PE-Xa、PE-RT地暖管材综述

PE-Xa、PE-RT地暖管材综述

秦皇岛宏岳塑胶有限公司王明科张双全

前言：近年来，地面供暖凭借其舒适节能的突出优势得到了市场和百姓的普遍认可。地面供暖目前主要有低温热水地面辐射供暖、发热电缆地面供暖、电热膜地面供暖等几种形式。目前在市场上占主流的是低温热水地面辐射供暖，其使用应用技术已经具有规范的产品标准、施工验收规程，已经是完全成熟的技术。在低温热水地面辐射供暖系统中主要是通过传热媒介（水）在塑料管道的流动来传递热能并将其自下至上辐射至室内。目前市场上可以采用的地板采暖管材有PE-Xa（过氧化物交联聚乙烯）、PE-Xb（硅烷交联聚乙烯）、PE-Xc （辐照交联聚乙烯）、PE-RT（耐热聚乙烯）、PP-R（无规共聚聚丙烯）、PP-B（抗冲击聚丙烯）、PB（聚丁烯-1）和PP-R铝塑复合管等管材。地暖管材中PE-Xa以其卓越的性能和成本优势在工程应用中占据绝对优势，PE-RT在近两年来在市场上的发展速度也十分迅速。

本文旨在通过对PE-Xa和PE-RT两种应用量最大的管材从原料至施工进行全方位的介绍，以便于广大选用者更详细地了解材料，进而正确选用材料，从而促进地暖系统安全性的提高，使地面供暖行业更健康的持续发展。

一、原料介绍

1、PE-Xa管材用原辅材料

PE-Xa主要原料为一种特殊的高密度聚乙烯，为粉末状树脂。目前国内市场的主要原料供应商有：韩国LG化学的HDPE XL1800；韩国湖石化学的HDPE 8100GX；韩国三星和大韩油化虽然也有PE-Xa专用料，但目前在国内市场基本看不到。另据传，目前国内某石化企业已开始向市场推广其PE-Xa专用料。

辅助材料主要有交联剂、主抗氧剂和辅助抗氧剂。目前行业内使用的辅料有进口和国产的分别，进口辅料生产厂家均为世界一些知名的化工企业，有Degussa（德固赛）、AkzoNobel （阿克苏.诺贝尔）、Ciba（汽巴）等，这些进口辅料的价格偏高，但其材料纯度较高，批次间稳定性好，生产的产品稳定性和性能较国内更好一点。少数正规的厂家采用的都是上述原辅材料，而一般厂家或不重视或为降低成本较多选择价格偏低的辅料。

2、PE-RT管材料

PE-RT即耐热聚乙烯，是Polyethylene of raised temperature resistance的英文缩写，目前市场上出售的PE-RT原材料多数为改性的中密度聚乙烯树脂。众所熟知，一般PE 给水管道的应用范围为低于40℃的温度，无法用于热水输送管道。经过长时间探索，技术人员研究出一种采用乙烯和辛烯或者丁烯共聚的方法，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。利用此种工艺得到的PE-RT树脂将使用温度大大提高，可以用于低温热水地面辐射供暖系统以及热水系统。

目前国内市场的主要PE-RT原料牌号有韩国LG化学的MDPE SP980以及韩国SK的MDPE DX980,另外陶氏化学的DOWLEX 2344E的性能也较好，但国内厂家使用的量并不大，BASELL （原料型号HDPE 4731B）以及韩国DAELIM（原料型号MDPE XP9000）去年以来开始加大在中国市场推广PE-RT原料的力度。

需要特殊说明的是，PE-RT和PE-Xa的使用条件是在较高温度（一般系统温度40-60℃，短时间可达80℃甚至100℃）下使用，所以GB/T18992-2003《冷热水用交联聚乙烯（PE-X）管道系统》以及CJ/T175-2002均对管材的原料选用作了严格的限制，要求选用经认证合格的材料。首先要求原料为HDPE（高密度聚乙烯）,并且将由该材料制成的管材按照GB/T18252标准方法作出该材料的蠕变破坏曲线。该材料的蠕变破坏曲线与标准中给出的预测静液压强度参照曲线相比较，试验结果的бLcl（长期静液压强度的置信下限值），在全部温度及时间范围内均应高于参照曲线上的对应值。对应用于饮用水系统的PEX管材，还要求原材料符合GB/T17219卫生性要求。

生产厂家在购买使用前应要求其材料厂家提供其材料牌号的蠕变破坏曲线测试报告，否则并不能保证由其原料制成的材料达到50年以上的使用期限。

二、生产设备及工艺

1、PE-Xa管材的生产设备及工艺

PE-Xa树脂有超高的分子量，从表一中可以看出其熔指极低，其MFR＜0.01g/10min（测试条件2.16kg/190℃），可以看出其在熔融状态下流动性极差，根本无法用一般单螺杆挤出机进行生产，只能使用一种特殊的柱塞式挤出机在极高的压力下进行高压挤出成型。

为保证PE-Xa在热水中长期使用的要求，应在HDPE基料中同时加入交联剂、主抗氧剂和辅助抗氧剂等材料。过氧化物交联工艺配方：HDPE99%，过氧化物1%，少量主辅抗氧化剂；其机理是对高分子量高密度聚乙烯基料，通过过氧化物交联剂，在高温、高压条件下，使聚乙烯的长分子链间产生化学键，实现化学交联，使之成为三维网状结构。因为聚乙烯分子为不饱和键，收到紫外线照射及氧气的侵蚀会缓慢发生分子键断裂，必须加入主辅抗氧化剂，以提高其抗光老化和抗氧老化的性能。

柱塞式挤出法的生产工艺如下：原料+辅料→高速混合→输送上料→柱塞挤出→油墨热印字→冷水冷却→牵引→盘卷→定长切割→下卷检验→包装→入库。

典型的柱塞挤出机工艺温度列举如下：

下料口：90～110℃连接体：150～170℃

口模：230～260℃导热油：190～205℃

生产速度一般在1.0--1.5 m/min。

由于设备模具长度长、压力大，导致在挤出过程中管材壁厚容易出现较大的波动且为连续生产随时监控不容易。如何保证管材壁厚的均匀性是PE-Xa管材生产的工艺控制的关键

点之一。另外由于树脂为粉末状，交联剂为液体，交联剂及抗氧剂均为微量，原辅材料是否充分混合成为影响管材交联度是否均匀的又一个工艺控制的关键点。再则交联是在几十公分的模具中用极短的时间迅速完成交联，设备模具温度也是工艺控制的关键点之一。当然还有其他很多环节会对管材质量产生影响，但仅就生产工艺而言，以上几点为关键的工艺控制点。

2、PE-RT管材的生产设备及工艺

PE-RT的原料的分子量并不高，其加工的流动性好于一般的PE100级PE原料，一般采用螺杆长径比为1：30的单螺杆挤出机即可生产。但普通的挤出机其设备结构为通用型PE 或PP适用的螺杆，并未根据PE-RT原料的特性对螺杆进行改进，其生产速度一般在6-8米/分钟，最快达到10米/分钟左右，生产效率不高。目前市面上已有国外及国内厂家推出PE-RT 专用高效挤出机，配置高性能PE-RT管所需的同步控制挤出、牵引、冷却速度等核心技术，并在螺杆设计及机头模具方面采用独特技术，生产速度可达到25米/分钟以上。由于速度较快，冷却定形装置采用叠加式结构，其产品外观较一般挤出机生产的光洁度略差，呈现一种发白的半透明状态。笔者曾专门做过对比试验，使用同一个厂家的PE-RT原料在普通挤出机和高速挤出机上生产出的管材进行性能测试，高速挤出机生产的PE-RT管其静液压强度平均高于普通挤出机。原因可能是由于高速挤出机螺杆长径比长，其塑化效果更佳，且其螺杆内的压力更高，原料的压缩密实程度更高的缘故。另外高速生产线的辅机配置较好，整体生产的产品的稳定性也更好。

生产工艺流程如下：

原料———干燥———真空上料———挤出机挤出成型———真空定径———冷却———喷墨印字———牵引———收卷———定尺切割———检验———包装入库PE-RT管材典型加工工艺参数（仅供参考）：

主机转速：48-60rpm 牵引速度540-630rpm

机台压力：14-15MPa 扭矩 30-70%左右

熔体温度：210℃

主机温度：180/190/200/200

模头温度：195/195/195/195/195/200/190/190

水温：33/33/30

三、管材性能要求

1、PE-Xa管材（参照GB/T 18992-2003冷热水用交联聚乙烯(PE-X)管道系统）

①外观

a.管材的内外表面应该光滑平整干净，不能有可能影响产品性能的明显划痕、凹陷、气泡等缺陷。

b.管壁应无可见的杂质，管材表面颜色应均匀一致，不允许有明显色差。

c.管材端面应切割平整，并与管材的轴线垂直。