德國(guó)哈文見證EVOH地暖管的發(fā)展過(guò)程及現狀

随著(zhe)人們生活水平的提高，居住環境不斷改善，采用地闆采暖的住房越來越多。爲了防止地闆采暖系統金屬器件的氧化腐蝕使水管堵塞，需要采用阻隔性水暖管。高阻隔性樹脂乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）的多層全塑水暖管,越來越受到業界關注，其市場潛力巨大，可謂方興未艾。

1. EVOH地暖管的發(fā)展過(guò)程及現狀

a.發(fā)展過(guò)程

早在大約30年前，德國(guó)、瑞士和奧地利等國(guó)家就開(kāi)始使用地闆采暖。當初采用的是金屬水管，後(hòu)來由于成(chéng)本原因，幾乎先後(hòu)全被(bèi)塑料管代替。但是在開(kāi)始使用塑料管之後(hòu)不久，就出現了供暖系統的金屬腐蝕而使管道(dào)堵塞問題。德國(guó)經(jīng)過(guò)多方面(miàn)調查研究于1982年發(fā)現，産生鏽蝕的原因是空氣中的大量氧氣透過(guò)塑料管進(jìn)入熱水循環系統，使鍋爐、泵等金屬部件鏽蝕所緻[1]。
80年代後(hòu)期，業界生産科研機構，共同開(kāi)發(fā)了EVOH多層阻氧管加工技術，從而成(chéng)功地解決了上述管道(dào)鐵鏽堵塞問題[2]。此後(hòu)，首先在歐洲開(kāi)始大量使用EVOH阻氧管，同時随著(zhe)德國(guó)DIN4726等阻氧管标準的實施，EVOH阻氧管逐漸成(chéng)爲地暖管的主流。按照外徑16mmEVOH厚度80μm估算，目前歐洲EVOH阻氧管的年産量約爲10億米！
自90年代末，受歐洲影響，北美、日本、韓國(guó)、中國(guó)等也都(dōu)先後(hòu)開(kāi)始生産和采用EVOH多層地暖管。中國(guó)近年來，除了出口市場外，國(guó)内也得到建材行業的廣泛關注，一些寫字樓和住宅開(kāi)始使用EVOH阻氧管，有許多企業投入開(kāi)發(fā)和生産。同時，國(guó)家有關部門也將(jiāng)起(qǐ)草有關阻氧地暖管的國(guó)家标準。

b.市場狀況
歐洲EVOH管市場的增長(cháng)狀況，可見在歐洲市場上一直保持高速增長(cháng)，尤其近年來增長(cháng)速度更快。各種(zhǒng)EVOH多層地暖管所占比例，可見EVOH多層全塑管合計占83%，其中PE/EVOH多層比例最大，占76%。而鋁塑複合管和銅管分别隻占13%和4%。在EVOH多層管中，PE/EVOH多層管占92%。主料PE主要爲PEX和PERT。

c.阻氧管标準
德國(guó)率先制定了一整套相關标準。DIN4726、4727、4728、4729和16892，分别制定了用于地暖的熱水塑料管、聚丁烯管、聚丙烯、以及交聯聚乙烯管的有關技術标準。其中DIN4726還(hái)明确規定了低于70℃熱水地暖管的氧氣阻隔性标準。
DIN4726規定，在40℃水溫下，平均1天内通過(guò)每立方米容積的水管表面(miàn)進(jìn)入管内的氧氣量（用Q或O2GTR表示），不得超過(guò)0.1g/m3.day 或0.1 mg/L.day（40℃水溫），而且該性能(néng)應在70℃的水溫使用條件下維持50年以上。
對(duì)于這(zhè)一标準，普通單層聚烯烴類塑料管很難達到。例如，外徑20mm的單層聚乙烯管，厚度2mm，40℃時的氧氣透過(guò)量約3.1mg/L.day。可見遠遠達不到DIN的要求。而具有卓越氧氣阻隔性的EVOH可以通過(guò)擠出塗層或共擠成(chéng)型等技術，加工成(chéng)EVOH多層管而滿足DIN的阻氧要求，因此地暖用塑料管采用EVOH多層結構的越來越普遍。
中國(guó)建設部2002年公布了有關PE-RT管的非強制标準CJ/T175-2002，其中同樣(yàng)規定了 O2GTR不得超過(guò)0.10g/m3.day(40℃)。目前有關部門正在醞釀制定相關國(guó)标，這(zhè)將(jiāng)大大促進(jìn)EVOH阻隔管的市場擴大和規範化。


2.EVOH樹脂

a. EVOH樹脂的阻隔性
在20℃相對(duì)濕度65%時各種(zhǒng)不同樹脂的氧氣透過(guò)率：EVOH的氧氣阻隔性是普通聚烯烴如PE或PP的幾千甚至幾萬倍！因此在多層管中使用很薄一層EVOH，就可以達到很高的阻隔效果。
在不同濕度條件下各種(zhǒng)熱塑性樹脂的氧氣透過(guò)率：EVOH的氧氣透過(guò)率是随著(zhe)相對(duì)濕度的增大而增大的。但是，在大部分相對(duì)濕度條件下，例如90%以下時，EVOH仍然是目前氧氣透過(guò)率較小，即阻隔性較好(hǎo)的熱塑性樹脂。對(duì)于地暖管，EVOH用在最外層或靠近外側的中間層，因此，即使管内流水，EVOH層的濕度也都(dōu)比較接近外側環境，即濕度較低，從而可發(fā)揮優異的阻隔性能(néng)。當然，使用中間層阻氧的管道(dào)，性能(néng)會更好(hǎo)。

3.加工技術

a.結構設計

aa.一般結構
目前世界上較多采用3層擠出塗布或共擠成(chéng)型，或5層共擠成(chéng)型。典型結構舉例如下：
3層：FP101B or FP104B /Tie/PO，例如 FP101B/Tie/PEX = 85/30/2000μm
3層：EP105B/Tie/PO，例如 EP105B/Tie/PEX= 120/35/2100μm
5層：PO/Tie/FP101B/Tie/PO，例如 PEX/Tie/FP101B/Tie/PEX = 100/50/100/50/1400μm
其中Tie表示粘合樹脂，PO表示聚烯烴（PE，PP或PB）。第一種(zhǒng)結構比較普遍，較多的采用擠出塗布方式；第二種(zhǒng)意大利等部分國(guó)家有采用，但使用EP105B比較難以達到DIN阻隔性要求；第3種(zhǒng)在歐洲較多，該結構EVOH不暴露在表面(miàn)，可避免施工時損傷。但表層的PO和粘合層應該比較薄，否則EVOH層的相對(duì)濕度會相應提高，從而阻隔性下降。
EVOH多層地暖管所用的基材爲聚烯烴（PO），包括PEX，PERT，PPR和PB。圖2所示PE包括PEX和PERT，而前者以其強度和成(chéng)本優勢所占比例最大。

a2. EVOH層厚設計
由于DIN标準規定的透氧率O2GTR定義爲在一定時間内通過(guò)管壁進(jìn)入單位容積管内的氧氣質量（g），其大小與地暖管的比表面(miàn)積（外表面(miàn)積與容積之比）成(chéng)正比。而比面(miàn)積約與管徑成(chéng)反比。因此，如圖4所示，如其他條件相同，則管子越粗，O2GTR越小，越容易達到DIN标準。同時由圖4可見，溫度越高，O2GTR越大，即透過(guò)管壁的氧氣越多。
EVOH的氧氣透過(guò)率與其本身的厚度成(chéng)反比。因此， EVOH層越厚，透過(guò)管壁進(jìn)入管内水中的氧氣量O2GTR越小，即阻隔性越好(hǎo)。所以，對(duì)于一定大小的管徑，要達到DIN标準規定的阻氧性能(néng)，EVOH厚度必須達到一定厚度以上。

c3.3層與5層的比較
與3層相比，5層的EVOH阻隔層不暴露在表面(miàn)，可以避免施工等過(guò)程中造成(chéng)的損傷，從而保障阻隔性能(néng)。同時，對(duì)于PE-Xb管，5層可以避免在交聯過(guò)程中管間EVOH層的相互粘連，也可以直接將(jiāng)管子侵入熱水中進(jìn)行交聯。