聚丁烯PB材料的发展及应用

聚丁烯PB材料的发展及应用摘要：本文概括介绍了聚丁烯材料的发展历史及应用特性，通过PB标准化发展的历程，介绍了聚丁烯领域产品的新的分类——均聚聚丁烯PB-H及无规共聚聚丁烯（PB-R）材料的定义论述了无规共聚聚丁烯PB-R管材与传统聚丁烯PB-H在性能方面的相似处及区别。

简述了建设部城镇建设行业产品标准《冷热水用无规共聚聚丁烯管材及管件》CJ/T372-2011的相关内容。

及在低温地暖应用的设计压力下PB-R管材的S值选择。

结合应用案例阐述了PB-R管材的特点及应用情况，分析总结了无规共聚聚丁烯PB-R管材，在表面辐射供冷供暖中的优势, 在聚丁烯家族相对于传统的聚丁烯-无规均聚聚丁烯（PB-H）而言，更适合应用于低温热水地面辐射供暖及表面辐射制冷领域。

关键词：聚丁烯；无规共聚聚丁烯PB-R；无规均聚聚丁烯PB-H；地暖应用分级条件；低温热水地面辐射供暖及表面辐射制冷应用
0 前言
聚丁烯PB材料，已有近50年的实际应用历史，广泛应用于冷热水，采暖，空调系统的诸多领域，其性能出色的表现为它赢得了“塑料中的软黄金”之美誉。

业界共知的聚丁烯为均聚聚丁烯PB-H，近几年，聚丁烯家族产品又增加了新的成员无规共聚聚丁烯（PB-R），这一崭露头角的新面孔，从特性及应用方面，表现出更好的弹性，更好的加工性，更适合低温热水地面辐射供暖及表面辐射制冷管道系统。

1 聚丁烯材料的发展历史
聚丁烯（PB）是一种高分子惰性聚合物，属于聚烯烃类半结晶性热塑性材料。

由于其在高温下的稳定性及在低温条件下的高柔韧性使得PB成为当今世界上最为先进的化学材料之一。

追溯聚丁烯发展的历史，从1954年由意大利的G.Natta教授成功进行了首次聚合至今已经近60年，1964年在德国的首次工业化生产，1965年PB-1管道首次应用于奥地利塑料学院
的采暖管道，至今近50年，仍然在良好运行。

见下图：
以上所言PB严格来讲称之为均聚聚丁烯PB-H，由正丁烯（PB-1）单体聚合而成。

40余年后，2008年利安德巴塞尔公司在聚丁烯领域多年研究成果的基础上，以专利的工艺及催化剂技术首次研发出新一代的聚丁烯家族产品—无规共聚聚丁烯（PB-R），秉承了均聚聚丁烯PB的性能优势，经济性更好，特别为低温热水地面辐射供暖及表面辐射制冷管道系统设计研发。

2 聚丁烯材料的特性概述
聚丁烯PB管材特点：1）蠕变性能佳，化学稳定性好，抗老化，耐腐蚀；2）优异的耐高温性，耐低温性，承压能力强；3）出色的柔韧性，重量轻，易于安装搬运；4）无毒、无味，管壁光滑，不结垢，安全卫生；5）抗冲击强度大，机械性能好，可采用多种连接方式；6）节能环保，可循环利用。

上述这些特点，无疑使PB成为生活冷热水、高温散热器、低温地面辐射供暖系统等领
域非常理想的管道材料选择。

相对于其它常用冷热水塑料管道而言，聚丁烯的耐高温性在热水的条件下表现尤为突出，可以做到壁厚薄，内径大，阻力小。

3 聚丁烯材料的标准化进程及材料分类定义
新材料的发展丰富了聚丁烯家族，也突破了传统的材料标准，从而带来了新的材料定义。

关于PB，原有的国际标准ISO/FDIS 15876-2002及在此基础上相应制定的我国的国家
标准《冷热水用聚丁烯（PB）管道系统》GB/T 19473-2004中涉及的PB管材料只是PB-1，即均聚聚丁烯PB-H。

均聚聚丁烯PB-H，由聚丁烯－1树脂添加适量助剂，经挤出成型的热塑性加热管.通常以PB-1标记。

也就是目前市场上常称的“PB”。

PB-R材料2008年问世后，其材料特性与现行的国际标准ISO/FDIS 15876-2002及国家标准GB/T 19473-2004显然不匹配。

为了新材料尽快用于市场，在欧洲，PB-R材料首先申请并获得了欧洲技术认可组织（EOTA）签发的技术认可，应该说这是PB-R标准化的第一步。

目前了解的最新信息表明，PB的相关国际标准ISO12230-2012 Polybutene-1 (PB-1) pipes—Effect of time and temperature on theexpected strength（《聚丁烯-1(PB-1)管材-时间和温度对预期强度的影响》），德国标准DIN16968 Polybutene-1 pipes (PB-1)—PB 125—General quality requirements（《聚丁烯-1(PB-1)管-PB125-一般质量要求和检验》），DIN 16969 Polybutene-1 pipes (PB-1)—PB 125—Dimensions（《聚丁烯-1(PB-1)管-PB125-尺寸》）已经分别完成了相关修订，新的版本已经包括了PB-R材料。

管材管件的产品标准ISO15876的修订已经启动，目的就是将PB-H和PB-R体现在一个标准中。

在国内，PB-R管材的标准化进程首先是管材制造商开始制定企业标准，比如佛山威文管道系统有限公司于2009年制定完成了相关的PB-R管材企业标准《非给水、冷热水用无规共聚聚丁烯管道系统》(Q/HW2.1-2009)，在国内率先开始进行PB-R管材的项目推广，2010年成功应用于大连万达公馆地暖管路系统，也是国内首例PB-R 509工程案例。

随后国内的相关行业标准2010年开始启动，城镇建设行业产品标准《冷热水用无规共聚聚丁烯管材及管件》编号为CJ/T372-2011于2011年9月完成编制工作。

自2012年2月1日起实施。

佛山威文管道系统有限公司也是该标准的参加起草单位之一。

在新的产品行业标准CJ/T372-2011中，对于生产管材管件的无规共聚聚丁烯（PB-R）混配料的制作做出了如下规定：由质量份数不少于85%的丁烯-1与其他烯烃单体共聚聚合而
成的无规共聚物，并且聚合物中的烯烃的总质量份数不少于95%，混配料中应添加必需添加剂，添加剂应均匀分散，以满足各种应用要求。

以此聚合物挤出成型的热塑性管材，简称PB-R。

4 聚丁烯材料发展的最新成果
目前国内市场常见的两种颜色均聚聚丁烯PB-H管道，象牙白色管道适用于包括地暖系统在内的供暖系统管道，不能用于饮用水级别的给水管路系统，深灰色管道可以直接应用于饮用水系统，符合欧洲饮用水卫生性能的要求。

最新一代的饮用水级别的PB原材料在静液压强度及加工性能方面较之过去都有显著的提升。

新旧牌号PB-H材料预测静液压强度置信下限（σLPL）数值比较见下表：
加工性能方面，熔体流动速率（熔融指数）MFR（190/2.16）由原来的0.4dg/min提升至0.6dg/min，生产挤出速度提升了50%。

结晶周期缩短，最早的均聚聚丁烯PB-H材料结晶期需要14天，后来提升到10天，新一代PB-H材料常温下结晶周期缩短到5天。

提高了生产效率。

目前市场上见到的无规共聚聚丁烯PB-R管材颜色是棕红色，该材料是专为表面辐射供暖供冷系统对于柔性管道日益增长的市场需求而开发的。

与传统的PB-H材料的区别见下表所示。

注：表中数据为典型值，并非用作材料之定义用
从PB-R材料物理特性上看，弹性模量得到了改善，更加适合盘管安装。

熔融指数明显
提高，满足了管材制造商高效率的生产需求，挤出速度高，结晶时间大幅度缩短，使短期大规模生产成为可能。

非常适合表面辐射供暖供冷系统对管材性能的需求。

PB-R的静液压强度方面，在95℃以下, 蠕变断裂都符合PB均聚物的参考线，在高温
条件性能表现不及PB-H，但是无拐点出现。

因此，可以满足在高达95℃（异常情况出现）时安全工作。

PB-R及PB-H预测静液压强度参照曲线见图1、2。

5 无规共聚聚丁烯行业标准的实际应用意义
新发布的行业产品标准《冷热水用无规共聚聚丁烯管材及管件》CJ/T372-2011，对于PB-R的相关规定，给选材提供了指导。

PB-R管材对比PB-H管材在ISO冷热水应用分级上设计应力不同见下表。

PB-H和PB-R管材按地暖使用条件级别4及设计压力选择对应的S值，见下表。

国内行业标准《冷热水用无规共聚聚丁烯管材及管件》CJ/T372-2011的发布实施后，为国内的地暖应用提供了又一理想的新型管材。

在表面辐射供暖供冷领域PB-R成为性能上与PB最为接近，但是从经济性更为有竞争力的高品质管材。

6 无规共聚聚丁烯管材在国内市场的应用
PB-R原材料2008年引进国内市场，2009年，由佛山威文管道系统有限公司的前身佛山
协和安固管件公司先后在北京、内蒙、新疆、湖南都取得了最终用户的认可，取得了项目的成功。

可以说是基于威文旗下海浦沃斯及安固品牌在聚丁烯应用领域的口碑和影响力的积
累。

是全球首家成功生产出PB-R管材的管材制造商，也是首家在国内取得成功案例工程的管材制造商。

随后，更是获得了大连万达公馆（见图）、大连新国际会展中心、上海新世界花园等一系列经典项目。

2011年，凭借威文在表面辐射供暖供冷领域的专业经验及PB-R 管材卓越的性能，PB-R成功应用于兖州人民医院天棚采暖制冷系统中，也是PB-R首次用于此类结构采暖制冷项目。

PB-R管材在短短几年内得到用户的认可取决于以下几点：1、管材出色的柔韧性（弹性模量低至320MPa），安装更容易；2、高弹性和低密度，减低噪音传播；3、与PB-H之外的其它材料相比，在长期高温应用中，具备更高的耐压能力，耐蠕变性好；4、出色的耐低
温性，低温下柔韧性好，有利于寒冷季节施工。

因此，有理由相信，在聚丁烯家族，相对于传统的聚丁烯-无规均聚聚丁烯（PB-H）而言，无规共聚聚丁烯PB-R管材更适合应用于低温热水地面辐射供暖及表面辐射制冷领域。

除此之外，供应商资质对于客户考量至关重要，即在聚丁烯领域的专业经验、技术能力和专注程度也是推出新材料时能够赢得客户信任的重要因素。

佛山协和安固管件公司从1995年最早在国内生产聚丁烯管材，1997年在国内首例聚丁烯管材用于地板采暖系统安装，采用插接管件连接方式，至今安全运行。

近20年来，生产的安固及海浦沃斯品牌PB管材管件广泛应用于中国、澳洲、新西兰和欧洲各地。

佛山威文是荷兰威文集团在中国的全资子公司，是欧洲最大的管材制造商也是全球聚丁
烯最大的用户，是聚丁烯管道系统协会（PBPSA）之成员，为聚丁烯在管道应用领域做出
了许多里程碑式的贡献，是标准的制定者更是应用的实践者，比如在欧洲编写《英国地板采暖安装手册》及英国冷热水及供暖管道手册，在中国首家参与编写了与聚丁烯相关的所有标
准，即聚丁烯管道国家标准《冷热水用聚丁烯（PB）管道系统》GB/T 19473-2004，也是首家针对PB-R的应用进行项目评估后制定企业标准的企业，乃至随后参与编制了国内首个PB-R行业标准《冷热水用无规共聚聚丁烯管材及管件》编号为CJ/T372-2011。