摘要：本文详细介绍了铝塑复合管的定义、品种、材料分类及优势，并与其他热水管在热性能及成本上作了比较，重点讨论了各种热水管的耐温性能，最后得出对接焊铝塑管是唯一能够真正长期用在95℃热水复合管。
关键词：对接焊铝塑复合管；热水管；长期耐温95℃

The unique compound pipe with long-term temperature 95 ℃-- Butt-welding Plastics-Al-Plastics compound pipe
Guangzhou Advance-tech Co., Ltd.
Research and Development Department LI Xuemei

Abstract: The defination, variety, material classification and advantage of Plastics-Al-Plastics compound pipe (PAP pipe) were introduced in this paper. Finally the butt-welding PAP pipe was the unique compound pipe with long-term temperature 95 ℃ after comparing and discussing PAP pipe and any other hot water pipes.
Key words: Butt-welding Plastics-Al-Plastics compound pipe; hot water pipes; the long-term temperature 95 ℃

一、铝塑复合管简介
　　内外层为PE，中间加强层为铝管，层间由热熔胶牢固粘接在一起的铝塑复合管（对接焊式结构如图1）为五层结构一步法共挤而成，集金属管和塑料管的优点于一身：克服了传统金属管重量大、易腐蚀、易渗、易结垢的缺点以及纯塑料管在强度、抗机械冲击、渗光透氧（孳生微生物）等方面的缺陷。产品结构合理，理化性能优良，科技含量高，经济实用，洁净卫生，安装施工极其简单方便，综合造价低。
　　铝塑复合管技术是在20世纪80年代首先在德国的“Unicor”公司开发，90年代初开始在德国、美国、日本以及中国台湾大量生产和推广应用。随后90年代中期国内广东佛山日丰及安徽百通尤尼克公司开始引进该生产技术。而自88年专业从事焊接和制管技术的广州励进新技术有限公司于1997年在中国第一家自主研制成功完整的全自动对接焊铝塑管生产线，并成功为客户提供近40套生产线。目前最新设计的高速型生产线已经达到28m/min以上。

图1 对接焊式铝塑复合管

二、铝塑复合管的品种、材料分类情况：
　　（1）CJ/T210-2005无规共聚聚丙烯（PP-R）塑铝稳态管（热熔胶粘接）（PP-R/AL/PP-R、PE/AL/PP-R管材分成三个等级系列S4、S3.2、S2.5）
　　（2）GB/T18997.1-2000铝塑复合压力管（搭接焊）（PE/AL/PE、PEX/AL/PEX）
　　（3）CJ/T108-1999铝塑复合压力管（搭接焊）（PE/AL/PE、PEX/AL/PEX）
　　（4）CJ/T159-2002铝塑复合压力管（对接焊）（PE/AL/PE、PEX/AL/PEX、PE/AL/PEX）
　　（5）CJ/T193-2004内层焊接型铝塑复合管（搭接焊）（PP-R/AL/PE-RT、PP-R/AL/PP-R）
　　（6）CJ/T195-2004外层焊接型铝塑复合管（搭接焊）（PP-R/AL/PE-RT、PP-R/AL/PP-R、PP-R/AL/PE）
　　通过以上6种标准可以看出铝塑复合管的种类较多，传统意义上的稳态PPR管即铝塑PPR复合管也属于铝塑复合管。

三、对接焊铝塑复合管的优势
　　1、卫生性能卓越。铝塑复合管内外层均为特殊聚乙烯材料，清洁无毒。铝塑复合管中的聚乙烯如若为PE-RT，则一般热水管为美国Dowlex公司生产的耐高温聚乙烯2344E、2388或韩国SK公司的DX800，冷水管为美国PHILPS公司产；热熔胶为kuraray公司生产、铝带为西南铝业集团生产的8011合金状态的铝塑复合管专用铝带。
　　最重要的是铝塑复合管的中间层是铝，它不仅能够隔光，而且能够阻隔氧气。众所周知，孳生微生物的环境必须要有光有氧，铝塑复合管的中间铝层就杜绝了微生物和藻类植物的滋生，这是全塑管所不能及的。
　　2、耐高低温性能优异。铝塑复合管无冷脆性（脆点为-70℃），在-20℃以下亦可轻松安装，铝塑复合管长期使用温度95℃（50年，1MPa），最高使用温度110℃。且铝塑复合管热膨胀系数小，它与铝的热膨胀系数相当，只有全塑管的1/6。受温度变化时，变形量较小，且铝塑复合管为柔性盘管，管道本身可以消化一定的变形量，不会造成管路系统的热胀变形。
　　全塑管的耐高低温性能相对较差，如PPR不仅有冷脆性（脆点为-20℃），冬季（5℃以下）施工时即需特别小心，而且其长期使用温度仅为70℃（50年，1MPa），最高使用温度95℃。同时，PPR管线膨胀系数较大，在受外部温度（如冬夏季）或内部水温（冷、热水）变化时，有较大的变形量，故易造成管路系统弯曲变形甚至漏水。
　　3、使用寿命长。铝塑复合管所用PE塑料，分子链结构-（-CH₂-CH₂-）n-，是塑料中结构较为稳定的，且由于铝塑复合管中间铝层将内外层隔离，外层塑料允许加入足以抵抗光、氧老化的稳定剂而不影响接触水的内层卫生性，从而加强它的抗老化性能。
　　4、综合造价低。由于铝塑复合管是柔性管，可任意弯曲不反弹，这样在安装时可以节省大量的接头，而且节省了安装时间，从物料和人力上都降低了安装成本，大大降低了综合造价。

四、各种热水管热性能及成本对比
　　目前公认国际标准对热水管的要求是：在输送70℃热水时，长期承受1MPa压力下，可以使用50年(塑料管的特性是使用寿命取决于承受的温度及压力，短期使用都可以承受更高温度和压力，评价性能时必须注意不能只讲耐温或只讲耐压)
　　近几十年世界上开发了多种可以达到以上要求的热水管，较常用的有以下几种：
　　交联聚乙烯PEX管；改性聚丙烯PP-R管；铝塑复合管；PE-RT管、聚丁烯PB管。
　　以上这些管材都可达到室内热水管的应用要求，都能保证防腐蚀和符合卫生要求，都有国际公认的标准，因此都已在各种工业民用建筑和住宅工程中采用。
　　但是在耐温及成本这块还是可以分出伯仲。大家都知道这样一句话“日丰管，管用50年”。日丰之所以敢有这样的保证跟铝塑复合管长期使用温度为95℃，瞬时可达110℃以及耐压高是分不开的。耐压性能的关键之处又在于对接焊缝的好坏。对接焊不仅用料经济、传力均匀，而且无明显的应力集中；并且采用的氩弧焊对接或激光焊方式是将铝带熔融后再凝固焊接在一起的，其焊接强度远远高于搭接焊的超声焊。相对于搭接焊只能焊0.2-0.6mm的铝带，对焊接铝管的壁厚范围从0.3-2mm，甚至更厚。因此采用这种方法制作的管材中间层为焊接密实的高强度、高刚度的铝管。铝管的对焊方式可以实现分次挤出内管、涂覆内胶层，再包覆铝带进行焊接的工艺流程，从而可以加工出各层壁厚都很均匀的铝塑复合管。广州励进最具优势的地方就在于能保证焊接质量十分可靠，焊接速度又相当高，28-30m/min高速运转下稳定性依然，在行业内堪称佼佼者！
　　铝塑复合管采用物理复合和化学复合的方法，将聚乙烯处于高温熔融状态，铝管处于加热状态，在铝和聚乙烯之间再复合一层胶粘剂，形成聚乙烯、胶粘剂、铝管、胶粘剂、聚乙烯五层结构。五层材料通过高温、高压融合成一体，就形成了这种新型的复合管材，它充分体现了金属材料与塑料的各自优点，并弥补了它们的不足，使用温度真正能耐受95℃。

五、讨论
　　表1为各种热水管材性价比。从表1可以看出，短期使用温度较高的有铝塑复合管、PE-RT管，但是到长期使用温度为95℃的就只有铝塑复合管，而且铝塑复合管线膨胀系数为最低，受热变形最小，导热系数最大，可以在最大程度上传递热量，节约能源，在提倡可持续发展的当今社会，能源节约为首。
表1 各种热水管材性价比

　　　　　　　　　　注1：表中所述铝塑复合管内外层为PEX。
　　　　　　　　　　注2：其中数据均从期刊杂志中的相关文章摘录。
　　此外铝塑复合管的综合成本也比较低。铝塑管作为小口径户内用管（Dn≤32）具有明显的性能和价格优势，首先Dn32以下小管科盘卷供应，减少运输成本和昂贵的管件，其次是因其线膨胀系数小（同铝相当），且柔性管可自动伸缩补偿，小管在用作热水输送时亦无需作冷热补偿措施^[1]。
　　下面就上述几种热水管材的耐温展开详细阐述：
　　聚丁烯PB管曾经在美国大量应用，在生活用水领域1991年的应用达到1400万米,(当时在生活用水领域中交联聚乙烯PEX管仅用50万米，氯化聚氯乙烯PVC-C管用1200万米，铝塑复合管还没有应用)。但是由于管道系统错误地采用了acetal (polyoxymethylene) resin聚甲醛POM管件，聚甲醛被水中含的氯所破坏后出现重大质量事故。因为不是聚丁烯管本身的原因，所以在标准和法规上并没有因此限制在美国使用聚丁烯管道系统。但是事故使有关生产企业赔偿用户的费用高达9.5亿美元，影响很大，实际上在美国市场上聚丁烯管道系统已经退出。
　　陶氏官方网站资料中“DRINKING WATER SYSTEMS”中注明PE-RT用于冷热水输送外径在12-50mm管材耐温范围为20-90℃（最高到110℃），此时管的寿命至少为50年，压力0.2-1.0MPa。因此在使用PE-RT输送95℃热水时也必须注意。图2为PE-RT预测静液压强度参照曲线。

图2 PE-RT预测静液压强度参照曲线


图3 70℃条件下各种管材的等应变蠕变特性曲线[4]

　　图3为各种管材在水温为70℃条件下等应变蠕变特性曲线，当水温提高时，同等的压力条件下，温度每增加10℃，其寿命以2.5倍的速率降低。
　　从图3可以看出，在以上4中管材中铝塑管的耐压强度最高，且铝塑复合管使用寿命曲线图为一直线，沒有拐点，与金属管的特性相近，性能下降较小。虽然PEX的使用寿命曲线也为直线，但是，其强度较铝塑管低，基本为铝塑管的二分之一。
　　PB、PPR管材的使用寿命曲线为一折线，有较明显的拐点，表明，管材使用一定时间后，性能下降较大。
　　图2中的70℃条件下的PE-RT与图3中的铝塑管比较，其使用寿命也为曲线，与PB、PPR情况类似，不能长期应用在此热水条件下。
众所周知塑料所特有“粘弹性体”特性很明显，换句话说其“蠕变”和“应力松弛”比较显著。以聚乙烯为例，一直径315mm的PE100管材在20℃进行的恒定应力下测试，恒定应力8MPa下，0.05小时的应变仅在0.7%左右，在1000小时后就增加到2%，而50年的应变在3.5%^[2]。可　　见聚乙烯的‘蠕变’和‘应力松驰’不仅是很显著的，而且相当快的。
　　应力松弛为在物体的应变保持不变时,其内部应力随着时间的增长而逐渐减小的现象。
　　蠕变是指：在一定的温度和恒定的外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。因为塑料管材的大分子比较松散，在常温下即处于塑性状态，塑料管材的蠕变行为对时间和温度有着强烈的依赖性，其数学表达式为ε=σƒ（T•t），也就是说塑料管材的形变随着温度的升高，时间的延长而加大^[3]。换言之，随着温度的升高、时间的延长，塑料管材的承压能力是会下降的。
然而高分子塑料又分为热塑性塑料和热固性塑料两种。从理论上讲，热塑性塑料是一种熔体，它没有固定的熔点，成型后还可熔化，它的蠕变期较短。而热固性塑料属晶体，成型后不会熔化，它的蠕变期非常长，在100年中性能几乎不变。在目前常用的塑料管材中，PP-R、PERT、PB属于热塑性塑料，而PEX（交联聚乙烯）属于热固性塑料。这样铝塑复合管在用于热水输送时有蠕变期极长、100年中性能几乎不变的PEX作为内外管，长期输送95°热水有了强有力的依托。
　　最后铝塑复合管中的铝合金的比重轻（2.7g/cm³）、比强度高（σt=110～120MPa），铝合金延展性好（断裂伸长率≥20%）、铝塑管可以随意弯曲不反弹。铝合金强度衰减温度在250℃以上，在铝塑管实际使用温度（100℃）以内，铝合金强度保持不变，从而使铝塑管的长期耐热95度的性能更是有了可靠的保障。
　　通过以上热性能对比，我们不难发现铝塑管是输送95℃热水的最佳管材，除此之外，铝塑管的1）更接近金属管的性能，承压能力高；2）密封可靠性高；3）生产工艺稳定可靠，产品质量有保障；4）长期安全性有保证；5）生产速度快、效率高，系列诸多优点，也是保证其在市场上成为亮点热点的最主要原因。
　　值得一提的是，目前市场上对接焊铝塑管产品时有以次充好的现象，对于铝塑复合管，除用拉丝料代替管材料外，中间铝层不焊接，用塑料夹铝管冒充铝塑复合管，向市场倾销，另外，还有铝塑复合管在安全性能未得到证实前就用于输送燃气，用非交联铝复合管输送热水，用搭接焊铝塑复合管产品标准检测对接焊铝塑管，不能反映对接焊铝塑复合管的内在性能等问题；都严重影响了对接焊铝塑管的优良性能形象。在选购该类产品时，一定要多注意。

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