Kaiyun塑料管材使用寿命的推导doc

　　Kaiyun塑料管材使用寿命的推导doc低温 低温热水地板辐射采暖用塑料管材探讨(三探) 塑料管材使用寿命的推导 北京瑞迪新型建筑材料有限公司 谢宇张欣于东明 热水系统中，影响塑料管材使用寿命的因素很多，但归纳起来不外乎是下述二个方面。一方面是 由塑料管材的材料所决定的，特别是其老化性能，已老化了的塑料管材就完全失去了使用价值，也就 是其使用寿命的终点。另一方面取决于塑料管材的使用条件。塑料管材的力学性能和耐热性能大大 低于金属管材，但使用得当，塑料管材的使用寿命会很长。第一条真正工业化制造的PVC管道．诞生 于1938年的联邦德国，至今已60余年。第一条工业化制造的PE管道．诞生于1956年的联邦德国， 至今也有40余年，并且实验室的蠕变性能试验仍在进行中。塑料管材的使用寿命究竟能有多长?在 二十世纪的九十年代初以前，所有介绍和报导均称设计寿命为50年。二十世纪末，设计寿命为100 年的塑料管材业已问世。 50年也好，100年也好Kaiyun，靠实验去验证是不现实的，PVC管材诞生的初期，人们只是主观推测其可 用几十年，到了今天，人们可根据大量的实验数据，对塑料管材的使用寿命进行客观的推导，并且主要 从塑料管材的蠕变行为和抗热氧老化性能二个方面进行推导。本文将着重讨论用塑料管材抗热氧老 化性能，进行使用寿命的推导。 塑料与金属等传统材料相比，属热敏性材料。在比室温稍高的条件下，为数不少的塑料开始不同 程度的热氧化；在较高的掘度下，即使无氧和水等活性物质的作用，也会发生热裂解；热氧化和热裂解 的总称为塑料的热老化。有氧和无氧的热老化，又是两种不同的过程。无氧热老化常发生在塑料制 品成型加工过程Kaiyun，而有氧热老化是塑料制品在使用热环境中的重要老化形式。在一定的温度条件下， 氧会剧烈的攻击塑料中的弱键，从而引起塑料的严重热氧老化，如聚乙烯在无氧条件下，即使是其温 度达到29012，也是很稳定的。但在有氧的条件下．即使是温度低于200℃，也会发生严重的热氧老 化。因此热氧老化是一种更为普遍的老化形式。 热水系统用塑料管材在使用时，主要介质是水。目前用于热水系统的塑料管材大分子中不含容 易被水解的化学基因，吸水性极小，对水特别稳定。但是塑料管材中添加的微量助荆，如抗氧剂，光稳 定性剂及金属离子钝化荆等，会授水所抽提，降低了其在塑料中的浓度，也会对塑料管材的使用寿命 产生严重影响。 对聚烯烃类(PE、PP、PB、H、x)塑料管材，使用寿命的推导，英国标准测定其200℃时的氧化诱导 期，若大于或等于0．14小时(8．4分)，可据此导其在80℃时使用寿命50年。在ISO／DISl5874—1999 (PP管)，ISO]DISl5875—1999PEX管，ISO／DISl5876—1999(PB臂)和D1N4721(PERT管)中，均规 定对塑料管材必须通过110℃(内水外空气)≥8760h(一年)的测试，可据此推导其在70℃时，使用寿 命50年，表1为各种塑料管材抗热氧老化试验条件Kaiyun。 裹1 昔材 温度 舟质 持续时问 环应力 标准 备注 PEX 110℃ 内水外空气 ≥8760h 2．5m ISO／DISl5875-2：2—1999 交联聚乙烯 PB—i 110℃ 内水外空气 ≥S7∞h 2．4慨 ISO／DISl5876—2：2—1999 秉丁烯 PERT 110℃ 内水外空气 ≥8760h 1 9MPa DIN472l一2000 耐高掘非交联聚乙烯 一85— 昔材 昔材 温度 介质 持续时间 环应力 标准 备注 PP—R 110℃ 内水卦空气 ≥8760h 1 9慨 IS0，DISl5874—2：2—1999 乙烯，丙烯无规共囊物 PP—H 110℃ 内水外空气 ≥8760h 1 9慨 ISO／DISl5874 w2 2 1999 均聚聚丙烯 PP—B 110℃ 内水外空气 ≥8760h 1．4慨 ISCVDISl5874—2：2—1999 依稀／丙烯嵌段共橐物 对比这两种试验方法可以看出，前者缺少介质水和环应力的因素影响，距实际应用的条件相距甚 远，而后者更接近于实际应用的条件，实践也验证了这一分析。如某种塑料管材200℃下测得其氧化 诱导期大于O．5小时，推导其在80℃下使用寿命可达数百年，按后一种试验方法测得持续时间为0． 28，推导其在70℃下使用寿命仅14年，相差扳为悬殊，显然后者可信度更高，这也就是前者很少被采 用的主要原因。 180／DIS9080是一个外推法的标准，它可以用较高温度较短时间的试验结果，向较低温度较长对 间外推，当工作温度增加一个10℃时，塑料管材的工作寿命按2 5—3的系数减少，反之当工作温度每 降低一个IOC时，工作寿命按2．5—3的系数增加，这个2．5—3的系数教称为外推因子ke，对于聚烯 烃类管材而言，kg与温差Zxt的关系列于表2。 表2 I △t ≥lO℃ ≥15℃ ≥20℃ ≥25℃ ≥30℃ ≥35℃ ≥40℃ ／Ioo℃ I ke 2．5 4 6 12 18 30 50 100 铡如：某种塑料管材在110℃下通过了8760小时(一年)的试验，可以推导其在110℃以下不同温 度时的工作寿命，100(2时，对应11012，△t=1012，ke=2．5推导工作寿命为2．5年；8512时，对应 110(2 t=25t2。ke=12推导其工作寿命为12年，同理70℃时工作寿命50年。 如果某种聚烯烃管材在110℃试验时．失效时间不是≥8760h，而是0．2年、0．3,0．4年等，也可按 IS。／DIS9080给出的外推因子进行外推，如表3。 表3 测试温度(℃) 110 100 90 80 70 60 50 O，2 0，5 1．2 3．6 10 15 20 0．3 0．75 1．8 5．4 15 22．5 30 失 0．4 1 2．4 7．2 20 30 40 效 0．5 1．25 3 9 25 37．5 50 时 0．6 1．5 3．6 10-8 30 45 60 间 0．7 1．75 4．2 12．6 35 52．5 (一年) O．8 2 4．8 14．4 40 60 O．9 2．25 5．4 16．2 45 67．5 1 2．5 6 18 50 利用ke也可以进行反推，即若需要某种聚烯烃塑料管材在80CT：作30年，反推其在HOCT 的试验持续时问．1l埘zNt=301；．ke=18，测试验持续时间≥1460卟(1．67年)。 能否进行110℃抗热氧老化试验，取决于该簧材的维卡软化温度标准中规定．只有某种塑料管材 的维卡软化温度比110C高出15℃时，方可进行这一试验。有些塑料管材的维卡软化温度过低，无法 进行110*C的试验，但仍可以利用高温下短时间的试验结果进行低温下长期工作寿命的推导。ke与 一86— 材料 材料有关，材料不同ke也有变化。如c—PVC(氯化聚氯乙烯)管材，△t=25℃．ke=50，C—PVC管 件，△t=2012．ke=25，因此若C—PVC管材通过了95℃1年的试验，C—PVC管件通过了90℃2年的 试验，70℃下推导寿命也可达50年。 表3的失效时间均为塑料管材连续工作状态下的推导寿命，在热水地暖系统中，塑料管材的工作 状态为间歇工作，热水地礁的设计寿命50年．实际工作寿命不足50年的。表4为Iso／DISl0508(冷 热水系统用热塑性塑料管材和管件》使用条件分级，其中的4级即为热水地暖的使用条件。 丧4 ISO／D_fSl0508使用条件分级 To Tmax nn 应用举例 级别 ℃ 时间(年) ℃ 时问(年) ℃ 时间(h) 1 60 49 80 l 95 loo 供热水(60℃) 3 70 49 80 l 95 100 供热水(70℃) 30 20 3 50 4．5 65 100 地板下的低温热水 40 25 40 20 4 70 2．5 100 100 地板下的供热和低温暖气 60 25 60 25 5 90 1 100 100 高温暖气 80 10 注：1 To：工作温度，Tmax可被允许的最高温度，TIn故障温度。 2．表4中的3,4、5级累计时间并未达到50年，计算时应用20℃的工作时问补足至50年。 表4是根据北欧的统计其结果制定的，其中4级在50年内有45年是在40---60℃下工作的，占总 工作时数的90％。我国的情况与此相差甚远，即使是东北地区，年采暖期也仅5个月左右，在50年内 仅40％的时间是在40—60℃工作的，也就是说累计时间只有20年左右在40---60℃下运行的。因此． 在我国大多数地区的热水低暖若采用表4中的4级，其安全系数是银高辨的。如果用ke将表4中4 级的各温度全部折算为6012下工柞时间，结果如下(按IS0／D1810508规定Tm不计算在内)。 20C 十60℃zXt=40℃ Ke=50 25年‘0．05年 40℃ }6012 At=20℃ Ke=6 20年 ‘3．3年 60℃一6

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