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EVOH及其在阻氧性地暖管上的应用技术
查看:  发稿日期:2012-9-17 10:39:26

EVOH及其在阻氧性地暖管上的应用技术

       

随着人们生活水平的提高,居住环境不断改善,采用地板采暖的住房越来越多。为了防止地板采暖系统金属器件的氧化腐蚀使水管堵塞,需要采用阻隔性水暖管。高阻隔性树脂乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)的多层全塑水暖管,越来越受到业界关注,其市场潜力巨大,可谓方兴未艾

  本文简单介绍EVOH的性能以及EVOH地暖管的相关市场状况和加工技术等,供各位读者参考

  1.EVOH地暖管的发展过程及现状

  1.1发展过程

  早在大约30年前,德国、瑞士和奥地利等国家就开始使用地板采暖。当初采用的是金属水管,后来由于成本原因,几乎先后全被塑料管代替。但是在开始使用塑料管之后不久,就出现了供暖系统的金属腐蚀而使管道堵塞问题。德国Kruse博士经过多方面调查研究于1982年发现,产生锈蚀的原因是空气中的大量氧气透过塑料管进入热水循环系统,使锅炉、泵等金属部件锈蚀所致[1]

  80年代后期,业界生产科研机构,共同开发了EVOH多层阻氧管加工技术,从而成功地解决了上述管道铁锈堵塞问题[2]。此后,首先在欧洲开始大量使用EVOH阻氧管,同时随着德国DIN4726等阻氧管标准的实施,EVOH阻氧管逐渐成为地暖管的主流。按照外径16mmEVOH厚度80μm估算,目前欧洲EVOH阻氧管的年产量约为10亿米!

  自90年代末,受欧洲影响,北美、日本、韩国、中国等也都先后开始生产和采用EVOH多层地暖管。中国近年来,除了出口市场外,国内也得到建材行业的广泛关注,一些高档写字楼和住宅开始使用EVOH阻氧管,有许多企业投入开发和生产。同时,国家有关部门也将起草有关阻氧地暖管的国家标准。

  1.2市场状况

  欧洲EVOH管市场的增长状况,可见在欧洲市场上一直保持高速增长,尤其近年来增长速度更快。图2表示各种EVOH多层地暖管所占比例,可见EVOH多层全塑管合计占83%,其中PE/EVOH多层比例最大,占76%。而铝塑复合管和铜管分别只占13%4%。在EVOH多层管中,PE/EVOH多层管占92%。主料PE主要为PEXPERT,前者占绝大多数。

  1.3阻氧管标准

  德国率先制定了一整套相关标准。DIN472647274728472916892,分别制定了用于地暖的热水塑料管、聚丁烯管、聚丙烯、以及交联聚乙烯管的有关技术标准。其中DIN4726还明确规定了低于70热水地暖管的氧气阻隔性标准。

  DIN4726规定,在40水温下,平均1天内通过每立方米容积的水管表面进入管内的氧气量(用QO2GTR表示),不得超过0.1g/m3.day0.1mg/L.day40水温),而且该性能应在70的水温使用条件下维持50年以上。

  对于这一标准,普通单层聚烯烃类塑料管很难达到。例如,外径20mm的单层聚乙烯管,厚度2mm40时的氧气透过量约3.1mg/L.day。可见远远达不到DIN的要求。而具有卓越氧气阻隔性的EVOH可以通过挤出涂层或共挤成型等技术,加工成EVOH多层管而满足DIN的阻氧要求,因此地暖用塑料管采用EVOH多层结构的越来越普遍。

  中国建设部2002年公布了有关PE-RT管的非强制标准CJ/T175-2002,其中8.4节同样规定了O2GTR不得超过0.10g/m3.day(40)。目前有关部门正在酝酿制定相关国标,这将大大促进EVOH阻隔管的市场扩大和规范化。

  2.EVOH树脂

  2.1EVOH树脂的阻隔性

  在20相对湿度65%时各种不同树脂的氧气透过率:EVOH的氧气阻隔性是普通聚烯烃如PEPP的几千甚至几万倍!因此在多层管中使用很薄一层EVOH,就可以达到很高的阻隔效果。

  在不同湿度条件下各种热塑性树脂的氧气透过率:EVOH的氧气透过率是随着相对湿度的增大而增大的。但是,在大部分相对湿度条件下,例如90%以下时,EVOH仍然是目前氧气透过率最小,即阻隔性最好的热塑性树脂。对于地暖管,EVOH用在最外层或靠近外侧的中间层,因此,即使管内流水,EVOH层的湿度也都比较接近外侧环境,即湿度较低,从而可发挥优异的阻隔性能。当然,最好是使用中间层阻氧的管道,性能会最好。

  3.加工技术

  3.1结构设计

  3.1.1一般结构

  目前世界上较多采用3层挤出涂布或共挤成型,或5层共挤成型。典型结构举例如下:

  3层:FP101BorFP104B/Tie/PO,例如FP101B/Tie/PEX=85/30/2000μm

  3层:EP105B/Tie/PO,例如EP105B/Tie/PEX=120/35/2100μm

  5层:PO/Tie/FP101B/Tie/PO,例如PEX/Tie/FP101B/Tie/PEX=100/50/100/50/1400μm

  其中Tie表示粘合树脂,PO表示聚烯烃(PEPPPB)。第一种结构比较普遍,较多的采用挤出涂布方式;第二种意大利等部分国家有采用,但使用EP105B比较难以达到DIN阻隔性要求;第3种在欧洲较多,该结构EVOH不暴露在表面,可避免施工时损伤。但表层的PO和粘合层应该比较薄,否则EVOH层的相对湿度会相应提高,从而阻隔性下降。

  EVOH多层地暖管所用的基材为聚烯烃(PO),包括PEXPERTPPRPB。图2所示PE包括PEXPERT,而前者以其强度和成本优势所占比例最大。

  3.1.2EVOH层厚设计

  由于DIN标准规定的透氧率O2GTR定义为在一定时间内通过管壁进入单位容积管内的氧气质量(g),其大小与地暖管的比表面积(外表面积与容积之比)成正比。而比面积约与管径成反比。因此,如图4所示,如其他条件相同,则管子越粗,O2GTR越小,越容易达到DIN标准。同时由图4可见,温度越高,O2GTR越大,即透过管壁的氧气越多。

  EVOH的氧气透过率与其本身的厚度成反比。因此,EVOH层越厚,透过管壁进入管内水中的氧气量O2GTR越小,即阻隔性越好。所以,对于一定大小的管径,要达到DIN标准规定的阻氧性能,EVOH厚度必须达到一定厚度以上。

  3.1.33层与5层的比较

  与3层相比,5层的EVOH阻隔层不暴露在表面,可以避免施工等过程中造成的损伤,从而保障阻隔性能。同时,对于PE-Xb管,5层可以避免在交联过程中管间EVOH层的相互粘连,也可以直接将管子侵入热水中进行交联。

  4.总结

  根据以上介绍,EVOH阻氧地暖管是今后水暖管的一个主要发展方向。它不仅技术成熟,性能稳定,而且与铝塑管相比有一定成本优势。在国外已基本普及的大环境带动下,同时我国也将建立相应国标,这些也都将大力促使EVOH阻氧管的发展。实际上,近年来已经有很多企业开始EVOH阻氧管的研制和市场开发,这也充分说明了其市场可谓方兴未艾,潜力巨大,而且这一大趋势越来越明显。

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