机：挤出机是管材生产线的核心，与一般 HDPE 管材一样，PE-RT 多用单螺杆挤出机来生产。塑化的均匀性和熔体输送的稳定性对最终产品质量和设备生产效率的影响是打算性的。所以 PE-RT 管材挤出机应当配置 30:1 以上长径比的屏障型螺

11、杆以使物料的塑化质量得到保证，同时原料供给商供给的 PE-RT 原料加工指南中提出螺杆的压缩比应在 2.2 2.5 之间。螺筒应当是在进料段开沟槽的螺筒以获得较高且稳定的挤出量。在这样的螺杆螺筒搭配中应留意到一点，那就是要把螺杆螺筒的磨损降到最低限度，尤其应关注螺筒开槽段的压力，由于此处的压力大则整条螺杆流道内的压力都会大，这会直接加大这两个关键零件的磨损。有效的设计是将螺杆在喂料区的螺距减小或将螺杆挤出区的螺距加大或二个措施同时实施但螺杆的加工难度加大。这种设计在国内挤出机中还不多见。1.2.2. 机头：用于 PE 管材生产的最传统的机头是支架式机头，但现在它仅在 PE-Xa 生产设备中被使

12、用了，缘由是虽然这种机头需要有较大的压缩比以消退管材的熔接痕，但在构造上它会使管材制品存在密度和力学上的薄弱局部。一些的机头构造可以改善这方面的缺陷，如筛板式机头、篮式机头、螺旋机头等。其中螺旋机头和蓝式机头以及将这两种构造结合起来使用的机头已经普遍地用来生产 PE 管材，其优点在于能更好地焊合熔体，明显地降低机头压力，管坯在机头的流淌过程中所的流淌取向很低，从而能在较低的熔体温度和小管径下实现很高的生产速度。需要引起留意的是，在原料供给商供给的 PE-RT 管材加工指南中提到：口模间隔应等于管材壁厚的 1.7 倍。1.2.3. 定径套：定径套的设计是否合理对于管材的尺寸精度、管壁应力以及生产

13、效率都有重 要影响，由于生产速度较高，现在绝大多数 PE 管材生产线都承受双腔真空箱定径。原料供给商供给的 PE-RT 管材七条加工指南中有提到：口模到定径段间隔应为 2 10cm；为防止粘连，管材通过定径段前需要对管材进展预喷淋，可见定径套在 PE-RT 管材加工设备中有肯定的特别要求，所以 PE-RT 管材生产线应配置带预冷装置的高效真空定径套。有资料介绍在引进设备中已经使用了一种独特的水润滑式定径套，采 用这种定径套时，管材的外外表并不与定径套内外表直接接触，其间有一层“水膜”，它在保证了定径准确的同时提高了冷却效率，因此可以提高生产速度。1.2.4. 冷却槽：PE 管材的冷却有水浴冷却

14、和喷淋冷却两种，一般是小直径管材用水浴，大直径管材用喷淋。原料供给商供给的 PE-RT 管材加工指南中提到：管材冷却应承受浸泡式冷却即水浴冷却方式。在高速 PE 管材生产线中使用多段冷却槽对于掌握冷却速度，进而降低管材的内应力是有利的。1.2.5. 壁厚和直径检测装置：现在先进的 PE 管材生产线上都配备了壁厚和外径的在线检测装置，并且将检测结果反响到掌握中心，对相关参数进展自动调整。生产线上用的壁厚检测装置主要有红外线和超声波两种类型，超声波测厚仪使用较多。外径的在线自动检测一般用激光测径装置。1.2.6. 标识打印机：PE 管材生产线都配有在线标识打印机，一般为喷码打印机。1.2.7. 牵

15、引机：在管材生产线中，带状牵引装置用于薄壁及小直径管材，履带牵引装置用于 厚壁和中大直径管材。有资料介绍，最的高速管材生产线配置了多组带状牵引装置， 以适应高速度生产的需要。1.2.8. 切割机：径向锯在 PE 管材生产线中使用较多，尤其是中小口径管材生产线，而且一般都配有强力吸屑装置。1.2.9. 卷绕机：生产速度较高一般是线速度大于 5m/min的中小口径 PE 管材生产线一般配有双工位卷绕机，而大口径管材生产线则是配置成品存储槽。1.2.10. 电气掌握：如前所述，PE-RT 原料要求将加工温度掌握在比一般管材加工温度更窄的范围这主要是由于与 -烯烃共聚后，PE 材料熔体粘度及熔体强度对

16、温度的敏感性增大，所以在工艺温度掌握方面要求比一般 HDPE 管材生产线高，尤其是在降温效率方面，应避开在高速生产过程中产生自升温及温度波动现象这也与螺杆的设计有很大的关系。管材生产线掌握方面的另一个重点是挤出、冷却和牵引速度的同 步掌握和调整，尤其是在高速生产线上这是格外重要的，比方可以依据在线测厚仪反响的结果对牵引速度进展动态调整，为此现在较先进的管材生产线承受了PLC 或PCC 掌握，利用这个掌握模式，可以将各区段实际温度、熔体压力、管材壁厚、管径、挤出机和牵引机的速度等数据实时反响到掌握中心，并按设定的模式和条件进展自动调整或显示报警。1.3. 工艺：PE-RT 管材的加工工艺与一般

17、PE 管材的加工工艺类似，除应按原料供给商供给的加工指南进展适当调整外，没有什么特别之处。1.3.1. 工艺过程：自动上料 原料熔融挤出管坯成型 真空定径 水浴或喷淋冷却 在线壁厚和直径检测 在线标识打印 带状或履带牵引 管材切割 成管卷取或堆放 成品质量检测 包装温控区段设置温度 螺筒螺筒螺筒螺筒螺筒连接机头机头机头机头12345颈12341601701801851851851801801802001.3.2. 温度掌握：原料供给商供给的加工指南中提到：熔体温度 250；挤出机温度设定： 180 - 230。另有资料报道，由于温度过高会引起 PE-RT 熔体强度的明显降低进而影响其成型的稳定

18、性，故 PE-RT 的熔体温度一般应掌握在 190左右，且温度掌握精度应不超过1。建议的挤出机温度设置参数如下：1.3.3. 熔体压力掌握：PE-RT 管材生产过程中的熔体压力应当掌握在 15 20MPa 范围内， 且波动幅度不大于 0.5%。1.3.4. 冷却水温的掌握：冷却水温的掌握手段主要是依据管材的规格和生产速度掌握进水 量，在使用多段冷却槽时，应保持各段冷却槽的水温有肯定的梯度，以三段式冷却水槽为例，生产 PE-RT 管材时的冷却水温掌握点应分别在 40，35，30左右。1.3.5. 生产速度掌握：管材生产过程中的速度掌握主要是要把握好挤出速度、冷却速度与牵引速度之间的关系，在实际生

19、产过程中螺杆螺筒构造、定径冷却力量和牵引速度范围是限制生产速度的重要因素，这需要在实际生产实践中不断总结、摸索和改进。1.4. 质量：随着塑料管道系统在国民经济中应用的不断扩大，多年来人们从应用角度对塑 料管道系统的总结和生疏的不断深化，承受了塑料管材的优点，也觉察了塑料管材消灭的各种问题，因此对塑料管材的质量要求也从过去的针对制品的物理机械性能方面转向了针对使用过程中的力学破坏问题的关键指标。对地暖用塑料管材来讲，最主要的是管材的长期静液压强度性能，这是由于塑料管材在应用中的失效大多是由于长期静液压载荷对塑料管材造成蠕变破坏，而塑料管材蠕变破坏的特点是破坏压力随时间增加而降低。不仅如此，地暖

20、管的用途是采暖，因此它的工作环境温度肯定是超过常温的，而塑料管材的蠕变破坏压力还随温度的上升而降低。而其它两种塑料管材的重要性能，抵抗快速裂纹增长的性能和抵抗慢速裂纹增长的性能，前者主要是针对大口径管材，而后者主要是针对施工过程可能对管材造成明显损伤的状况，它们在地暖用管材中发生的几率是格外格外低的。1.4.1. PE-RT 地暖用管材现在执行的是 2023 年开头实施的，由建设部公布的城镇建设行业标准，CJ/T 175-2023 冷热水用耐热聚乙烯PE-RT管道系统。1.4.2. 该标准从使用温度范围和时间方面规定了 PE-RT 的 4 个使用条件级别，和 4 个设计压力。管材可以带阻隔层，

21、也可以不带阻隔层。有 5 个管系列 S。规定的公称外径为12 160mm，壁厚偏差不允许下差，同时也规定了相应的热熔承插和电熔连接收件的承口尺寸系列。1.4.3. 在管材的物理力学性能方面，有纵向回缩率，10.00MPa/20/1h，3.55MPa/95/165h和 3.50MPa/95/1000h 静液压试验，静液压状态下热稳定性试验和熔体质量流淌速率等几方面的要求。1.4.4. 在系统适用性方面，有系统静液压试验，耐拉拔试验，热循环试验，循环压力冲击试验和耐弯曲试验等方面的要求。1.4.5. 检验规章中将 PE-RT 管材的检验分为出厂检验、型式检验和定型检验三种，其中出厂检验要求的工程有

22、：外观要求，尺寸，纵向回缩率，20/1h 和 95/165h 静液压试验和熔体质量流淌速率；型式检验工程增加了：95/1000h 静液压试验，透氧率， 卫生性能，系统静液压试验，耐拉拔试验和耐弯曲试验。1.4.6. 生产过程中质量掌握关键点：首先是必需坚持只使用经国际权威机构检验认可的原材料牌号的原则，把好原料关；其次，必需针对每个规格的产品和不同的生产设备制定标准工艺参数，并总结和制定各工艺参数的允许偏差范围，使管材在稳定的工艺状态下产出从而保证产品质量的牢靠性，特别留意掌握因冷却速度过高而导致管材应力过大、挤出波动和挤出与牵引速度匹配不良导致的管材壁厚不均这两类常见的管材质量缺陷；第三，由

23、于 PE-RT 是热塑性的，标准允许在生产中使用自己生产过程中产生的符合标准要求的不超过 10%的回用料，因此在提高成品率的同时，对不行避开产生的开机料、残次品进展标准化治理并执行标准的回收再用程序，以防止因使用回用料而影响产品质量；最终，应制定并执行合理的设备保养程序，以保证生产过程的可控性，这是稳定生产的根底和前提。2. 硅烷交联聚乙烯管PE-Xb硅烷交联聚乙烯是一种化学方法交联的聚乙烯，因此在硅烷交联聚乙烯管材生产过程中要进展聚乙烯-硅烷接枝反响和水解缩合反响，其中聚乙烯-硅烷之间的接枝反响是在挤出机中进展，反响的三个过程如下：a. 过氧化物引发 PE 自由基：b. PE 自由基与硅烷接

24、枝，得到硅烷接枝聚乙烯自由基：c. 硅烷接枝聚乙烯自由基通过自由基转移，形成硅烷接枝聚乙烯：水解缩合反响是挤出成型后的硅烷接枝聚乙烯管材在交联釜中完成水解缩合反响，以得到交联聚乙烯管材，其反响的二个过程如下：d. 硅烷接枝聚乙烯的 OR”基团与水发生水解反响，生成硅醇即硅烷接枝可交联聚乙烯：e. 在催化剂的作用下，官能团 Si(OR”)2OH 缩聚，形成交联构造：PE硅烷引发剂挤出硅烷接枝聚乙烯挤出硅烷接枝可交联聚乙烯温水PE催化剂抗氧剂挤出硅烷交联聚乙烯PE-Xb催化剂母粒在实际的工业应用上，硅烷接枝交联聚乙烯技术通常分为二步法Sioplas 法 和一步法Monosil 法。二步法是由 Do

25、w Corning 于 1972 年申请专利并投入工业化生产。它首先用少量过氧化物作引发剂，使乙烯基硅烷接枝到 PE 分子链上，而后与5的催化剂母料混合挤出，再在 85以上的水中或 105以下的蒸汽中进展水解、缩聚交联为产品。其工艺流程如下：由于接枝反响引入了少量的过氧化物，因而在反响体系中，除了接枝反响外， 可能存在着其他的副反响，如由过氧化物引发PE 交联的 C-C 键合，以及体系中抗氧剂的存在，捕获一局部自由基等等。但总体来说，由于接枝反响过程会引起分子链扩链，因而熔体的流淌性会下降。一步法是由瑞士的 Nokia-Maillerfe公r 司和英国的 BICC 公司于 1974 年申请的专

26、利。它是将两步法工艺合成一步完成，主要是把 PE 、硅烷、过氧化物、交联催化剂同时参加挤出机挤出，挤出产品即为可交联 PE ，经 85 以上的水中或 105 以下的蒸汽中进展交联即可。其工艺流程为：PE硅烷 引发剂催化剂抗氧剂挤出硅烷接枝可交联聚乙烯温水硅烷交联聚乙烯PE-Xb 由于一步法中引入了抗氧剂等助剂，因而保证挤出产品中有足够的接枝率是相 当重要的，且由于直接引入催化剂，所以接枝反响过程要严格掌握水分的含量，以免使接枝物产生预交联，使挤出产品发生挤出困难或影响产品的外观质量。PE-Xb 首先被运用于电线电缆产品，这是由于经过交联后的 PE 的耐热性和电性能均有所提高，因而一样材质状况下

27、，所能承受的载流量更大。在管材应用方面， PE 交联后，可以完全消退长期静液压条件下的脆性破坏模式，提高了常温下的长期静液压强度和热水条件下的长期静液压强度性能。在欧洲，PE-Xb 始终在地暖用管材市场中占据主导地位。国内的 PE-X 管材生产首先进展起来是基于硅烷交联聚乙烯技术的 PE-Xb 管， 最早进入工业化生产的是二步法生产工艺，管材生产厂使用硅烷接枝聚乙烯和催化剂母粒为原料一般称为 A, B 料，用一般聚乙烯管材生产线生产，它要求挤出机螺杆的长径比不能太大一般不超过 28:1，且不能有混炼元件。虽然二步法的原料都已经实现国产化，但实际上现在仅有很少企业用二步法生产 PE-Xb 管材，

28、这一方法更多地被应用在 XPAP 管材的生产过程中，其主要缘由是二步法专用料需要预先造粒，并且原料在真空包装的条件下也只有 180 天的保质期，所以二步法的原料配方本钱较一步法高出 20 30% 。以下针对一步法生产工艺进展争论。2.1. 原料：2.1.1. 树脂：GB/T 18992.1-2023 对 PE-Xb 管材用树脂并未进展严格规定，仅要求“生产管材所用的主体原料为高密度聚乙烯”。而实际上国内企业在生产 PE-Xb 管材时用料也不很讲究，从拉丝级的 5000S ，注塑级的 5031L 到各种 80 级和 100 级的 PE 管材料都有使用，虽然有文章报道过 5000S 用作 PE-X

29、b 管材料所发生的失败案例，但此案例中管材的失效是由于使用了 5000S 为基料还是由于其它方面的缘由并未进展深入的调查争论，因此，在生产 PE-Xb 管材时是否必需使用专用原料无论从根底争论方面还是实际生产和使用实践方面都还没有格外确定的结论。从另一方面来看，影响PE-Xb 管材质量的关键因素是交联度，GB/T 18992 要求 PE-Xb 管材的交联度不小于65% ，所以对树脂的选择应当主要基于如何保证管材有较高的交联度方面来考虑。理论争论的结果认为有三个方面对聚乙烯-硅烷间的接枝反响影响较大，也即是对 PE-Xb 管材的交联度影响较大，a. 由于叔 C-H、仲 C-H、伯 C-H 的单键

30、离解能分别为 385、397、410KJ/mol，即大分子链叔碳原子上的 H 原子简洁脱出，因此聚乙烯分子的支化度大，被引发生成游离基的几率就高，有利于接枝率的提高；b. 由于分子链上的 键如不饱和双键离解能为368J/mol，因此分子链存在的不稳定 键多，也有利于提高接枝率；c. 树脂的结晶度低，密度小有利于接枝率的提高。因此，选用具有双峰特性的 PE 管材料对于保证产品有较高的接枝率是有益的。目前国内市场上的管材料的牌号较多，比方：上海石化的 YGH041T、齐鲁石化的 DGDB2480H、燕化的 6100M、金菲的 TR480、吉林石化的 JHMGC100S、韩国现代的 PH150、大韩

31、油化的 P301E、韩国三星的 P110A、BASELL 的 HE3490-LS 等。有报道称，北京燕山石化公司已经成功开发出了 PE-Xb 管材专用料，牌号为 2300XM，其主要特征是分子量及其分布适中、支链含量及分布合理以及助剂体系充分满足管材挤出加工及在输送热水介质环境 下长期使用要求，但未见更多的该原料的技术特征的报道，估量是使用其它根底原料 进展配混加工后的一种二次加工专用料。2.1.2. 硅烷：用于 PE-Xb 管材的硅烷主要有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。目前的生产实践中，乙烯基三甲氧基硅烷用于一步法 PE-Xb 管材，而乙烯基三乙氧基硅烷用于二步法 PE-Xb 管材

32、。其缘由是前者与 PE 进展接枝反响时的反响速度较高，而后者在加工过程中对水的敏感程度较低。2.1.3. 引发剂：PE-Xb 管材生产过程中均使用过氧化物为引发剂，生产实践中最常用的引发剂是过氧化二异丙苯DCP，这是由于它的分解温度和半衰期均与 PE-Xb 管材的加工工艺相匹配。也有使用 2,5-二甲基-2,5-二过氧化叔丁基己炔作为引发剂，它们适用于加工温度较高的状况下。2.1.4. 催化剂：PE-Xb 管材生产过程中均使用有机锡作为缩聚反响的催化剂，最常用的是二月桂酸二丁基锡，但在要求无毒的状况下应选用二月桂酸二辛基锡。2.1.5. 抗氧剂：PE-Xb 管材生产过程中可使用受阻酚类抗氧剂，

33、最常用的是抗氧剂 1010， 也有同时使用抗氧剂 168 的。由于抗氧剂的参加会降低接枝率进而影响到交联度，因此，应当将抗氧剂以母粒的形式与 PE 树脂混合后从料斗直接参加，而不是以粉料形式与硅烷混合后通过液体物料通道参加。2.1.6. 抗铜剂：为避开管材在使用过程中受铜的影响而加速老化，现在大局部的制造商在PE-Xb 的生产中使用抗铜剂，较常用的牌号为 MDA-5 和 MD1024。2.2. 设备：PE-Xb 管材是用化学交联方法生产的，一步法生产过程中是将全部的原料均一次性参加挤出机中成型，然后再将成型的管材放入热水或蒸汽中进展交联。原料配方中 约 97%是 PE 树脂，因此在小料的计量方

34、面就有严格的要求；另一方面，在加工过程中为防止预交联就必需严格掌握各种原料中的水含量，而硅烷的吸水性又很强，因此 对原料有枯燥要求；挤出过程是 PE 进展接枝反响的过程，因此挤出机螺杆的设计还必需考虑到对反响过程的适应性；PE-Xb 管材的挤出过程中，不行避开地会发生预交联，设备的流道中包括挤出机和机头流道也不行避开地会存在死角或物料滞留区，所以在 PE-Xb 管材的生产过程中需要定期清理流道，这就要求设备的相关部件要便利拆卸和装配。以上 PE-Xb 管材加工工艺特性也就对设备提出了一些特别的要求。2.2.1. 材料预处理装置：一步法 PE-Xb 管材生产要求原料的含水量不能超过 200ppm

35、，因此设备应配置与生产力量相匹配的除湿枯燥装置，一般状况下需要对树脂进展 4 小时以上的枯燥处理。2.2.2. 原料计量配送装置：一步法 PE-Xb 管材的原料中有固体树脂颗粒，也有液体的硅烷， 一般是将硅烷与引发剂按比例配成小料，按螺杆转速自动调整加料量，以保证配方的准确。2.2.3. 硅烷输送装置：由于硅烷是极易吸潮的物质，而挤出过程中对物料中水的含量是要严 格掌握的，所以硅烷的输送需要在良好的密封环境下进展，有时还需要使用氮气保护， 以使物料的含水量不超过规定的限度。2.2.4. 聚乙烯颗粒与硅烷的混合装置：在物料进入挤出机前，需要使各种原料充分混合，尤 其是聚乙烯颗粒与硅烷液体之间。一

36、步法设备是将硅烷连续地以喷雾方式注入下料口 上部，并在注入口下方配置一混料装置，通过搅拌使硅烷均匀吸附在聚乙烯颗粒外表。2.2.5. 挤出机：挤出机螺杆应承受长径比不小于 30:1 的屏障型螺杆，且须保证螺杆不存在使物料停滞的死区。由于这是一个反响挤出过程，挤出机的加工温度及温度分布对反响的影响较大，因此对螺杆温度进展掌握将有利于生产过程和产品质量的稳定和牢靠。螺筒也应当使用进料段带纵向沟槽的构造以使挤出量更加稳定和可控。此外，假设螺杆螺筒的设计使得挤出机的比产量单位转速的挤出量在全转速范围内保持恒定， 那么无论对于熔融物料的温度掌握还是生产过程中的配方掌握都是格外有利的。PE-Xb 管材生产

37、设备的挤出机主电机较一般 PE 管材挤出机的主电机功率稍大，这是由于 PE 在挤出过程中与硅烷发生接枝反响后熔体粘度会明显增加。2.2.6. 机头：由于 PE-Xb 管材的生产过程中不行避开地存在预交联，因此对机头在无死角、流道光滑方面的要求较一般 PE 管材用机头更高，而篮式机头由于不行避开地存在肯定的死区，因此不宜用于 PE-Xb 生产。2.2.7. 定径套、冷却槽、壁厚和管径检测装置、标识打印机、牵引机、切割机、卷绕机等与前述的 PE-RT 用设备类似，此处不再赘述。2.2.8. 掌握系统：除了需要有与 PE-RT 管材设备类似的掌握外，由于 PE-Xb 管材的生产过程中还需要对两类原料

38、固体原料和液体原料进展比例掌握，且与生产速度相关； 另外很多挤出机还对螺杆温度进展掌握，因此，PE-Xb 管材生产设备的掌握系统一般都承受 PLC 或 PCC 掌握方式。2.3. 工艺：PE-Xb 管材的加工工艺从根本步骤上来看与一般 PE 管材的加工工艺类似，但由于 PE-Xb 管材的加工过程不仅是一个物理上的成型过程，还包含了接枝和缩聚反响，因此对工艺过程的要求更加严格。2.3.1. 工艺过程：原料枯燥除湿 固相原料配混 / 液相原料配混 固相原料自动上料 / 液相原料自动计量输送 原料熔融挤出管坯成型 真空定径 水浴或喷淋冷却 在线壁厚和直径检测 在线标识打印 带状或履带牵引 管材切割

39、成管卷取或堆放 交联固化 成品质量检测 包装2.3.2. 生产配方：PE-Xb 管材的生产配方应依据所使用的原料种类、加工设备的特点以及产品种类进展设计，典型的 PE-Xb 配方是：原料名聚乙烯引发剂硅烷催化剂抗氧剂抗铜剂比例97.35%0.10%2.00%0.10%0.15%0.30%注：抗氧剂一般以母粒形式与 PE 树脂混合后随树脂参加，此时配方应按母粒中抗氧剂的实际含量对配方进展调整，具体的方式是增加表中“抗氧剂”的比例，削减聚乙烯的比例。温控区段设置温度 螺筒螺筒螺筒螺筒螺筒连接机头机头机头机头12345颈12341501701801902002102202202302502.3.3.

40、 温度掌握：PE-Xb 管材加工过程中，挤出机温度设置对于产品质量，尤其是交联度的影响很大，在设计挤出机温度设置时，通常期望引发剂的分解反响发生在压缩段，聚乙烯-硅烷的接枝反响发生在均化段。对于承受过氧化二异丙苯171时的半衰期为1min作引发剂的状况，建议的温度设置参数如下：2.3.4. 熔体压力掌握：由于接枝后的 PE 存在熔体粘度上升的状况，且 PE-Xb 原料在挤出过程中不行避开地存在少量的预交联，因此挤出过程的熔体压力比一般 PE 生产过程更高，一般应当掌握在 20 30MPa 范围内，且波动幅度不大于 1.0%。2.3.5. 冷却水温的掌握：由于 PE-Xb 管材的生产过程包括了交

41、联固化过程，因此冷却水温的掌握方面要求不必像一般生产 PE 管材时严格，在条件许可的状况下可以使用更低的冷却水温以提高生产效率。对于三段式冷却水槽，推举的冷却水温掌握点分别是 35， 30，25左右。2.3.6. 生产速度掌握：在一般的 PE 管材生产过程中，生产速度掌握主要是要把握好挤出速度、冷却速度与牵引速度之间的关系，以便在保证产品质量的前提下尽可能提高生产效率。但在 PE-Xb 管材生产过程中，更重要的是要考虑聚乙烯-硅烷接枝反响特性， 由于接枝反响程度打算了交联度，而生产配方、挤出过程的温度设置及各区段的温度分布以及设备尤其是螺杆的构造对接枝反响都有较大的影响，因此在实际生产过程中应

42、结合以上各方面状况将生产速度掌握在合理的范围内。2.3.7. 交联固化：PE-Xb 管材的交联固化过程简洁而成熟，对于水池设备，将成型后的管材放入 85 - 100的水中 8 12 小时，对于蒸汽房设备，将成型后的管材放入 100 - 105的蒸汽中 8 10 小时，交联固化过程即完成。2.4. 质量：塑料管材的力学破坏形式中，有韧性破坏和脆性破坏两种状况，在常温顺低压 下的破坏以韧性破坏为多，但随着使用压力或温度的提高以及承压时间的延长，多数塑料管材的破坏形式会转变为脆性破坏，这种现象被称为韧脆转化，在塑料管材的静液压试验中，消灭韧脆转化处被称为拐点。而 PE-X 管材是经试验确认的不存在拐

43、点的管材，这也是 PE-X 管材在欧洲被广泛用于地暖系统的缘由之一。而 PE-X 之所以不存在拐点正是由于它在分子构造上与其它塑料管材的不同，即它具有因交联而形成的网络状分子构造，因此 PE-X 管材的性能与其交联度亲热相关。PE-Xb 管材在挤出过程中发生接枝反响，成型后在热水中发生交联反响形成交联构造，由于使用过氧化物为接枝反响的引发剂以及物料中含有微量的水，在挤出过程中不行避开地会发生肯定的交联反响被称为预交联，它对 PE-Xb 管材的加工过程是不利的。由此可知，PE-Xb管材的质量掌握应围绕如何降低预交联和提高最终制品的交联度两个方面来进展。需要指出的是，虽然 PE-RT 管材是不需要

44、交联就能够用于热水输送的管材，但其推测静液压强度参照曲线说明，它仅在 50/12MPa 以下的条件下未觉察拐点，而 60/6MPa 条件下拐点约消灭在 15 年左右。2.4.1. PE-Xb 地暖用管材现在执行的是 2023 年开头实施的国家标准，GB/T 18992，包括GB/T 18992.1-2023 冷热水用交联聚乙烯PE-X管道系统 第 1 局部：总则， GB/T 18992.2-2023 冷热水用交联聚乙烯PE-X管道系统 第 2 局部：管材。2.4.2. 该标准从使用温度范围和时间方面规定了 PE-Xb 的 4 个使用条件级别，和 4 个设计压力。有 4 个管系列S。规定的公称外

45、径为 16 160mm，壁厚偏差不允许下差。2.4.3.在管材的物理力学性能方面，有 12.0MPa/20/1h，4.8MPa/95/1h, 4.7MPa/95/22h, 4.6MPa/95/165h 和 4.4MPa/95/1000h 静液压试验，纵向回缩率，静液压状态下热稳定性试验和交联度等方面的要求。2.4.4. 在系统适用性方面，有系统静液压试验，热循环试验，循环压力冲击试验，耐拉拔试验，耐弯曲试验和真空试验等方面的要求。2.4.5. 检验规章中将 PE-Xb 管材的检验分为出厂检验、型式检验和定型检验三种，其中出厂检验要求的工程有：外观，尺寸，纵向回缩率，20/1h 和 95/22h

46、 或 95/165h 静液压试验和交联度；型式检验工程增加了：95/165h 或 95/22h，95/1000h 静液压试验。2.4.6. 生产过程中质量掌握关键点：应选用质量稳定牢靠的树脂和其它配方原料，尤其是小料应中选用有知名度的大公司产品；配方确实定必需依据原料、设备、产品等方面的状况进展，且确定后需再变更时，应按肯定的程序进展，当原料发生变化时如供给商产品升级换代引起原料升级应当在得到供给商帮助的状况下重确定配方；应当在生产过程中执行严格的工艺纪律，全部配方、工艺参数设定等均应程序化治理，各种工艺参数还应当确定允许的偏差范围，以使管材在稳定的工艺过程中生产出来从而保证产品质量，在工艺参

47、数方面需要特别关注的是：物料的枯燥除湿条件温度、时间，各区段温度设置，挤出速度及物料在挤出机内的停留时间，以及挤出、牵引、卷绕之间的速度匹配等；由于 PE-Xb 管材的生产过程中有化学反响发生，因此在开机初期的一段时间内，由于挤出机中物料温度、压力未到达相当的稳定状态，导致接枝率较低从而最终产品的交联度没有保证，所以在实际的生产掌握中应规定相应的开机条件、时间和要求的状态，并将在设备未到达规定状态前产出的半成品作另行处理； 需要指出的是，由于水分对 PE-Xb 管材加工过程及产品质量影响很大，因此防止各种配方物料在运输储存过程中受潮对 PE-Xb 管材生产来说是格外重要的，应得到相当程度的重视。3. 铝管搭接焊式聚乙烯铝塑管PAP-A & XPAP-A铝管搭接焊式聚乙烯铝塑管简称搭接铝塑管是目前国内生产和使用量均较 大的一种铝塑复合管，也是国内最早引进并投入生产的铝塑管，由于其中间的嵌入金属铝层是承受搭接超声波焊接而得名。在构造上是五层，即内塑管层、中间铝管层、外塑管层和内外塑管与中间铝管间的粘合层